Inconel 718 är den sällsynta nickellegeringen vars styrka inte existerar förrän värmebehandlaren skapar den. I glödgat tillstånd är det ett blygsamt material på 1000 MPa-klass; efter två-utfällningsbehandlingen når den 1270 MPa minsta draghållfasthet med ett utbyte över 1030 MPa, och den skillnaden är hela anledningen till att legeringen specificeras i roterande maskiner och tryckutrustning.
Vad Inconel 718 är
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)är en utfällnings-härdbar nickel-krom-järnlegering stärkt av två intermetalliska faser: gamma dubbel-prime (g″, Ni3Nb) som primär härdningsfas och gamma prime (g′, Ni3(Al,Ti)) som sekundär fas.
Legeringen är ovanlig bland nickelsuperlegeringar eftersom dess ålder-härdningssvar är långsam, vilket är precis vad som gör den svetsbar utan sprickbildning som plågar snabbt-åldrande legeringar som X-750. Den håller hög hållfasthet från kryogena temperaturer upp till cirka 650 grader (1200 grader F), vilket är det arbetskuvert som de flesta datablad citerar för långsiktig service.
| Punkt | Värde |
|---|---|
| UNS-nummer | N07718 |
| EN / Werkstoff nummer | 2.4668 |
| Vanliga namn | Inconel 718, Alloy 718, Nickel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN stenografi) |
| Familj | Nederbörd-härdbar Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Förstärkningsmekanism | g″ (Ni3Nb) primär + g′ (Ni3(Al,Ti)) sekundär |
| Densitet | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Smältområde | 1320–1390 grader (2410–2540 grader F) |
| Användbart serviceutbud | -250 grader till +650 grader på lång sikt |
Kemisk sammansättning
Sammansättningen nedan är standardacceptkuvertet som används av AMS 5662 / AMS 5663 och ASTM B637 för stänger och smide. Niob är det avgörande elementet: det bildar Ni3Nb-gamma-dubbel-primärfällningen under åldrandet, och dess räckvidd kontrolleras noggrant eftersom för lite niob minskar härdningssvaret medan för mycket främjar segregation och Laves-fas. Järn är inte en orenhet här utan ett avsiktligt balanselement som bromsar åldringssvaret och förbättrar tillverkningsbarheten.
| Element | Min (%) | Max (%) | Roll |
|---|---|---|---|
| Nickel + Kobolt (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Basmatris; hög-temperaturstyrka |
| Krom (Cr) | 17.0 | 21.0 | Oxidations- och korrosionsbeständighet |
| Järn (Fe) | Balans | - | Matrisbalans; bromsar åldringssvaret för svetsbarhet |
| Niob + Tantal (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Former g″; det primära härdningselementet |
| Molybden (Mo) | 2.80 | 3.30 | Solid-lösningsförstärkning |
| Titan (Ti) | 0.65 | 1.15 | Former g′; med-utfällning |
| Aluminium (Al) | 0.20 | 0.80 | Former g′; med-utfällning |
| Kobolt (Co) | - | 1.00 | Föroreningsgräns i de flesta specifikationer |
| Kol (C) | - | 0.08 | Hålls låg för att undvika hårdmetallförsprödning |
| Mangan (Mn) | - | 0.35 | Föroreningskontroll |
| Kisel (Si) | - | 0.35 | Föroreningskontroll |
| Fosfor (P) | - | 0.015 | Föroreningskontroll |
| Svavel (S) | - | 0.015 | Föroreningskontroll; kritisk för varmbearbetbarhet |
| Koppar (Cu) | - | 0.30 | Gräns för föroreningar |
| Bor (B) | - | 0.006 | Mikro-legering för korn-gränsstyrka |
Nederbördsmekanismen: Varför värmebehandling skapar styrka
I glödgat tillstånd är Inconel 718 en solid-lösningslegering med måttlig hållfasthet, ungefär 1030 MPa minsta draghållfasthet i AMS 5662-tillståndet.
Utfällningsvärmebehandlingen tar legeringen till 185 ksi (1276 MPa) minsta draghållfasthet eftersom det tvingar två saker att hända i mikrostrukturen: niob-, titan- och aluminiumatomerna, som är lösta i matrisen efter lösningsbehandling, kommer ut ur lösningen som Ni3Nb) och Ni3(Al,Ti-partiklar i nanometerskala) och dessa partiklar stiftar dislokationsrörelsen som annars skulle tillåta plastisk deformation.
Åldringscykeln i två-steg existerar eftersom de två faserna reagerar vid olika temperaturer: det första steget vid 1325 grader F kärnar fram g″-fasen och det andra vid 1150 grader F låter den växa till den storlek som ger optimal styrka-seghetsbalans. Om du hoppar över eller förkortar något av stegen blir legeringen under-härdad, vilket är anledningen till-värmebehandlingsrekord betyder mer för 718 än för nästan alla andra nickellegeringar.
Leveransvillkor: AMS 5662, AMS 5663 och AMS 5664
Tre AMS-villkor dominerar upphandlingen av Inconel 718 stänger, smide och rör. De är samma kemi; skillnaden är helt och hållet värmebehandlingen-, och var och en har olika jobb i leveranskedjan.
| Specifikation | Skick | Minsta egenskaper (rumstemperatur) | Typisk användning i försörjningskedjan |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Lösningsbehandlad (glödgad) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Råmaterial för bearbetning; mjuk nog att skära lätt |
| AMS 5663 | Lösningsbehandlad + utfällning härdad | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12% min, RA 15% min | Serviceklara-roterande hårdvaru- och tryckdelar |
| AMS 5664 | Högre-styrka kall-bearbetad + åldrad variant | Överstiger AMS 5663 i styrka | Fästelement och delar som kräver maximal styrka |
För rörledningar och tryckbärande anordningar är anskaffningslogiken: beställ AMS 5662 när delen måste bearbetas eller böjas först och härdas senare, och beställ AMS 5663 när delen levereras i slutskick.
Ett vanligt inköpsfel är att fråga efter AMS 5663-rör och sedan bearbeta eller kall-böja det i-hus, vilket arbete-härdar och kan förvränga en del som redan hade full styrka; den korrekta vägen för bearbetade-från-rådelar är AMS 5662 följt av en kontrollerad åldringscykel.
Värmebehandlingsväg
Standardutfällningshärdningscykeln enligt AMS 5663 är en behandling i två-steg. Lösningsbehandlingen före åldring löser upp de härdande elementen och ställer in kornstorleken; åldringsstegen bildar kärnor och växer fällningarna.
| Steg | Temperatur | Tid/Kylning | Ändamål |
|---|---|---|---|
| Lösningsglödgning | 927–1010 grader (1700–1850 grader F) | Håll per sektionsstorlek, luftsval eller snabbare | Lös upp Nb, Ti, Al; ställ in kornstorlek |
| Åldrande steg 1 | 718 grader (1325 grader F) | 8 timmar | Kärnformig g″ (Ni3Nb) fas |
| Åldrande steg 2 | 621 grader (1150 grader F) | Ugn kyler från steg 1; total åldringstid 18 timmar; luft sval | Odla g″ och g′ till optimal storlek |
Rutten 1325/1150 grader F är AMS-standarden. En notering för tillverkarna: legeringen visar en sammandragning på cirka 0,0008 tum/tum efter nederbördshärdning, så precisionsbearbetade-dimensioner bör ställas in före åldring eller sammandragningen tas med i bearbetningstillägget.
Fysiska och mekaniska data
Tabellen nedan kombinerar de fysikaliska konstanterna med representativt mekaniskt beteende vid temperatur. Minimivärdena för rums-temperaturer är avtalsenliga, de förhöjda-temperatursiffrorna är typiska värden för designvägledning.
| Egendom | Värde |
|---|---|
| Densitet | 8,19 g/cm3 |
| Elasticitetsmodul, rumstemperatur | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Genomsnittlig CTE, 20–300 grader | 13.9 µm/m·K |
| Värmeledningsförmåga, rumstemperatur | 11.4 W/m·K |
| UTS, glödgat (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, åldrad (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, åldrad (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Förlängning, åldrad (AMS 5663 min) | 12% |
| Hårdhet, åldrad (typisk) | 331 HBW min (ungefär 36 HRC) |
Hög-temperatur och kryogent beteende
Samma nederbördsstruktur som ger 718 dess rums-temperaturstyrka är stabil till ungefär 650 grader, vilket är anledningen till att legeringen håller användbar drag- och kryphållfasthet i turbin- och borrhålsområdet. Typiska åldrade egenskaper vid 650 grader visar fortfarande en dragstyrka på cirka 1100 MPa, och spännings-brottprestanda är anledningen till att 718 är den vanliga roterande-hårdvarulegeringen.
I den andra änden av höljet har den austenitiska matrisen ingen duktil-till-spröd övergång, så legeringen används ofta i kryogena tankar och ventiler ner till temperaturer för flytande-väte. Denna kombination, hög hållfasthet vid båda temperaturextrema med svetsbarhet däremellan, är anledningen till att ingen annan nickellegering matchar dess specifikation för flyg och olja-och-gas.
Svetsning och tillverkning
Inconel 718är svetsad med matchande nickel-basfyllmedel i ERNiFeCr-2-klassen (AWS A5.14), den välbekanta Inconel 718-spackelfamiljen. Legeringen kan svetsas i antingen glödgat eller åldrat tillstånd; det långsamma åldringssvaret innebär att den värme-påverkade zonen inte spricker efter svetsning på det sätt som snabbt åldrande legeringar gör.
När svetsen svetsas i glödgat tillstånd och sedan åldras, utvecklar svetsmetallen en stor del av bas-metallens styrka, varför svetsar normalt utformas som AMS 5662-material plus en efter-svetsåldringscykel. Kallformning är enkel i glödgat tillstånd; åldrat material är tillräckligt starkt för att formningen bör göras innan fällningen härdar. Bearbetningsnoteringar speglar de andra nickellegeringarna: styv uppsättning, positiv matning och vassa verktyg för att undvika att arbetet hårdnar.
Standarder och produktformulär
| Form | Styrande standard | Typiskt intervall |
|---|---|---|
| Stång, stång, tråd | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Dia 6–300 mm |
| Sömlöst rör och rör | AMS 5662-rutt, per projektspecifikation | OD 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Tallrik, plåt, remsa | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Tjocklek 0,5–100 mm |
| Smide och ringar | ASTM B637 | Per ritning |
| Fästelement | AMS 5662/5663 + NACE MR0175-varianter | Per ritning |
Ansökningar
- Aerospace: turbinskivor, kompressorblad, motoraxlar, höljen och fästelement
- Raketmotorer: turbopumpar, hus, tryckkomponenter
- Olja och gas: borrhålsverktyg, MWD/LWD-hus, pumpaxlar, säkerhetsventiler, brunnshuvudkomponenter enligt NACE MR0175 / API 6A CRA
- Kryogen: LNG- och vätgastankar, ventiler, överföringsrör
- Kärnkraft: interna delar i reaktorn och-kontrollstavskomponenter
- Industriellt: hög-temperaturfjädrar, fästelement, stansar och verktyg
Vanliga upphandlingsmisstag
- Beställer AMS 5663-rör och bearbetar det internt-och förlorar det åldrade skicket på den bearbetade ytan
- Förutsatt att alla 718 certifikat är desamma: tillståndet (glödgat vs åldrat) måste anges på PO
- Hoppa över det andra åldringssteget på 1150 grader F, vilket gör att legeringen blir under-härdad
- Ignorerar 0,0008 in/in åldrande kontraktion i precisionsdimensioner
- Använder ett 625-klassfyllmedel på 718, vilket förändrar svetsmetallkemin och minskar åldrad hållfasthet
FAQ
F: Vad är skillnaden mellan AMS 5662 och AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 är lösningen-glödgat tillstånd med ungefär 1034 MPa minsta draghållfasthet; AMS 5663 är samma materialutfällning-härdat till 1276 MPa minsta draghållfasthet. Beställ 5662 för bearbetning och formning, sedan ålder; beställ 5663 för service-färdiga delar.
F: Hur härdas Inconel 718?
I två-stegsålder: 8 timmar vid 718 grader (1325 grader F), kyl sedan ugnen till 621 grader (1150 grader F) för en total åldringstid på 18 timmar, sedan luftkyld. Behandlingen fäller ut Ni3Nb (g″) och Ni3(Al,Ti) (g′) faser som stiftar dislokationer.
F: Vilken temperatur tål Inconel 718?
Lång-service till cirka 650 grader (1200 grader F), med bra kryogen prestanda ner till -250 grader . Över 650 grader överskrids g″-fasen och styrkan sjunker.
F: Är Inconel 718 svetsbar?
Ja, ovanligt för en nederbörds-härdad nickellegering, eftersom dess åldringssvar är långsam. Använd ERNiFeCr-2 filler; svetsa i glödgat tillstånd och åldras efteråt för nästan-basmetallsvetsstyrka.
F: Vilka standarder täcker Inconel 718?
ASTM B637 (stång och smide), ASTM B670 (plåt), AMS 5662/5663/5664 (flygförhållanden), plus NACE MR0175/ISO 15156 och API 6A CRA-varianter för olja och gas.
F: Kan Inconel 718 användas i sur service?
Ja, 718 är en av få hög-legeringar som anges i NACE MR0175/ISO 15156 för sura miljöer, med hårdhetsgränser som måste verifieras på certifikatet
