Inconel 718 prášek

Přehled

Inconel 718 prášek je prášek ze slitiny niklu a chromu, který se používá především v aditivní výrobě a při 3D tisku kovů. Mezi klíčové vlastnosti prášku Inconel 718 patří:

• Vysoká pevnost a tvrdost, a to i při vysokých teplotách.
• Vynikající odolnost proti korozi a oxidaci
• Dobrá svařitelnost a obrobitelnost
• Schopnost aditivní výroby složitých geometrií
• Používá se v letectví, ropném a plynárenském průmyslu, automobilovém průmyslu a dalších náročných odvětvích.

Inconel 718 je niklová slitina s příměsí chromu, železa, niobu, molybdenu, titanu a hliníku. Kombinuje odolnost proti korozi, vysokou pevnost při zvýšených teplotách až 700 °C a snadnou výrobu složitých dílů pomocí aditivní výroby.

Složení prášku Inconel 718

Nominální složení prášku Inconel 718 je uvedeno níže:

Obsah železa je vyvážen na 100% hmotnosti. Ostatní stopové prvky, jako je uhlík, mangan a křemík, mohou být přítomny v malém množství.

Klíčovými legujícími prvky v prášku Inconel 718 jsou nikl, chrom, niob a molybden. Nikl tvoří matrici slitiny a zajišťuje její tažnost. Chrom zajišťuje odolnost proti oxidaci a korozi. Niob v kombinaci s niklem a chromem přispívá ke srážkovému kalení. Molybden rovněž zvyšuje pevnost při vysokých teplotách díky zpevnění pevným roztokem.

Charakteristika a vlastnosti Inconel 718 prášek

Prášek Inconel 718 vykazuje následující vlastnosti:

Mechanické vlastnosti:

• Pevnost v tahu: 1 034 - 1 414 MPa
• Mez kluzu: 827-1 103 MPa
• Prodloužení: Přibližně 20%
• Tvrdost: 36-48 HRC

Fyzikální vlastnosti:

• Bod tání: 1 300 °C
• Hustota: 8,19 g/cm3

Tepelné vlastnosti:

• Koeficient tepelné roztažnosti: 12,8 x 10^-6 /K
• Maximální provozní teplota: 700 °C
• Tepelná vodivost: 11,2 W/m.K

Odolnost proti korozi:

• Vynikající odolnost proti korozi v širokém spektru kyselin, louhů a solí.
• Odolává sulfidaci a oxidaci až do 700 °C

Distribuce velikosti částic prášku Inconel 718

Typické rozdělení velikosti částic pro prášek Inconel 718 pro procesy AM jsou:

Lze použít užší rozdělení velikosti částic, například 15-45 μm, ale obecně se používá širší rozdělení mezi 15-75 μm. K dispozici jsou také jemnější rozprašované prášky o velikosti pod 15 μm. Větší částice nad 100 μm může být nutné prosévat.

Výrobní metody prášku Inconel 718

Mezi běžné výrobní metody práškové slitiny Inconel 718 patří:

• Atomizace plynu - Vysokotlaký inertní plyn (N2 nebo Ar) rozkládá proud roztavené slitiny na jemné kapičky, které tuhnou v prášek. Vzniká tak sférický prášek ideální pro AM.
• Proces rotační elektrody - Roztavený materiál se roztáčí vysokou rychlostí v inertní atmosféře, čímž vznikají vločky nebo sférický prášek. Nižší náklady než při atomizaci.
• Proces plazmové rotující elektrody (PREP) - Elektrody z Inconelu 718 se otáčejí a taví pomocí plazmového zdroje tepla v atmosféře inertního plynu. Vzniká tak sférický prášek vhodný pro AM.
• Vakuové indukční tavení (VIM) následované plynovou atomizací - Slitina se nejprve roztaví pomocí VIM, aby se zjemnilo složení a odstranily vměstky. Poté se rozprašuje na prášek.

Pro aditivní výrobu s Inconelem 718 se upřednostňují práškové elektrody rozprašované plynem a plazmou s řízenou distribucí velikosti částic.

Normy a specifikace

Prášek Inconel 718 vyráběný pro aplikace aditivní výroby splňuje následující specifikace:

Chemické složení odpovídá normě AMS 5662 a mechanické vlastnosti normě AMS 5662 nebo ASTM B214 po výrobě pomocí AM a tepelném zpracování.

Použití a aplikace

Mezi hlavní použití a aplikace práškové slitiny Inconel 718 patří:

Letectví: Kritické součásti pro letecký průmysl, jako jsou lopatky turbín, skříně, spojovací prvky, převodovky, vlnovody a rámy letadel, se vyrábějí aditivním způsobem s použitím prášku Inconel 718 díky jeho vysoké pevnosti a výkonnosti při zvýšených teplotách.

Ropa a plyn: Používá se k potisku vrtných nástrojů, ventilů a součástí ústí vrtů, které musí odolávat sirovodíkovému praskání a korozi.

Automobilový a závodní průmysl: Lehké, vysoce výkonné komponenty, jako jsou turbodmychadla, ventily motoru a výfukové potrubí, jsou vytištěny 3D tiskem z materiálu Inconel 718 namísto oceli.

Lékařská a zubní péče: Chirurgické nástroje, zubní korunky a implantáty s potiskem díky biokompatibilitě a schopnosti sterilizace v autoklávu.

Nástroje: Lehké nástroje Inconel 718 vytištěné 3D tiskem pomocí AM nabízejí delší životnost než tradiční nástrojové oceli.

Čerpadla, ventily a lodní příslušenství: Součásti vystavené korozi mořské vody a mořskému prostředí s potiskem z Inconelu 718.

Výhody prášku Inconel 718

Mezi výhody použití prášku Inconel 718 pro aditivní výrobu patří:

• Díly vytištěné z materiálu Inconel 718 se mohou vyrovnat pevnostním úrovním výkovků nebo je překonat.
• Možnost výroby složitých, lehkých geometrií, které nejsou možné u odlitků.
• Povrchová úprava po vytištění je mnohem hladší než u obráběných povrchů.
• Nižší hmotnost součástí snižuje spotřebu paliva v letectví a kosmonautice
• Vynikající odolnost proti korozi v drsném prostředí bez nátěrů
• Vysoká tvrdost zajišťuje dobrou odolnost proti opotřebení a oděru.
• Plně husté komponenty ve srovnání s defektem pórovitosti odlitku
• Kratší dodací lhůty a nižší náklady ve srovnání s výkovky nebo odlitky.

Omezení Inconel 718 prášek

Některá omezení nebo nevýhody spojené s práškem Inconel 718 zahrnují:

• Vysoké materiálové náklady ve srovnání s nástrojovými ocelemi nebo slitinami hliníku.
• Po AM vyžaduje lisování za tepla (HIP), aby se dosáhlo nejlepších vlastností.
• Obtížný tisk a zpracování kvůli špatné tepelné vodivosti
• Bez optimalizovaných parametrů je náchylný k tvorbě trhlin a porézních vad.
• Omezený počet modelů kovových 3D tiskáren dokáže zpracovávat prášek Inconel 718
• Následné zpracování, jako je odstraňování podpěr, obrábění a dokončovací práce, zvyšuje náklady.
• Kvalifikace a certifikace vyžaduje nákladné mechanické zkoušky

Analýza nákladů

Níže jsou shrnuty typické ceny prášku slitiny Inconel 718 pro aditivní výrobu:

Náklady závisí na distribuci velikosti částic prášku, morfologii, způsobu výroby a nákupním množství. Další náklady vznikají při tepelném zpracování, úpravě HIP, obrábění, testování a certifikaci, které mohou přesáhnout cenu materiálu. Nákup plně certifikovaného prášku letecké kvality bude dražší.

Dodavatelé

Mezi hlavní světové dodavatele práškové niklové slitiny Inconel 718 pro AM patří:

Kritéria výběru

Mezi hlavní kritéria výběru prášku Inconel 718 patří:

Chemické složení - Musí odpovídat specifikacím složení AMS 5662 nebo ASTM B214.

Distribuce velikosti částic - D50 a rozložení závisí na procesu AM a požadovaném rozlišení vrstvy.

Tvar prášku - Vysoce kulovitá a hladká morfologie prášku zajišťuje optimální tok prášku a rovnoměrné vrstvy.

Výrobní metoda - Prášek rozprašovaný plynem a plazmou má přednost před metodami PREP a rotačním rozprašováním.

Nečistoty - Nízká hladina kyslíku a dusíku zabraňuje vzniku defektů a prasklin.

Zdánlivá hustota a hustota odbočky - Vyšší hustota zlepšuje míru opětovného použití prášku a balení.

Průtoková rychlost - Minimální průtok v hale 20 s pro 50 g zajišťuje hladké roztírání prášku.

Srovnávací analýza

Srovnání prášku Inconel 718 s alternativami:

Inconel 718 vs. ocelové prášky

Výhody oproti nerezovým ocelím

• Vyšší odolnost při vysokých teplotách
• Vyšší tvrdost a odolnost proti opotřebení
• Zvýšená odolnost proti korozi

Nevýhody oproti nerezovým ocelím

• Vyšší náklady na materiál
• Nižší tažnost a lomová houževnatost
• Obtížnější tisk a zpracování

Parametry tisku pro Inconel 718 prášek

Typický rozsah tiskových parametrů pro prášek Inconel 718 na systémech pro laserovou fúzi v práškovém loži (L-PBF):

Parametry závisí na faktorech, jako je požadované rozlišení, mechanické vlastnosti, rychlost vytváření, specifikace tiskárny OEM a vlastnosti prášku.

Operace následného zpracování

Mezi běžné kroky následného zpracování tištěných dílů z Inconelu 718 patří:

• Odstranění prášku: Přebytečný prášek se z vnitřních dutin a povrchů nejprve vyfouká nebo vykartáčuje.
• Odstraňování stresu: Zahřátí pod teplotu rozpuštění k odstranění zbytkových napětí
• Izostatické lisování za tepla (HIP): Proces HIP kapsle pomáhá uzavřít vnitřní dutiny a mikropóry
• Ošetření roztokem a stárnutí: Tepelné zpracování srážkovým kalením pro dosažení požadovaných vlastností
• Povrchové obrábění: CNC obrábění tištěných povrchů pro snížení drsnosti a dosažení přísnějších tolerancí.
• Úprava povrchu: Zpevňování skleněných kuliček, laserové leštění nebo jiné procesy úpravy povrchu mohou snížit drsnost.

Nejčastější dotazy

Proč je Inconel 718 nejpoužívanější superslitinou pro kovový 3D tisk?

Inconel 718 je oblíbený pro aditivní výrobu díky své vynikající pevnosti při vysokých teplotách, dobré odolnosti proti korozi, snadné výrobě složitých geometrií pomocí 3D tisku, schopnosti pracovat v extrémních prostředích a použití v kritických aplikacích v letectví, ropném a plynárenském průmyslu atd., kde selhání nepřipadá v úvahu.

Vyžaduje Inconel 718 po AM tepelné zpracování?

Ano, po tisku součástí z Inconelu 718 pomocí AM je nutné tepelné zpracování zahrnující žíhání v roztoku a vícestupňové stárnutí, aby se upravila mikrostruktura a vznikly kalené precipitáty, které poskytují vynikající mechanické vlastnosti.

Jaký je rozdíl mezi Inconelem 625 a 718 při aditivní výrobě?

Hlavní rozdíly spočívají v tom, že Inconel 625 má vyšší svařitelnost, zatímco Inconel 718 nabízí vyšší mez kluzu a pevnost v tahu. Inconel 718 má také lepší vlastnosti v kryogenních podmínkách, zatímco Inconel 625 je preferován z hlediska odolnosti proti únavě, koroznímu praskání a opotřebení.

Měly by být díly z Inconelu 718 po 3D tisku HIPovány?

Izostatické lisování za tepla (HIP) pomáhá odstranit vnitřní dutiny a mikroporozitu v součástech AM Inconel 718. HIP zlepšuje tažnost, únavovou životnost a odolnost proti korozi a zároveň snižuje potenciální místa poruch. Letecké aplikace vyžadují HIP k zajištění nejvyšší kvality a spolehlivosti.

znát více procesů 3D tisku