Inconel 718 è la rara lega di nichel la cui resistenza non esiste finché il trattamento termico non la crea. Allo stato ricotto è un modesto materiale di classe 1000 MPa-; dopo il trattamento di precipitazione in due-fasi raggiunge una trazione minima di 1270 MPa con una resa superiore a 1030 MPa, e questa differenza è l'unico motivo per cui la lega è specificata nelle macchine rotanti e nelle apparecchiature a pressione.
Cos'è l'Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)è una lega di nichel-indurente per precipitazione-cromo-ferro rinforzata da due fasi intermetalliche: gamma double-prime (g″, Ni3Nb) come fase di indurimento primaria e gamma prime (g′, Ni3(Al,Ti)) come fase secondaria.
Questa lega è insolita tra le superleghe di nichel in quanto la sua risposta-all'indurimento con l'invecchiamento è lenta, il che è esattamente ciò che la rende saldabile senza le fessurazioni che affliggono le leghe-a rapido invecchiamento come X-750. Mantiene un'elevata resistenza alle temperature criogeniche fino a circa 650 gradi (1200 gradi F), che è l'involucro di lavoro indicato dalla maggior parte delle schede tecniche per il servizio a lungo termine.
| Articolo | Valore |
|---|---|
| Numero UNS | N07718 |
| IT / Numero di lavoro | 2.4668 |
| Nomi comuni | Inconel 718, lega 718, nichel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (abbreviazione EN) |
| Famiglia | Precipitazione-induribile Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Meccanismo di rafforzamento | g″ (Ni3Nb) primario + g′ (Ni3(Al,Ti)) secondario |
| Densità | 8,19 g/cm3 (0,296 libbre/pollici3) |
| Intervallo di fusione | 1320–1390 gradi (2410–2540 gradi F) |
| Gamma di servizi utilizzabili | Da -250 gradi a +650 gradi a lungo termine |
Composizione chimica
La composizione seguente è la busta di accettazione standard utilizzata da AMS 5662/AMS 5663 e ASTM B637 per barre e forgiati. Il niobio è l'elemento determinante: forma il precipitato Ni3Nb gamma double-prime durante l'invecchiamento e il suo intervallo è strettamente controllato perché troppo poco niobio riduce la risposta di indurimento mentre troppo promuove la segregazione e la fase di Laves. In questo caso il ferro non è un'impurità ma un elemento di equilibrio deliberato che rallenta la risposta all'invecchiamento e migliora la lavorabilità.
| Elemento | Minimo (%) | Massimo (%) | Ruolo |
|---|---|---|---|
| Nichel + Cobalto (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Matrice di base; resistenza alle alte-temperature |
| Cromo (Cr) | 17.0 | 21.0 | Resistenza all'ossidazione e alla corrosione |
| Ferro (Fe) | Bilancia | - | Equilibrio della matrice; rallenta la risposta all'invecchiamento per la saldabilità |
| Niobio + tantalio (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Forma g″; l'elemento primario di indurimento |
| Molibdeno (Mo) | 2.80 | 3.30 | Rafforzamento della soluzione-solida |
| Titanio (Ti) | 0.65 | 1.15 | Forme g′; co-precipitante |
| Alluminio (Al) | 0.20 | 0.80 | Forme g′; co-precipitante |
| Cobalto (Co) | - | 1.00 | Limite di impurità nella maggior parte delle specifiche |
| Carbonio (C) | - | 0.08 | Mantenuto basso per evitare l'infragilimento del carburo |
| Manganese (Mn) | - | 0.35 | Controllo delle impurità |
| Silicio (Si) | - | 0.35 | Controllo delle impurità |
| Fosforo (P) | - | 0.015 | Controllo delle impurità |
| Zolfo (S) | - | 0.015 | Controllo delle impurità; fondamentale per la lavorabilità a caldo |
| Rame (Cu) | - | 0.30 | Limite di impurità |
| Boro (B) | - | 0.006 | Micro-lega per la resistenza ai bordi-del grano |
Il meccanismo della precipitazione: perché il trattamento termico crea la forza
Allo stato ricotto Inconel 718 è una lega in soluzione solida-con resistenza moderata, circa 1030 MPa di trazione minima nella condizione AMS 5662.
Il trattamento termico di precipitazione porta la lega a una trazione minima di 185 ksi (1276 MPa) perché costringe due cose a verificarsi nella microstruttura: gli atomi di niobio, titanio e alluminio, che sono disciolti nella matrice dopo il trattamento della soluzione, escono dalla soluzione come particelle di Ni3Nb e Ni3(Al,Ti) su scala nanometrica-; e quelle particelle bloccano il movimento di dislocazione che altrimenti consentirebbe la deformazione plastica.
Il ciclo di invecchiamento in due-fasi esiste perché le due fasi rispondono a temperature diverse: la prima fase a 1325 gradi F nuclea la fase g″ e la seconda a 1150 gradi F la lascia crescere fino alla dimensione che fornisce l'equilibrio ottimale di resistenza-tenacità. Saltare o accorciare uno dei passaggi lascia la lega sotto-indurita, motivo per cui i dati sui trattamenti termici-contano di più per il 718 che per quasi tutte le altre leghe di nichel.
Condizioni di consegna: AMS 5662, AMS 5663 e AMS 5664
Tre condizioni AMS dominano l'approvvigionamento di barre, forgiati e tubi di Inconel 718. Sono la stessa chimica; la differenza sta interamente nello stato del trattamento termico-e ognuno ha un lavoro diverso nella catena di fornitura.
| Specifica | Condizione | Proprietà minime (temperatura ambiente) | Utilizzo tipico nella catena di fornitura |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Soluzione trattata (ricotto) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Materia prima per la lavorazione; abbastanza morbido da poter essere tagliato facilmente |
| AMS 5663 | Soluzione trattata + precipitazione indurita | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12% min, RA 15% min | Hardware rotante e parti a pressione-pronti per la manutenzione |
| AMS 5664 | Variante-lavorata a freddo-più resistente + invecchiata | Supera AMS 5663 in termini di forza | Elementi di fissaggio e parti che richiedono la massima resistenza |
Per tubazioni e apparecchiature a pressione la logica di approvvigionamento è: ordinare AMS 5662 quando la parte deve essere prima lavorata o piegata e successivamente indurita, e ordinare AMS 5663 quando la parte viene consegnata nella condizione finale.
Un errore comune nell'approvvigionamento è richiedere un tubo AMS 5663 e poi lavorarlo-o piegarlo a freddo in-casa, operazione che-indurisce e potrebbe distorcere una parte che era già a piena resistenza; il percorso corretto per le parti grezze lavorate-da-è AMS 5662 seguito da un ciclo di invecchiamento controllato.
Percorso del trattamento termico
Il ciclo di indurimento per precipitazione standard secondo AMS 5663 è un trattamento in due-fasi. Il trattamento di soluzione prima dell'invecchiamento scioglie gli elementi indurenti e fissa la granulometria; le fasi di invecchiamento nucleano e fanno crescere i precipitati.
| Fare un passo | Temperatura | Tempo/Raffreddamento | Scopo |
|---|---|---|---|
| Ricottura della soluzione | 927–1010 gradi (1700–1850 gradi F) | Tenere in base alle dimensioni della sezione, raffreddare all'aria o più velocemente | Sciogliere Nb, Ti, Al; impostare la dimensione della grana |
| Invecchiamento fase 1 | 718 gradi (1325 gradi F) | 8 ore | Fase nucleata g″ (Ni3Nb). |
| Invecchiamento fase 2 | 621 gradi (1150 gradi F) | Forno freddo dal passaggio 1; tempo di maturazione totale 18 h; aria fresca | Aumenta g″ e g′ fino alla dimensione ottimale |
La rotta 1325/1150 grado F è lo standard AMS. Una nota per i fabbricanti: la lega mostra una contrazione di circa 0,0008 pollici/pollici dopo l'indurimento per precipitazione, quindi le dimensioni di lavorazione meccanica di precisione-devono essere impostate prima dell'invecchiamento o della contrazione contabilizzata nel sovrametallo di lavorazione.
Dati fisici e meccanici
La tabella seguente combina le costanti fisiche con il comportamento meccanico rappresentativo alla temperatura. I minimi-della temperatura ambiente sono contrattuali, i valori elevati-della temperatura sono valori tipici per la guida alla progettazione.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Densità | 8,19 g/cm3 |
| Modulo di elasticità, temperatura ambiente | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| CTE media, 20–300 gradi | 13.9 µm/m·K |
| Conducibilità termica, temperatura ambiente | 11.4 W/m·K |
| UTS, ricotto (AMS 5662 min) | 1034MPa |
| UTS, invecchiato (AMS 5663 min) | 1276MPa |
| YS, invecchiato (AMS 5663 min) | 1034MPa |
| Allungamento, invecchiato (AMS 5663 min) | 12% |
| Durezza, invecchiata (tipica) | 331 HBW min (circa 36 HRC) |
Alta-temperatura e comportamento criogenico
La stessa struttura di precipitazione che conferisce al 718 la sua resistenza alla temperatura ambiente- è stabile fino a circa 650 gradi, motivo per cui la lega mantiene una resistenza alla trazione e allo scorrimento utilizzabile nella gamma delle turbine e del fondo pozzo. Le tipiche proprietà di invecchiamento a 650 gradi mostrano ancora circa 1100 MPa di trazione e le prestazioni di rottura da stress- sono il motivo per cui 718 è la lega per hardware rotante-standard.
All'altra estremità dell'involucro, la matrice austenitica non ha alcuna transizione da duttile-a-fragile, quindi la lega è ampiamente utilizzata nei serbatoi e nelle valvole criogeniche fino alle temperature dell'idrogeno liquido-. Questa combinazione, elevata resistenza a entrambe le temperature estreme con saldabilità intermedia, è il motivo per cui nessun'altra lega di nichel corrisponde alle sue specifiche nel settore aerospaziale, petrolifero-e-gas.
Saldatura e fabbricazione
Inconel 718è saldato con un riempitivo a base di nichel- corrispondente nella classe ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), la familiare famiglia di riempitivi Inconel 718. La lega può essere saldata sia allo stato ricotto che invecchiato; la risposta all'invecchiamento lento fa sì che la zona-influenzata dal calore non si crepa dopo la saldatura come accade con le leghe ad invecchiamento rapido.
Quando saldato allo stato ricotto e poi invecchiato, il metallo saldato sviluppa gran parte della resistenza del metallo di base-, motivo per cui le saldature sono normalmente progettate come materiale AMS 5662 più un ciclo di invecchiamento post-saldatura. La formatura a freddo è semplice allo stato ricotto; il materiale invecchiato è sufficientemente resistente da richiedere la formatura prima dell'indurimento per precipitazione. Le note di lavorazione rispecchiano le altre leghe di nichel: configurazione rigida, avanzamento positivo e utensili affilati per evitare l'incrudimento.
Standard e forme di prodotto
| Modulo | Norma governativa | Gamma tipica |
|---|---|---|
| Barra, asta, filo | ASTM B637/AMS 5662, 5663, 5664 | Diametro 6–300 mm |
| Tubo e tubo senza saldatura | Percorso AMS 5662, in base alle specifiche del progetto | DE 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Lastra, foglio, striscia | ASTM B670/AMS 5596, 5597 | Spessore 0,5–100 mm |
| Forgiati e anelli | ASTM B637 | Per disegno |
| Elementi di fissaggio | Varianti AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Per disegno |
Applicazioni
- Aerospaziale: dischi di turbine, pale di compressori, alberi di motori, involucri e dispositivi di fissaggio
- Motori a razzo: turbopompe, alloggiamenti, componenti di spinta
- Petrolio e gas: strumenti per fondo pozzo, alloggiamenti MWD/LWD, alberi di pompe, valvole di sicurezza, componenti di teste di pozzo conformi a NACE MR0175 / API 6A CRA
- Criogenico: serbatoi di GNL e idrogeno, valvole, tubazioni di trasferimento
- Nucleare: parti interne del reattore e componenti-delle aste di controllo
- Settore industriale: molle ad alta-temperatura, elementi di fissaggio, stampi e utensili
Errori comuni negli appalti
- Ordinare il tubo AMS 5663 e lavorarlo internamente-perdendo la condizione di invecchiamento sulla superficie lavorata
- Supponendo che tutti i certificati 718 siano uguali: la condizione (ricotto o invecchiato) deve essere indicata sul PO
- Saltare la seconda fase di invecchiamento a 1150 gradi F, che lascia la lega sotto-indurita
- Ignorando la contrazione dell'invecchiamento di 0,0008 pollici/in nelle dimensioni di precisione
- Utilizzo di un riempitivo di classe 625 sul 718, che modifica la chimica del metallo saldato e riduce la resistenza all'invecchiamento
Domande frequenti
D: Qual è la differenza tra AMS 5662 e AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 è la solubilizzazione-condizione ricotta con una trazione minima di circa 1034 MPa; AMS 5663 è lo stesso materiale per precipitazione-indurito a una trazione minima di 1276 MPa. Ordine 5662 per lavorazione e formatura, quindi invecchiato; ordina 5663 per parti-pronte per l'assistenza.
D: Come viene indurito l'Inconel 718?
Con un'età in due-fasi: 8 ore a 718 gradi (1325 gradi F), quindi raffreddamento in forno fino a 621 gradi (1150 gradi F) per un tempo di invecchiamento totale di 18 ore, quindi raffreddamento all'aria. Il trattamento fa precipitare le fasi Ni3Nb (g″) e Ni3(Al,Ti) (g′) che determinano dislocazioni.
D: A quale temperatura può resistere l'Inconel 718?
Servizio a lungo-termine fino a circa 650 gradi (1200 gradi F), con buone prestazioni criogeniche fino a -250 gradi. Sopra i 650 gradi la fase g″ supera il limite e la forza diminuisce.
D: L'Inconel 718 è saldabile?
Sì, cosa insolita per una lega di nichel indurita per precipitazione-, perché la sua risposta all'invecchiamento è lenta. Utilizzare il riempitivo ERNiFeCr-2; saldare allo stato ricotto e invecchiare successivamente per ottenere una resistenza di saldatura quasi-del metallo base.
D: Quali standard coprono Inconel 718?
ASTM B637 (barre e forgiati), ASTM B670 (piastra), AMS 5662/5663/5664 (condizioni aerospaziali), oltre alle varianti NACE MR0175/ISO 15156 e API 6A CRA per petrolio e gas.
D: L'Inconel 718 può essere utilizzato in servizi acidi?
Sì, la 718 è una delle poche leghe ad alta-resistenza elencate nella norma NACE MR0175/ISO 15156 per ambienti acidi, con limiti di durezza che devono essere verificati sul certificato
