Inconel 718 היא סגסוגת הניקל הנדירה שהחוזק שלה אינו קיים עד שמטפל החום יוצר אותה. במצב חישול זהו חומר צנוע של 1000 MPa-; לאחר טיפול המשקעים הדו-שלבי הוא מגיע למתיחה מינימלית של 1270 MPa עם תפוקה מעל 1030 MPa, וההבדל הזה הוא כל הסיבה לכך שהסגסוגת מצוינת במכונות מסתובבות וציוד לחץ.
מה זה Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)הוא סגסוגת ברזל-ניתנת להתקשות ניקל-כרום- מחוזקת על ידי שני שלבים בין-מתכתיים: גמא כפול-ראשי (g″, Ni3Nb) כשלב ההתקשות הראשוני ו-gamma prime (g′, Ni3(Al,Ti)) כשלב המשני.
הסגסוגת יוצאת דופן בקרב סגסוגות-על של ניקל בכך שתגובת ההתקשות-שלה היא איטית, וזה בדיוק מה שהופך אותה לריתוך ללא הסדקים שפוגעים בסגסוגות-הזדקנות מהירה כגון X-750. הוא שומר על חוזק גבוה מטמפרטורות קריוגניות עד כ-650 מעלות (1200 מעלות F), שהיא מעטפת העבודה שרוב גליונות הנתונים מצטטים לשירות ארוך טווח.
| פָּרִיט | עֵרֶך |
|---|---|
| מספר UNS | N07718 |
| EN / מספר Werkstoff | 2.4668 |
| שמות נפוצים | Inconel 718, Alloy 718, Nickel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (קיצור EN) |
| מִשׁפָּחָה | משקעים-ניתן להתקשות Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| מנגנון חיזוק | g″ (Ni3Nb) ראשוני + g′ (Ni3(Al,Ti)) משני |
| צְפִיפוּת | 8.19 גרם/סמ"ק (0.296 פאונד/אינץ' 3) |
| טווח התכה | 1320-1390 מעלות (2410-2540 מעלות F) |
| טווח שירותים שמיש | -250 מעלות עד +650 מעלות לטווח ארוך |
הרכב כימי
ההרכב שלהלן הוא מעטפת הקבלה הסטנדרטית המשמשת את AMS 5662 / AMS 5663 ו-ASTM B637 עבור סורגים ופרזים. ניוביום הוא היסוד המגדיר: הוא יוצר את המשקע Ni3Nb גמא כפול-במהלך ההזדקנות, והטווח שלו נשלט בצורה הדוקה מכיוון שמעט מדי ניוביום מפחית את תגובת ההתקשות בעוד יותר מדי מקדם הפרדה ושלב לאבס. ברזל אינו טומאה כאן אלא אלמנט איזון מכוון שמאט את תגובת ההזדקנות ומשפר את יכולת הבד.
| אֵלֵמֶנט | מינימום (%) | מקסימום (%) | תַפְקִיד |
|---|---|---|---|
| ניקל + קובלט (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | מטריצת בסיס; חוזק-בטמפרטורה גבוהה |
| Chromium (Cr) | 17.0 | 21.0 | עמידות בפני חמצון וקורוזיה |
| ברזל (Fe) | לְאַזֵן | - | איזון מטריקס; מאט את תגובת ההזדקנות לריתוך |
| ניוביום + טנטלום (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | צורות g″; אלמנט ההתקשות העיקרי |
| מוליבדן (מו) | 2.80 | 3.30 | חיזוק-מוצק לפתרון |
| טיטניום (Ti) | 0.65 | 1.15 | צורות g′; שותף-משקע |
| אלומיניום (אל) | 0.20 | 0.80 | צורות g′; שותף-משקע |
| קובלט (Co) | - | 1.00 | הגבלת טומאה ברוב המפרטים |
| פחמן (C) | - | 0.08 | נשמר נמוך כדי למנוע התפרקות קרביד |
| מנגן (Mn) | - | 0.35 | בקרת טומאה |
| סיליקון (Si) | - | 0.35 | בקרת טומאה |
| זרחן (P) | - | 0.015 | בקרת טומאה |
| גופרית (S) | - | 0.015 | בקרת טומאה; קריטי לעבודה חמה |
| נחושת (Cu) | - | 0.30 | גבול טומאה |
| בורון (ב) | - | 0.006 | מיקרו-סגסוגת לחוזק גבול-תבואה |
מנגנון המשקעים: מדוע טיפול בחום יוצר את החוזק
במצב חישול Inconel 718 הוא סגסוגת-תמיסה מוצקה עם חוזק בינוני, מתיחה מינימלית של כ-1030 MPa במצב AMS 5662.
טיפול החום במשקעים לוקח את הסגסוגת ל-185 ksi (1276 MPa) למתיחה מינימלית מכיוון שהוא מאלץ שני דברים לקרות במבנה המיקרו: אטומי הניוביום, הטיטניום והאלומיניום, המומסים במטריקס לאחר טיפול בתמיסה, יוצאים מהתמיסה בקנה מידה ננומטרי -Ni3Nb) ו-Ni3(Al,Ti; והחלקיקים האלה מצמידים את תנועת הנקע שאחרת תאפשר דפורמציה פלסטית.
מחזור ההזדקנות הדו--שלבי קיים מכיוון ששני השלבים מגיבים בטמפרטורות שונות: השלב הראשון ב-1325 מעלות צלזיוס מייצר את שלב ה-g″, והשלב השני ב-1150 מעלות צלזיוס מאפשר לו לצמוח לגודל שנותן את איזון החוזק האופטימלי-. דילוג או קיצור של כל אחד מהשלבים מותיר את הסגסוגת לא-מתקשה, וזו הסיבה שרשומות טיפול- בחום חשובות יותר עבור 718 מאשר כמעט לכל סגסוגת ניקל אחרת.
תנאי אספקה: AMS 5662, AMS 5663 ו-AMS 5664
שלושה תנאי AMS שולטים ברכש של ברים, פרזול וצינורות של Inconel 718. הם אותה כימיה; ההבדל הוא לחלוטין במצב הטיפול בחום, ולכל אחד יש תפקיד שונה בשרשרת האספקה.
| מִפרָט | מַצָב | מאפיינים מינימליים (טמפרטורת החדר) | שימוש אופייני בשרשרת האספקה |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | תמיסה מטופלת (חישול) | UTS 1034 MPa (150 ksi) דקות, YS 517 MPa (75 ksi) דקות | חומר גלם לעיבוד שבבי; רך מספיק כדי לחתוך בקלות |
| AMS 5663 | תמיסה מטופלת + משקעים התקשות | UTS 1276 MPa (185 ksi) דקות, YS 1034 MPa (150 ksi) דקות, EL 12% דקות, RA 15% דקות | שירות-חלקי חומרה מסתובבים ולחץ מוכנים |
| AMS 5664 | -חוזק גבוה יותר קר-עובד + גרסה מיושן | עולה על AMS 5663 בחוזקה | מחברים וחלקים הזקוקים לחוזק מרבי |
עבור צנרת וציוד לחץ היגיון הרכש הוא: הזמינו AMS 5662 כאשר החלק חייב להיות במכונה או לכופף תחילה ולהקשיח מאוחר יותר, והזמינו AMS 5663 כאשר החלק נמסר במצב הסופי.
שגיאת מקור נפוצה היא לבקש צינור AMS 5663 ולאחר מכן לבצע עיבוד שבבי או-כיפוף-בבית, שעובדות-מתקשות ועשויות לעוות חלק שכבר היה במלוא עוצמתו; המסלול הנכון לעיבוד-מחלקים גולמיים- הוא AMS 5662 ואחריו מחזור יישון מבוקר.
מסלול טיפול בחום
מחזור התקשות המשקעים הסטנדרטי לפי AMS 5663 הוא טיפול דו--שלבי. הטיפול בתמיסה לפני היישון ממיס את האלמנטים המתקשים וקובע את גודל הגרגיר; שלבי ההזדקנות יוצרים גרעין ומצמיחים את המשקעים.
| שָׁלָב | טֶמפֶּרָטוּרָה | זמן / קירור | מַטָרָה |
|---|---|---|---|
| חישול פתרון | 927-1010 מעלות (1700-1850 מעלות F) | החזק לפי גודל מקטע, קריר אוויר או מהיר יותר | ממיסים נב, טי, אל; להגדיר גודל גרגר |
| הזדקנות שלב 1 | 718 מעלות (1325 מעלות F) | 8 שעות | שלב גרעיני g″ (Ni3Nb). |
| הזדקנות שלב 2 | 621 מעלות (1150 מעלות F) | תנור מגניב משלב 1; זמן יישון כולל 18 שעות; קריר אוויר | גדל את g″ ו′ לגודל אופטימלי |
מסלול 1325/1150 מעלות F הוא תקן AMS. הערה ליצרנים: הסגסוגת מציגה התכווצות של כ-0.0008 אינץ'/ אינץ' לאחר התקשות המשקעים, לכן יש להגדיר את הממדים המדויקים בעיבוד- לפני ההזדקנות או להתחשב בכיווץ בקצבת העיבוד.
נתונים פיזיים ומכניים
הטבלה שלהלן משלבת את הקבועים הפיזיקליים עם התנהגות מכנית מייצגת בטמפרטורה. המינימום-טמפרטורת החדר הם חוזיים, נתוני הטמפרטורות- המוגבות הם ערכים אופייניים להנחיית עיצוב.
| נֶכֶס | עֵרֶך |
|---|---|
| צְפִיפוּת | 8.19 גרם/סמ"ק |
| מודול גמישות, טמפרטורת החדר | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| CTE ממוצע, 20-300 מעלות | 13.9 µm/m·K |
| מוליכות תרמית, טמפרטורת החדר | 11.4 W/m·K |
| UTS, חישול (AMS 5662 דקות) | 1034 MPa |
| UTS, מיושן (AMS 5663 דקות) | 1276 MPa |
| YS, מיושן (AMS 5663 דקות) | 1034 MPa |
| התארכות, מיושן (AMS 5663 דקות) | 12% |
| קשיות, מיושן (אופייני) | 331 HBW min (בערך 36 HRC) |
טמפרטורה- גבוהה והתנהגות קריוגנית
אותו מבנה משקעים שנותן ל-718 את חוזק טמפרטורת החדר שלו- יציב ל-650 מעלות בערך, וזו הסיבה שהסגסוגת מחזיקה בחוזק מתיחה וזחילה שמיש בטווח הטורבינה והבור. מאפיינים מיושנים אופייניים ב-650 מעלות עדיין מציגים מתיחה של כ-1100 MPa, וביצועי קרע בלחץ הם הסיבה ש-718 היא סגסוגת החומרה המסתובבת הסטנדרטית-.
בקצה השני של המעטפת, למטריצה האוסטניטית אין מעבר רקיע-ל-שביר, כך שהסגסוגת נמצאת בשימוש נרחב במיכלים קריוגניים ושסתומים עד לטמפרטורות מימן נוזלי-. השילוב הזה, חוזק גבוה בשני הטמפרטורה הקיצונית עם יכולת ריתוך ביניהם, הוא הסיבה לכך שאף סגסוגת ניקל אחרת לא תואמת את ספירת המפרט שלה בתעופה וחלל ובנפט-ו-גז.
ריתוך וייצור
אינקונל 718מרותך עם חומר מילוי בסיס ניקל- תואם במחלקה ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), משפחת חומרי המילוי המוכרת של Inconel 718. ניתן לרתך את הסגסוגת במצב חישול או מיושן; תגובת ההזדקנות האיטית פירושה שהאזור המושפע-החום אינו נסדק לאחר הריתוך כפי שעושות סגסוגות המזדקנות במהירות.
כאשר מרותכים במצב חישול ולאחר מכן מתיישן, מתכת הריתוך מפתחת נתח גדול מחוזק המתכת-הבסיסית, וזו הסיבה שריתוכים מתוכננים בדרך כלל כחומר AMS 5662 פלוס מחזור התיישנות שלאחר-ריתוך. יצירה קרה פשוטה במצב חישול; חומר מיושן חזק מספיק כדי ליצור היווצרות לפני התקשות המשקעים. הערות העיבוד משקפות את סגסוגות הניקל האחרות: התקנה קשיחה, הזנה חיובית וכלים חדים כדי למנוע התקשות בעבודה.
תקנים וטפסי מוצר
| טוֹפֶס | תקן שולט | טווח טיפוסי |
|---|---|---|
| בר, מוט, חוט | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | קוטר 6-300 מ"מ |
| צינור וצינור ללא תפרים | מסלול AMS 5662, לכל מפרט פרויקט | OD 21.3–168.3 מ"מ (NPS 1/2–6) |
| צלחת, סדין, רצועה | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | עובי 0.5-100 מ"מ |
| חישולים וטבעות | ASTM B637 | לכל ציור |
| מחברים | AMS 5662/5663 + גרסאות NACE MR0175 | לכל ציור |
יישומים
- תעופה וחלל: דיסקיות טורבינה, להבי מדחס, צירי מנוע, מארזים ומחברים
- מנועי רקטות: משאבות טורבו, בתים, רכיבי דחף
- שמן וגז: כלים למטה, בתי MWD/LWD, פירי משאבה, שסתומי בטיחות, רכיבי ראש באר לפי NACE MR0175 / API 6A CRA
- קריוגני: מיכלי LNG ומימן, שסתומים, צנרת העברה
- גרעיני: חלקים פנימיים של הכור ורכיבי מוטות בקרה-
- תעשייתי: קפיצים-בטמפרטורה גבוהה, מחברים, מתלים וכלי עבודה
טעויות רכש נפוצות
- הזמנת צינור AMS 5663 ועיבודו ב-בית, מאבד את המצב הישן במשטח המעובד
- בהנחה שכל 718 התעודות זהות: יש לציין את המצב (חישול לעומת זקן) בהזמנה
- דילוג על שלב ההזדקנות השני ב-1150 מעלות פרנהייט, שמותיר את הסגסוגת-מתקשה.
- התעלמות מהתכווצות ההזדקנות של 0.0008 ב/in בממדים מדויקים
- שימוש בחומר מילוי בדרגת 625 ב-718, המשנה את כימיית מתכת הריתוך ומפחית חוזק מיושן
שאלות נפוצות
ש: מה ההבדל בין AMS 5662 ל-AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 הוא פתרון-מצב חישול עם מתיחה מינימלית של 1034 MPa בערך; AMS 5663 הוא אותו משקעי חומר-מתקשה עד 1276 MPa מתיחה מינימלית. הזמינו 5662 לעיבוד שבבי ופיפוס, ואז גיל; להזמין 5663 לשירות-חלקים מוכנים.
ש: כיצד מתקשה Inconel 718?
בגיל שני-: 8 שעות ב-718 מעלות (1325 מעלות פרנהייט), לאחר מכן קירור תנור ל-621 מעלות (1150 מעלות פרנהייט) למשך זמן יישון כולל של 18 שעות, ואז קירור אוויר. הטיפול מזרז שלבי Ni3Nb (g″) ו-Ni3(Al,Ti) (g′) שמצמידים נקעים.
ש: באיזו טמפרטורה יכול Inconel 718 לעמוד?
שירות-לטווח ארוך עד ל-650 מעלות בערך (1200 מעלות F), עם ביצועים קריוגניים טובים עד ל-250 מעלות. מעל 650 מעלות שלב ה-g″ מתגבר והחוזק יורד.
ש: האם Inconel 718 ניתן לריתוך?
כן, באופן יוצא דופן לגבי סגסוגת ניקל מוקשה-במשקעים, מכיוון שתגובת ההזדקנות שלה איטית. השתמש במילוי ERNiFeCr-2; לרתך במצב חישול ולהתיישן לאחר מכן עבור חוזק ריתוך כמעט- של מתכת בסיסית.
ש: אילו תקנים מכסים את Inconel 718?
ASTM B637 (בר ופרזול), ASTM B670 (צלחת), AMS 5662/5663/5664 (תנאי תעופה וחלל), בתוספת גרסאות NACE MR0175/ISO 15156 ו-API 6A CRA לנפט וגז.
ש: האם ניתן להשתמש ב-Inconel 718 בשירות חמוץ?
כן, 718 היא אחת מסגסוגות-החוזק הבודדות המפורטות ב-NACE MR0175/ISO 15156 עבור סביבות חמוצות, עם מגבלות קשיות שיש לאמת בתעודה
