Инконель 718 — это редкий никелевый сплав, прочность которого не существует до тех пор, пока ее не создаст термообработка. В отожженном состоянии это материал класса скромных 1000 МПа-; после двухэтапной осаждающей обработки он достигает минимального предела прочности на растяжение 1270 МПа с пределом текучести более 1030 МПа, и эта разница является единственной причиной, по которой сплав используется во вращающихся машинах и оборудовании, работающем под давлением.
Что такое Инконель 718
Инконель 718 (UNS N07718, EN 2.4668)представляет собой дисперсионно-прокаливаемый сплав никеля-хрома-железа, упрочненный двумя интерметаллидными фазами: гамма-двойной-прайм (g″, Ni3Nb) в качестве первичной фазы закалки и гамма-прайм (g', Ni3(Al,Ti)) в качестве вторичной фазы.
Этот сплав необычен среди никелевых суперсплавов тем, что его реакция на возрастное-упрочнение медленная, и именно это делает его пригодным для сварки без растрескивания, которое характерно для быстро-стареющих сплавов, таких как X-750. Он сохраняет высокую прочность при криогенных температурах примерно до 650 градусов (1200 градусов по Фаренгейту), что является рабочим диапазоном, указанным в большинстве технических описаний, для долгосрочной службы.
| Элемент | Ценить |
|---|---|
| номер УНС | N07718 |
| RU / номер Веркстоффа | 2.4668 |
| Общие имена | Инконель 718, сплав 718, никель 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (сокращение на EN) |
| Семья | Осаждение-закаливающийся Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Механизм усиления | g″ (Ni3Nb) первичный + g′ (Ni3(Al,Ti)) вторичный |
| Плотность | 8,19 г/см3 (0,296 фунта/дюйм3) |
| Диапазон плавления | 1320–1390 градусов (2410–2540 градусов по Фаренгейту) |
| Полезный диапазон услуг | От -250 до +650 градусов в долгосрочной перспективе |
Химический состав
Приведенный ниже состав представляет собой стандартную приемочную таблицу, используемую в стандартах AMS 5662/AMS 5663 и ASTM B637 для прутков и поковок. Ниобий является определяющим элементом: он образует гамма-двойной-первичный осадок Ni3Nb во время старения, и его диапазон жестко контролируется, поскольку слишком мало ниобия снижает реакцию закалки, в то время как слишком много способствует сегрегации и фазе Лавеса. Железо здесь не примесь, а преднамеренный балансирующий элемент, который замедляет реакцию старения и улучшает технологичность.
| Элемент | Мин (%) | Макс (%) | Роль |
|---|---|---|---|
| Никель + Кобальт (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Базовая матрица; высокая-стойкость к высоким температурам |
| Хром (Cr) | 17.0 | 21.0 | Устойчивость к окислению и коррозии |
| Железо (Fe) | Баланс | - | Матричный баланс; замедляет реакцию старения для улучшения свариваемости |
| Ниобий + Тантал (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Формы г″; основной упрочняющий элемент |
| Молибден (Мо) | 2.80 | 3.30 | Надежное-решение по усилению |
| Титан (Ti) | 0.65 | 1.15 | Формы г'; со-соосаждающий |
| Алюминий (Al) | 0.20 | 0.80 | Формы г'; со-соосаждающий |
| Кобальт (Со) | - | 1.00 | Предел примесей в большинстве спецификаций |
| Углерод (С) | - | 0.08 | Поддерживается на низком уровне, чтобы избежать охрупчивания карбидов. |
| Марганец (Mn) | - | 0.35 | Контроль примесей |
| Кремний (Si) | - | 0.35 | Контроль примесей |
| Фосфор (Р) | - | 0.015 | Контроль примесей |
| Сера (S) | - | 0.015 | Контроль примесей; критичен для горячей обрабатываемости |
| Медь (Cu) | - | 0.30 | Предел примесей |
| Бор (Б) | - | 0.006 | Микро-сплав для обеспечения прочности границ зерна- |
Механизм осаждения: почему термическая обработка создает прочность
В отожженном состоянии Инконель 718 представляет собой твердый-сплав на растворе с умеренной прочностью, минимальным пределом растяжения примерно 1030 МПа в состоянии AMS 5662.
В результате дисперсионной термообработки сплав достигает минимального предела прочности на растяжение 185 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1276 МПа), поскольку при этом в микроструктуре происходят две вещи: атомы ниобия, титана и алюминия, которые растворяются в матрице после обработки на раствор, выходят из раствора в виде частиц Ni3Nb и Ni3(Al,Ti) нанометрового-масштаба; и эти частицы закрепляют движение дислокации, которое в противном случае привело бы к пластической деформации.
Двухэтапный цикл старения существует, поскольку две фазы реагируют при разных температурах: на первом этапе при 1325 градусах F зарождается фаза g″, а на втором при 1150 градусах F она достигает размера, обеспечивающего оптимальный баланс прочности-жесткости. Пропуск или сокращение любого из этапов приводит к тому, что сплав остается недостаточно -закаленным, поэтому записи о термообработке- для 718 имеют большее значение, чем для почти любого другого никелевого сплава.
Условия поставки: AMS 5662, AMS 5663 и AMS 5664.
При закупках прутков, поковок и труб из сплава Inconel 718 преобладают три условия AMS. Это одна и та же химия; разница полностью заключается в состоянии термической-обработки, и у каждого из них своя работа в цепочке поставок.
| Спецификация | Состояние | Минимальные свойства (комнатная температура) | Типичное использование в цепочке поставок |
|---|---|---|---|
| АМС 5662 | Обработанный раствором (отожженный) | UTS 1034 МПа (150 фунтов на квадратный дюйм) мин., YS 517 МПа (75 фунтов на квадратный дюйм) мин. | Сырье для механической обработки; достаточно мягкий, чтобы легко резать |
| АМС 5663 | Обработка раствором + осаждение отверждением | UTS 1276 МПа (185 фунтов на квадратный дюйм) мин, YS 1034 МПа (150 фунтов на квадратный дюйм) мин, EL 12% мин, RA 15% мин. | Готовое к техническому обслуживанию-вращающееся оборудование и детали, работающие под давлением |
| АМС 5664 | Более высокий-холодный-выдержанный вариант + выдержанный вариант | По прочности превосходит AMS 5663. | Крепежные детали и детали, требующие максимальной прочности |
Для трубопроводов и оборудования, работающего под давлением, логика закупок следующая: закажите AMS 5662, если деталь необходимо сначала обработать или согнуть, а затем закалить, и закажите AMS 5663, когда деталь будет доставлена в окончательном состоянии.
Распространенной ошибкой при выборе поставщика является запрос на трубу AMS 5663, а затем ее механическая обработка или холодное-сгибание в-собственных условиях, что приводит к-затвердеванию и деформации детали, которая уже достигла полной прочности; правильный маршрут для обработки-из-необработанных деталей – это AMS 5662 с последующим контролируемым циклом старения.
Маршрут термообработки
Стандартный цикл дисперсионного отверждения согласно AMS 5663 состоит из двух-этапной обработки. Обработка раствором перед старением растворяет элементы твердения и устанавливает размер зерна; этапы старения зарождают и растут осадки.
| Шаг | Температура | Время/Охлаждение | Цель |
|---|---|---|---|
| Отжиг раствора | 927–1010 градусов (1700–1850 градусов по Фаренгейту) | Удерживайте в зависимости от размера секции, охлаждение на воздухе или быстрее | Растворить Nb, Ti, Al; установить размер зерна |
| Старение, шаг 1 | 718 градусов (1325 градусов по Фаренгейту) | 8 часов | Зародышевая фаза g″ (Ni3Nb) |
| Старение, шаг 2 | 621 градус (1150 градусов по Фаренгейту) | Печь охладить с шага 1; общее время выдержки 18 часов; воздух прохладный | Вырастите g″ и g′ до оптимального размера |
Маршрут 1325/1150 градусов по Фаренгейту является стандартом AMS. Примечание для производителей: после дисперсионного твердения сплав демонстрирует усадку примерно на 0,0008 дюйма/дюйм, поэтому прецизионные-обработанные размеры должны быть установлены до старения или усадка должна быть учтена в припуске на обработку.
Физические и механические данные
В таблице ниже физические константы объединены с репрезентативным механическим поведением при температуре. Минимальные-температуры в помещении указаны в договоре, а повышенные-температуры являются типичными значениями для руководства по проектированию.
| Свойство | Ценить |
|---|---|
| Плотность | 8,19 г/см3 |
| Модуль упругости, комнатная температура | 200 ГПа (29 x 10³ фунтов на квадратный дюйм) |
| Средний КТР, 20–300 градусов | 13.9 µm/m·K |
| Теплопроводность, комнатная температура | 11.4 W/m·K |
| УТС, отожженный (АМС 5662 мин) | 1034 МПа |
| ОТС, старый (AMS 5663 мин) | 1276 МПа |
| ЮС, в возрасте (AMS 5663 мин) | 1034 МПа |
| Удлинение, старение (AMS 5663 мин) | 12% |
| Твердость, состаренная (типичная) | 331 HBW мин (приблизительно 36 HRC) |
Высокие-температуры и криогенные условия
Та же структура осадков, которая придает 718 прочность при комнатной-температуре, стабильна примерно до 650 градусов, поэтому сплав сохраняет применимую прочность на растяжение и ползучесть в турбинном и скважинном диапазоне. Типичные свойства состаривания при 650 градусах по-прежнему показывают растяжение около 1100 МПа, а устойчивость к разрыву-является причиной того, что 718 является стандартным вращающимся-сплавом для аппаратных средств.
На другом конце оболочки аустенитная матрица не имеет перехода от пластичного-к-хрупкому состоянию, поэтому этот сплав широко используется в криогенных резервуарах и клапанах вплоть до температур жидкого-водорода. Это сочетание высокой прочности при обоих крайних температурах и промежуточной свариваемости является причиной того, что ни один другой никелевый сплав не соответствует его спецификациям в аэрокосмической отрасли, а также в нефтегазовой-и-газовой отрасли.
Сварка и изготовление
Инконель 718сваривается с использованием соответствующего наполнителя на основе никеля-класса ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), знакомого семейства наполнителей Inconel 718. Сплав можно сваривать как в отожженном, так и в состаренном состоянии; медленная реакция старения означает, что зона термического-воздействия не трескается после сварки, как это происходит с быстростареющими сплавами.
При сварке в отожженном состоянии и последующем старении металл сварного шва приобретает большую долю прочности основного-металла, поэтому сварные конструкции обычно проектируются из материала AMS 5662 плюс цикл старения после-сварки. Холодная штамповка проста в отожженном состоянии; состаренный материал достаточно прочен, поэтому формовку следует производить до дисперсионного твердения. Замечания по механической обработке аналогичны другим никелевым сплавам: жесткая установка, принудительная подача и острые инструменты во избежание наклепа.
Стандарты и формы продукции
| Форма | Регулирующий стандарт | Типичный диапазон |
|---|---|---|
| Пруток, стержень, проволока | АСТМ Б637/АМС 5662, 5663, 5664 | Диаметр 6–300 мм |
| Бесшовные трубы и трубки | Маршрут AMS 5662, согласно спецификации проекта | НД 21,3–168,3 мм (NPS 1/2–6) |
| Плита, лист, полоса | АСТМ Б670/АМС 5596, 5597 | Толщина 0,5–100 мм |
| Поковки и кольца | АСТМ Б637 | По рисунку |
| Крепежи | Варианты AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | По рисунку |
Приложения
- Аэрокосмическая промышленность: диски турбин, лопатки компрессоров, валы двигателей, кожухи и крепежные детали.
- Ракетные двигатели: турбонасосы, корпуса, элементы тяги.
- Нефть и газ: скважинные инструменты, корпуса MWD/LWD, валы насосов, предохранительные клапаны, компоненты устья скважины в соответствии с NACE MR0175 / API 6A CRA
- Криогенная: резервуары для СПГ и водорода, клапаны, перекачивающие трубопроводы.
- Ядерная энергия: внутренние устройства реактора и компоненты-стержней управления.
- Промышленность: высокотемпературные-пружины, крепеж, штампы и инструменты.
Распространенные ошибки в закупках
- Заказ трубы AMS 5663 и ее механическая обработка-на месте с потерей состаренного состояния на обработанной поверхности.
- Предполагая, что все сертификаты 718 одинаковы: состояние (отожженное или состаренное) должно быть указано в заказе на поставку.
- Пропуск второго этапа старения при температуре 1150 градусов по Фаренгейту, в результате чего сплав остается недо-закаленным.
- Игнорирование сокращения старения на 0,0008 дюйма/дюйма в прецизионных размерах.
- Использование присадки класса 625 на 718, которая изменяет химический состав металла сварного шва и снижает прочность при старении.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: В чем разница между AMS 5662 и AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 представляет собой-отожженное состояние с минимальным пределом прочности на растяжение примерно 1034 МПа; AMS 5663 представляет собой тот же материал, отвержденный до минимального предела растяжения 1276 МПа. Заказ 5662 на механическую обработку и формовку, затем возраст; закажите 5663 на-готовые к обслуживанию детали.
Вопрос: Как закаливается Inconel 718?
Двухэтапная выдержка-: 8 часов при температуре 718 градусов (1325 градусов по Фаренгейту), затем охлаждение в печи до 621 градуса (1150 градусов по Фаренгейту) в течение общего времени выдержки 18 часов, затем охлаждение на воздухе. В результате обработки выделяются фазы Ni3Nb (g″) и Ni3(Al,Ti) (g’), закрепляющие дислокации.
Вопрос: Какую температуру выдерживает Inconel 718?
Долгосрочная-служба при температуре около 650 градусов (1200 градусов F) с хорошими криогенными характеристиками до -250 градусов. Выше 650 градусов фаза g″ изнашивается и прочность падает.
Вопрос: Можно ли сваривать Inconel 718?
Да, это необычно для дисперсионно--отвержденного никелевого сплава, поскольку его реакция старения медленная. Используйте наполнитель ERNiFeCr-2; сварной шов в отожженном состоянии и после этого состарить до прочности сварного шва, близкой к-основному металлу.
Вопрос: Какие стандарты охватывают Inconel 718?
ASTM B637 (прутки и поковки), ASTM B670 (пластины), AMS 5662/5663/5664 (аэрокосмические условия), а также варианты NACE MR0175/ISO 15156 и API 6A CRA для нефти и газа.
Вопрос: Можно ли использовать Inconel 718 в кислых средах?
Да, 718 — один из немногих высокопрочных-сплавов, перечисленных в стандарте NACE MR0175/ISO 15156 для кислых сред, с пределами твердости, которые необходимо проверять в сертификате.
