Inconel 718 آلیاژ نیکل کمیاب است که استحکام آن تا زمانی که عملیات حرارتی آن را ایجاد نکند وجود ندارد. در شرایط آنیل شده، یک ماده رده متوسط 1000 مگاپاسکال-است. پس از عملیات بارشی دو مرحله ای، به حداقل کشش 1270 مگاپاسکال با تسلیم بالای 1030 مگاپاسکال می رسد، و این تفاوت دلیل اصلی مشخص شدن آلیاژ در ماشین آلات دوار و تجهیزات تحت فشار است.
اینکونل 718 چیست؟
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)آلیاژ آهنی-نیکل سخت‌شدنی-کروم-بارشی است که توسط دو فاز بین فلزی تقویت می‌شود: گاما دوبل-پرایم (g″، Ni3Nb) به‌عنوان فاز سخت‌شدگی اولیه و گاما پرایم (g', Ni3 (Al,Ti)) به عنوان فاز دوم.
این آلیاژ در میان سوپرآلیاژهای نیکل غیرمعمول است زیرا پاسخ سخت شدن سن آن کند است، که دقیقاً همان چیزی است که باعث می شود بدون ترک خوردگی که آلیاژهای پیری سریع- مانند X-750 را آزار می دهد، قابل جوش باشد. این استحکام بالا را در برابر دماهای برودتی تا حدود 650 درجه (1200 درجه فارنهایت) حفظ می‌کند، که پاکت کاری است که اکثر برگه‌های داده برای خدمات طولانی‌مدت پیشنهاد می‌کنند.
| مورد | ارزش |
|---|---|
| شماره UNS | N07718 |
| EN / شماره Werkstoff | 2.4668 |
| نام های رایج | اینکونل 718، آلیاژ 718، نیکل 718، NiCr19Fe19Nb5Mo3 (خلاصه EN) |
| خانواده | بارش-نیکل سخت‌پذیر-کروم-Fe-Nb-Mo |
| مکانیزم تقویت | g″ (Ni3Nb) اولیه + g (Ni3(Al, Ti)) ثانویه |
| تراکم | 8.19 گرم در سانتی‌متر مکعب (0.296 پوند در هر اینچ) |
| محدوده ذوب | 1320-1390 درجه (2410-2540 درجه فارنهایت) |
| محدوده خدمات قابل استفاده | -250 درجه تا +650 درجه بلند مدت |
ترکیب شیمیایی
ترکیب زیر، پاکت پذیرش استاندارد است که توسط AMS 5662 / AMS 5663 و ASTM B637 برای میله‌ها و آهنگرها استفاده می‌شود. نیوبیوم عنصر تعیین کننده است: در طول پیری، رسوب اولیه گامای دو- Ni3Nb را تشکیل می‌دهد و محدوده آن به شدت کنترل می‌شود زیرا نیوبیم بسیار کم پاسخ سخت شدن را کاهش می‌دهد در حالی که مقدار زیاد آن باعث افزایش جداسازی و فاز Laves می‌شود. آهن در اینجا یک ناخالصی نیست، بلکه یک عنصر تعادلی عمدی است که واکنش پیری را کند می کند و قابلیت ساخت را بهبود می بخشد.
| عنصر | حداقل (%) | حداکثر (%) | نقش |
|---|---|---|---|
| نیکل + کبالت (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | ماتریس پایه؛ قدرت دمایی-بالا |
| کروم (کروم) | 17.0 | 21.0 | مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی |
| آهن (آهن) | تعادل | - | تعادل ماتریسی؛ پاسخ پیری برای جوش پذیری را کند می کند |
| نیوبیم + تانتالم (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | فرم های g″; عنصر سخت کننده اولیه |
| مولیبدن (Mo) | 2.80 | 3.30 | تقویت{0} محلول جامد |
| تیتانیوم (Ti) | 0.65 | 1.15 | فرم های g′; هم-رسوب کننده |
| آلومینیوم (Al) | 0.20 | 0.80 | فرم های g′; هم-رسوب کننده |
| کبالت (شرکت) | - | 1.00 | حد ناخالصی در اکثر مشخصات |
| کربن (C) | - | 0.08 | برای جلوگیری از شکنندگی کاربید کم نگه داشته می شود |
| منگنز (Mn) | - | 0.35 | کنترل ناخالصی |
| سیلیکون (Si) | - | 0.35 | کنترل ناخالصی |
| فسفر (P) | - | 0.015 | کنترل ناخالصی |
| گوگرد (S) | - | 0.015 | کنترل ناخالصی؛ برای کارایی گرم حیاتی است |
| مس (مس) | - | 0.30 | حد ناخالصی |
| بور (B) | - | 0.006 | میکرو-آلیاژ برای دانه-استحکام مرزی |
مکانیسم بارش: چرا عملیات حرارتی باعث ایجاد قدرت می شود؟
در شرایط آنیل شده، اینکونل 718 یک آلیاژ محلول جامد-با استحکام متوسط، تقریباً 1030 مگاپاسکال حداقل کشش در شرایط AMS 5662 است.
عملیات حرارتی بارش، آلیاژ را به حداقل کشش 185 ksi (1276 مگاپاسکال) می رساند، زیرا دو چیز را در ریزساختار مجبور می کند: اتم های نیوبیم، تیتانیوم و آلومینیوم که پس از عملیات محلول در ماتریس حل می شوند، به صورت ذرات نانومتری Ni3Nb و Ni3(Al) از محلول خارج می شوند. و آن ذرات حرکت نابجایی را سنجاق می کنند که در غیر این صورت تغییر شکل پلاستیک را ممکن می کند.
چرخه پیری دو مرحله‌ای وجود دارد زیرا دو فاز در دماهای مختلف پاسخ می‌دهند: مرحله اول در 1325 درجه فارنهایت، فاز g″ را هسته می‌دهد، و مرحله دوم در 1150 درجه فارنهایت به آن اجازه می‌دهد تا اندازه‌ای رشد کند که استحکام-بهینه تعادل چقرمگی را می‌دهد. پرش یا کوتاه کردن هر یک از مراحل باعث می‌شود آلیاژ کمتر-سخت شود، به همین دلیل است که سوابق عملیات حرارتی برای 718 بیش از تقریباً هر آلیاژ نیکل دیگر اهمیت دارد.
شرایط تحویل: AMS 5662، AMS 5663 و AMS 5664
سه شرط AMS بر خرید میله‌های Inconel 718، آهنگری و لوله حاکم است. آنها همان شیمی هستند. تفاوت کاملاً در وضعیت{2}}درمان حرارتی است و هر کدام کار متفاوتی در زنجیره تأمین دارند.
| مشخصات | وضعیت | حداقل خواص (دمای اتاق) | استفاده معمولی در زنجیره تامین |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | محلول تیمار شده (پخت شده) | UTS 1034 MPa (150 ksi) دقیقه، YS 517 MPa (75 ksi) دقیقه | مواد اولیه برای ماشینکاری؛ آنقدر نرم است که به راحتی برش داده شود |
| AMS 5663 | محلول درمان شده + رسوب سخت شده | UTS 1276 MPa (185 ksi) دقیقه، YS 1034 MPa (150 ksi) دقیقه، EL 12٪ دقیقه، RA 15٪ دقیقه | سخت افزار و قطعات تحت فشار در حال چرخش-آماده سرویس |
| AMS 5664 | با استحکام بیشتر-سرما-کارکرد + نوع قدیمی | از نظر قدرت از AMS 5663 فراتر می رود | اتصال دهنده ها و قطعاتی که به حداکثر استحکام نیاز دارند |
برای لوله کشی و تجهیزات تحت فشار، منطق خرید به این صورت است: زمانی که قطعه باید ابتدا ماشینکاری یا خم شود و بعداً سخت شود، AMS 5662 را سفارش دهید و زمانی که قطعه در شرایط نهایی تحویل داده شد، AMS 5663 را سفارش دهید.
یک خطای رایج منبع یابی درخواست لوله AMS 5663 و سپس ماشینکاری یا خم کردن سرد آن در خانه-است که کار سخت می‌شود و ممکن است قسمتی را که قبلاً با استحکام کامل بود، تغییر دهد. مسیر صحیح برای ماشینکاری شده-از-قطعات خام AMS 5662 است که با یک چرخه پیری کنترل شده همراه است.
مسیر عملیات حرارتی
چرخه استاندارد سخت شدن بارندگی در AMS 5663 یک درمان دو مرحله ای است. درمان محلول قبل از پیری، عناصر سخت کننده را حل می کند و اندازه دانه را تعیین می کند. مراحل پیری باعث ایجاد هسته و رشد رسوبات می شود.
| مرحله | دما | زمان / خنک کننده | هدف |
|---|---|---|---|
| محلول آنیل | 927–1010 درجه (1700–1850 درجه فارنهایت) | در اندازه بخش، هوا خنک یا سریعتر نگه دارید | Nb، Ti، Al را حل کنید. اندازه دانه را تنظیم کنید |
| مرحله 1 پیری | 718 درجه (1325 درجه فارنهایت) | 8 ساعت | فاز هسته ای g″ (Ni3Nb). |
| مرحله 2 پیری | 621 درجه (1150 درجه فارنهایت) | خنک شدن کوره از مرحله 1؛ زمان کل پیری 18 ساعت؛ هوا خنک | g″ و g به اندازه بهینه رشد دهید |
مسیر 1325/1150 درجه فارنهایت استاندارد AMS است. نکته ای برای سازندگان: آلیاژ پس از سخت شدن بارندگی حدود 0.0008 اینچ در اینچ انقباض نشان می دهد، بنابراین ابعاد دقیق ماشینکاری شده باید قبل از پیری تنظیم شود یا انقباض در مقدار مجاز ماشینکاری در نظر گرفته شود.
داده های فیزیکی و مکانیکی
جدول زیر ثابت های فیزیکی را با رفتار مکانیکی معرف در دما ترکیب می کند. حداقل دمای اتاق -قراردادی است، ارقام دمای بالا- مقادیر معمولی برای راهنمایی طراحی هستند.
| اموال | ارزش |
|---|---|
| تراکم | 8.19 گرم بر سانتی متر مکعب |
| مدول الاستیسیته، دمای اتاق | 200 گیگا پاسکال (29 x 10³ ksi) |
| میانگین CTE، 20-300 درجه | 13.9 µm/m·K |
| هدایت حرارتی، دمای اتاق | 11.4 W/m·K |
| UTS، آنیل شده (AMS 5662 دقیقه) | 1034 مگاپاسکال |
| UTS، قدیمی (AMS 5663 دقیقه) | 1276 مگاپاسکال |
| YS، قدیمی (AMS 5663 دقیقه) | 1034 مگاپاسکال |
| ازدیاد طول، پیر (AMS 5663 دقیقه) | 12% |
| سختی، کهنه (معمولی) | 331 HBW دقیقه (تقریباً 36 HRC) |
دما{0}بالا و رفتار برودتی
همان ساختار بارشی که به 718 استحکام دمایی{1}} اتاقش می دهد تقریباً تا 650 درجه پایدار است، به همین دلیل است که این آلیاژ مقاومت کششی و خزشی قابل استفاده در محدوده توربین و چاله را حفظ می کند. ویژگی‌های قدیمی معمولی در 650 درجه هنوز حدود 1100 مگاپاسکال کششی را نشان می‌دهند، و عملکرد پارگی تنش، دلیلی است که 718 آلیاژ سخت‌افزاری استاندارد چرخان-است.
در انتهای دیگر پوشش، ماتریس آستنیتی انتقال شکل پذیر-به-ترد ندارد، بنابراین آلیاژ به طور گسترده در مخازن برودتی و دریچه‌ها تا دمای مایع-هیدروژن استفاده می‌شود. این ترکیب، استحکام بالا در هر دو حد درجه حرارت با قابلیت جوشکاری در میان، دلیلی است که هیچ آلیاژ نیکل دیگری با مشخصات آن در هوافضا و نفت-و{5}}و گاز مطابقت ندارد.
جوشکاری و ساخت
اینکونل 718با فیلر پایه نیکل مطابق-در کلاس ERNiFeCr-2 (AWS A5.14)، خانواده پرکننده آشنای Inconel 718، جوش داده شده است. آلیاژ را می توان در هر دو حالت آنیل یا کهنه جوش داد. پاسخ پیری آهسته به این معنی است که منطقه تحت تأثیر حرارت{6}}پس از جوشکاری مانند آلیاژهای با پیری سریع ترک نمی‌خورد.
هنگامی که در شرایط آنیل شده جوش داده می شود و سپس کهنه می شود، فلز جوش سهم زیادی از{0}}استحکام فلز پایه ایجاد می کند، به همین دلیل است که جوش ها معمولاً به عنوان ماده AMS 5662 به اضافه یک چرخه پیری{2}} پس از جوش طراحی می شوند. شکل گیری سرد در شرایط آنیل شده ساده است. مواد کهنه به اندازه کافی قوی هستند که باید قبل از سخت شدن بارندگی شکل دهی انجام شود. یادداشت‌های ماشینکاری منعکس کننده سایر آلیاژهای نیکل هستند: تنظیمات سفت، خوراک مثبت و ابزارهای تیز برای جلوگیری از سخت شدن کار.
استانداردها و فرم های محصول
| فرم | استاندارد حاکم | محدوده معمولی |
|---|---|---|
| میله، میله، سیم | ASTM B637 / AMS 5662، 5663، 5664 | قطر 6-300 میلی متر |
| لوله و لوله بدون درز | AMS 5662-route، در هر مشخصات پروژه | OD 21.3-168.3 میلی متر (NPS 1/2-6) |
| بشقاب، ورق، نوار | ASTM B670 / AMS 5596، 5597 | ضخامت 0.5-100 میلی متر |
| آهنگری و حلقه | ASTM B637 | در هر نقاشی |
| اتصال دهنده ها | انواع AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | در هر نقاشی |
برنامه های کاربردی
- هوافضا: دیسک های توربین، تیغه های کمپرسور، شفت موتور، محفظه ها و بست ها
- موتورهای موشکی: توربوپمپ ها، محفظه ها، اجزای رانش
- نفت و گاز: ابزارهای سوراخ، محفظه های MWD/LWD، شفت پمپ، شیرهای ایمنی، اجزای سر چاه در NACE MR0175 / API 6A CRA
- برودتی: مخازن LNG و هیدروژن، شیرها، لوله های انتقال
- هسته ای: اجزای داخلی راکتور و کنترل{0}}
- صنعتی: فنرها، بست‌ها، قالب‌ها و ابزار با دمای-بالا
اشتباهات رایج در تدارکات
- سفارش لوله AMS 5663 و ماشینکاری آن در خانه، از دست دادن شرایط قدیمی در سطح ماشینکاری شده
- با فرض یکسان بودن همه 718 گواهی: شرایط (آنیل شده در مقابل قدیمی) باید در PO ذکر شود.
- رد شدن از مرحله دوم پیری 1150 درجه فارنهایت، که آلیاژ را زیر-سخت می‌کند.
- نادیده گرفتن انقباض 0.0008 in/in پیری در ابعاد دقیق
- استفاده از پرکننده کلاس 625 بر روی 718، که شیمی فلز جوش را تغییر می دهد و استحکام قدیمی را کاهش می دهد.
سوالات متداول
س: تفاوت بین AMS 5662 و AMS 5663 Inconel 718 چیست؟
AMS 5662 حالت بازپخت حل شده با حداقل کشش تقریباً 1034 مگاپاسکال است. AMS 5663 همان بارندگی مواد است-که تا 1276 مگاپاسکال حداقل کشش سخت شده است. سفارش 5662 برای ماشینکاری و شکل دهی، سپس سن. برای قطعات آماده سرویس 5663 را سفارش دهید.
س: اینکونل 718 چگونه سخت می شود؟
در سن دو مرحله‌ای: 8 ساعت در دمای 718 درجه (1325 درجه فارنهایت)، سپس در کوره تا دمای 621 درجه (1150 درجه فارنهایت) برای مدت زمان کل پیری 18 ساعت خنک می‌شود، سپس با هوا خنک می‌شود. این درمان فازهای Ni3Nb (g″) و Ni3 (Al, Ti) (g') را رسوب می دهد که دررفتگی ها را پین می کند.
س: اینکونل 718 چه دمایی را می تواند تحمل کند؟
سرویس طولانی مدت تا حدود 650 درجه (1200 درجه فارنهایت)، با عملکرد برودتی خوب تا 250- درجه. بالاتر از 650 درجه، فاز g اینچ بیش از حد می شود و قدرت کاهش می یابد.
س: آیا Inconel 718 قابل جوش است؟
بله، به طور غیرمعمولی برای آلیاژ نیکل سخت شده-بارشی، زیرا پاسخ پیری آن کند است. از پرکننده ERNiFeCr-2 استفاده کنید. در شرایط آنیل شده جوش دهید و پس از آن برای استحکام جوش تقریباً-فلز پایه سن کنید.
س: چه استانداردهایی اینکونل 718 را پوشش می دهد؟
ASTM B637 (میله و آهنگری)، ASTM B670 (صفحه)، AMS 5662/5663/5664 (شرایط هوافضا)، به علاوه انواع NACE MR0175/ISO 15156 و API 6A CRA برای نفت و گاز.
س: آیا می توان از Inconel 718 در سرویس ترش استفاده کرد؟
بله، 718 یکی از معدود آلیاژهای{1}}استحکام بالا است که در NACE MR0175/ISO 15156 برای محیط‌های ترش فهرست شده است، با محدودیت‌های سختی که باید در گواهی تأیید شود.
