Обзор

Инконель 718 – это высокопрочный, коррозионностойкий суперсплав на основе никеля. Он обладает превосходными механическими свойствами, высокотемпературной прочностью и устойчивостью к окислению и коррозии. Инконель 718 широко используется в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, нефтегазовую, автомобильную и энергетическую. Инконель обладает высокой отражательной способностью к лазерному излучению, особенно на коротких длинах волн. Отражательная способность влияет на поглощение энергии и выделение тепла при лазерной обработке.

Повышенная отражательная способность может потребовать корректировки параметров лазера или использования лазеров со специфической длиной волны. Инконель обладает относительно высокой теплопроводностью, что влияет на теплоотдачу и общее распределение энергии при лазерной обработке. Очень важно учитывать характеристики теплопередачи для достижения желаемой глубины текстуры и минимизации зон термического воздействия.

Сплав 718, часто называемый Inconel 718, закаливается осаждением для обеспечения максимальной прочности и высокого предела прочности при разрыве при ползучести. Сплав может поставляться в отожженном состоянии для улучшения обрабатываемости с последующей соответствующей термообработкой. Испытания на работоспособность проводятся на образцах, прошедших процесс закалки осаждением.

Исключительные свойства и технические характеристики сплава 718 позволяют использовать его во многих высокотехничных и важных промышленных приложениях. Инженеры-конструкторы чаще всего выбирают этот сплав благодаря его высокой прочности в экстремальных температурных условиях на обоих концах спектра. Он может использоваться в средах от криогенных до 1300°F/704°C. Во всем этом диапазоне она демонстрирует исключительно высокие показатели текучести, растяжения и ползучести. Он также демонстрирует превосходную прочность на разрыв и ударную вязкость.

Каков химический состав Inconel 718?

Инконель 718 состоит в основном из никеля, а также значительного количества хрома, железа, ниобия, молибдена и незначительных добавок других элементов, таких как алюминий и титан. Эти легирующие элементы обусловливают уникальные свойства. Сплав состоит из 50-55% никеля+кобальта (при этом кобальт ограничен максимальным 1%) и 17-21% хрома. Такое сочетание придает материалу антикоррозийные свойства. Это включает в себя хорошую устойчивость к окислению, что позволяет ему выдерживать воздействие агрессивных сред, присутствующих во многих областях применения. Остальной состав включает ниобий+тантал (4,75-5,5%), молибден (2,8-3,3%) и титан (0,65-1,15%), а также другие балансирующие элементы. Это мощная и хорошо сбалансированная комбинация элементов, ответственная за желаемые технические свойства суперсплава. В таблице приведен состав INCONEL 718:

Свойства инконеля 718

Инконель 718 обладает превосходными механическими свойствами, что делает его весьма востребованным материалом в различных отраслях промышленности.

Ковка: Сплав 718 обладает значительной устойчивостью к деформации при ковке. Его следует ковать в диапазоне от 900 до 1120°C, причем для тяжелой ковки требуется более высокая температура. При нагреве для ковки материал следует довести до температуры, дать ему ненадолго пропитаться для обеспечения однородности и снятия. На последней операции металл следует равномерно обрабатывать с постепенным снижением температуры, заканчивая легким обжатием при температуре ниже 955°C. Равномерное обжатие должно быть обеспечено во избежание дуплексной структуры зерна. Окончательное обжатие должно составлять не менее 20% для работы в открытом штампе и не менее 10% для работы в закрытом штампе. После ковки детали, как правило, должны охлаждаться на воздухе.

Прочность на разрыв: Инконель 718 обладает высокой прочностью на растяжение, обычно в диапазоне от 1034 МПа до 1380 МПа. Такая высокая прочность на разрыв позволяет ему выдерживать большие нагрузки и сопротивляться деформации под действием механических напряжений.

Высокотемпературная прочность: Инконель 718 сохраняет прочность и механические свойства при повышенных температурах, что делает его пригодным для применения в условиях высоких температур и термических нагрузок, например, в газовых турбинах, реактивных двигателях и ракетных моторах. Осадки γ’, образующиеся в процессе термической обработки, служат барьером для движения дислокаций, эффективно препятствуя деформации ползучести даже при повышенных температурах. В экстремальных условиях эксплуатации это свойство обеспечивает структурную целостность важнейших компонентов авиадвигателей, таких как лопатки турбин и футеровки камер сгорания.

Устойчивость к коррозии: Этот сплав обладает превосходной устойчивостью к коррозии и окислению в различных средах, включая морскую воду, кислоты и высокотемпературные газы. Авиационные двигатели работают в агрессивных средах, где окисление и коррозия могут серьезно снизить производительность и долговечность. Суперсплавы на основе никеля противостоят окислению и коррозии благодаря защитному оксидному слою, который образуется на их поверхности. Легирующие элементы, в частности хром и алюминий, создают устойчивый оксидный слой, который действует как барьер, предотвращая дальнейшую деградацию и обеспечивая длительный срок службы.

Усталостная прочность: Инконель 718 обладает хорошей усталостной прочностью, что означает, что он может выдерживать повторяющиеся циклы нагрузок без разрушения. Это свойство делает его пригодным для применения в условиях циклических нагрузок, таких как диски турбин и лопатки роторов. Легирующие элементы работают в синергии, создавая сложную микроструктуру, состоящую из матрицы твердого раствора, дисперсных γ’ осадков и карбидов. Уникальная микроструктура способствует исключительной высокотемпературной прочности суперсплавов и их устойчивости к деформации ползучести.

Свариваемость: Инконель 718 можно сваривать различными методами, включая газовую дуговую сварку вольфрамовым электродом (GTAW), плазменную дуговую сварку (PAW) и электронно-лучевую сварку (EBW). Однако для обеспечения оптимальных свойств необходимы надлежащие процедуры сварки и послесварочная термообработка.

Термическая обработка: Для улучшения механических свойств инконель 718 подвергается термической обработке с закалкой осадками. Эта термическая обработка включает в себя отжиг раствора при определенной температуре с последующим старением для достижения необходимой прочности и твердости.

Применение инконеля 718

3D-печать

Инконель 718 стал ассоциироваться с технологией 3D-печати, поскольку этот сплав эффективно работает при печати деталей и компонентов для широкого спектра отраслей промышленности. В ряде исследований изучалось использование этого суперсплава в аддитивном производстве (AM) и его дальнейшее совершенствование с целью максимального улучшения его характеристик.

Запчасти для газотурбинных двигателей

Благодаря хорошей свариваемости и жаропрочности суперсплав стал неотъемлемым компонентом газотурбинных двигателей.

Аэрокосмическая и авиационная промышленность

Благодаря прочности и стойкости материала, Inconel 718 стал популярным компонентом для деталей турбореактивных двигателей, таких как корпуса компрессоров, диски и лопатки вентиляторов. Суперсплав также нашел свое применение в производстве ракетных двигателей, особенно благодаря высокой жаропрочности сплава. Это основная причина, по которой Inconel 718 составляет около половины компонентов в обычных деталях авиационных двигателей.

Литье под давлением

Этот вариант инконеля хорошо работает в горячей среде, поэтому он идеально подходит для применения в условиях экстремального нагрева, например, при литье под давлением. Другие цветные металлы более популярны в этой отрасли, но инконель 718 обладает более чем достаточной прочностью, чтобы защитить себя от повреждений. В результате штампы и держатели штампов, изготовленные из Inconel 718, служат дольше и лучше противостоят деформации.

Нефть и газ

Высокие температуры, экстремальное давление и агрессивные газы могут быть губительны в нефтегазовой промышленности. Поэтому материалы с высокой структурной нагрузкой требуют исключительной прочности и коррозионной стойкости. Сплав 718 с повышенным содержанием хрома и молибдена обеспечивает превосходную стойкость к точечной и щелевой коррозии, а добавление ниобия и титана обеспечивает закалку осаждением для повышения прочности и долговечности.

Инконель 718 широко используется в различных контекстах в нефтегазовой промышленности, в том числе для изготовления задвижек, штоков дросселей, высокопрочного крепежа и в нефтяном инструменте. Сплав 718 также играет важную роль в важных скважинных компонентах, включая предохранительные клапаны, ингибиторы боковых карманов, узлы уплотнений и подвески, обеспечивая надежные, коррозионностойкие и прочные решения.