니켈 합금 718 분말

인코넬 718 분말이라고도 하는 니켈 합금 718 분말은 고강도, 내식성 니켈-크롬 합금 분말입니다. 우수한 기계적 특성과 고온에서의 산화 및 부식에 대한 저항성으로 인해 항공우주, 석유 및 가스, 자동차 및 기타 고온 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

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목차

개요

인코넬 718 분말이라고도 하는 니켈 합금 718 분말은 고강도, 내식성 니켈-크롬 합금 분말입니다. 우수한 기계적 특성과 고온에서의 산화 및 부식에 대한 저항성으로 인해 항공우주, 석유 및 가스, 자동차 및 기타 고온 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

니켈 합금 718 파우더의 주요 특징은 다음과 같습니다:

  • 최대 ~650°C의 높은 강도와 경도
  • 뛰어난 내식성
  • 우수한 크리프 및 피로 강도
  • 우수한 용접성 및 가공성
  • 높은 충격 강도 및 인성
  • 최적의 특성을 위해 열처리 가능

니켈 합금 718 분말은 선택적 레이저 용융(SLM), 전자빔 용융(EBM), 바인더 분사 등의 적층 제조 기술에서 복잡한 형상을 제작하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 다른 응용 분야로는 금속 사출 성형(MIM)과 열 또는 냉간 스프레이가 있습니다.

구성

니켈 합금 718 분말의 일반적인 화학 성분은 다음과 같습니다:

요소무게 %
니켈(Ni)50 – 55
크롬(Cr)17 – 21
철(Fe)잔액
니오븀(Nb)4.75 – 5.5
몰리브덴(Mo)2.8 – 3.3
티타늄(Ti)0.65 – 1.15
알루미늄(Al)0.2 – 0.8
코발트 (Co)≤ 1
구리(Cu)≤ 0.3
망간(Mn)≤ 0.35
실리콘(Si)≤ 0.35
인(P)≤ 0.015
유황(S)≤ 0.015
붕소(B)≤ 0.006
탄소(C)≤ 0.08

Ni, Cr, Nb, Mo와 같은 주요 합금 원소는 침전 경화 및 고용체 강화 메커니즘을 통해 고강도에 기여합니다. 철은 니켈과 함께 주요 기본 금속입니다. Al과 Ti를 소량 첨가하면 입자 구조 제어에 도움이 됩니다. 미량 원소는 유해한 영향을 방지하기 위해 제한됩니다.

속성

니켈 합금 718 분말은 뛰어난 특성이 독특하게 조합되어 있어 산업 전반의 고성능 부품에 적합합니다:

속성설명
어닐링 상태의 인장 강도는 1,300MPa입니다. 시효 경화 열처리 후 1,500MPa 이상 도달 가능
경도470 HB 이상의 경도
밀도8.19g/cm3
융점1,260-1,336°C
열 전도성~11W/m-K
전기 저항~125μΩ-cm
열 팽창~13 μm/m-°C
탄성 계수~205 GPa
신장12% 이상
충격 강도실온에서 최대 100J
피로 강도매우 높은 내피로성 및 내크리프성
산화 저항최대 700°C까지 산화 방지
내식성SCC 및 기타 형태의 수성 부식에 대한 뛰어난 내성
용접성우수한 용접성
가공성일반 718 니켈 합금보다 향상된 가공성

650°C 이상에서도 높은 강도를 유지하며 연성 및 인성이 우수합니다. 스테인리스강에 비해 크리프, 피로 및 균열 성장 저항성이 훨씬 뛰어납니다. 내식성이 뛰어나 열악한 환경에서도 사용할 수 있습니다. 이러한 균형 잡힌 특성 덕분에 니켈 합금 718은 핵심 부품에 적합합니다.

특성

니켈 합금 718 파우더의 몇 가지 고유한 특징은 다음과 같습니다:

  • 연령 또는 강수량 경화 - 금속 간 Ni3(Al,Ti) 감마 원소 및 몸체 중심의 사방정계 Ni3Nb 감마 이중 원소 상 침전을 통해 열처리하면 시간이 지남에 따라 강도가 증가합니다.
  • 견고한 솔루션 강화 - Mo 및 Cr과 같은 합금 원소가 니켈-철 매트릭스에 용해되어 기준 강도를 높입니다.
  • 열처리 가능 - 용액 어닐링 및 침전 경화를 통해 용도에 따라 특성을 맞춤화할 수 있습니다.
  • 안정적이고 끈질긴 산화물 스케일을 생성하여 내식성을 제공합니다.
  • 극저온 인성 - 극한의 영하 온도에서도 연성 및 인성 유지
  • 파우더 베드 융합 AM 공정을 사용하여 미세 입자 미세 구조를 쉽게 달성할 수 있습니다.
  • HIP'ability - 열간 등방성 프레스로 AM 부품의 내부 다공성 제거 가능
  • 적당한 레이저 출력으로 우수한 적층 제조 가공성 제공

사양

니켈 합금 718 분말은 다양한 카테고리로 분류된 다양한 크기 분포로 제공됩니다:

크기 범위

범주크기 범위(μm)
고급 등급15-45
엑스트라 파인 등급10-22
서브미크론 등급0.5-15

크기 분포

적층 제조 공정의 일반적인 크기 분포입니다:

크기 분포D10(μm)D50(μm)D90(μm)
15-45 μm203540
10-22 μm121822

화학적 순도

등급순도
표준≥ 99.9%
고순도≥ 99.95%
초고순도≥ 99.99%

표준

니켈 합금 718 분말 조성물은 다음에 따라 표준화됩니다:

  • ASTM B637
  • AMS 5596G
  • AMS 5662M

그러나 AM에 맞는 맞춤형 구성도 가능합니다.

애플리케이션

니켈 합금 718 분말은 산업 전반에서 적층 제조 또는 기타 분말 야금 공정 경로를 통해 핵심 부품을 제조하는 데 사용됩니다:

산업

애플리케이션
항공우주터빈 블레이드, 디스크, 샤프트, 기어, 케이스, 구조용 브래킷
석유 및 가스웰헤드 구성품, 다운홀 공구, 밸브, 펌프
자동차터보차저 부품, 엔진 부품
의료정형외과 임플란트, 보철물
방어미사일 부품, 로터 시스템 부품
전력 생성증기 및 가스터빈 고온 섹션 부품
화학 처리열교환기, 반응 용기

구성 요소

구성 요소
터보차저 휠
연소기 라이너
봉인 링
열교환기 튜브
밸브 본체
용사 코팅

고온에서 강도와 내식성이 뛰어나 고온 단면 구조 부품을 제작하는 데 적합한 소재입니다. 크리프 저항성이 뛰어나 지속적인 하중 지지 성능을 제공합니다. 니켈 합금 718은 저온 연성으로 인해 극저온 응용 분야에서도 사용됩니다.

공급업체

AM 및 열분사 공정에 적합한 니켈 합금 718 분말은 주요 제조업체에서 공급합니다:

공급업체

회사브랜드 이름생산 방법
샌드빅Osprey® 718가스 분무
프렉스에어TRU 718가스 분무
목수 첨가제CR 718가스 분무
에라스틸EZ 718가스 분무
AP&CPulNi 718가스 분무
SLM 솔루션IN718가스 분무
LPW 기술LP18Ni700가스 분무

가격 책정

크기 범위(μm)가격(USD/kg)
15-4590-130
10-22110-160

가격은 주문량, 파우더 수량, 추가 파우더 특성화 및 순도 수준에 따라 공급업체마다 다릅니다.

올바른 니켈 합금 718 분말을 선택하는 방법

고품질 적층 가공 부품을 위해서는 올바른 니켈 합금 718 분말 유형을 선택하는 것이 중요합니다. 다음은 몇 가지 주요 고려 사항입니다:

크기 범위

  • 일반적으로 해상도, 표면 마감은 미세할수록 좋습니다.
  • 그러나 너무 미세하면 파우더 흐름이 나빠지고 산란 손실이 발생합니다.
  • 15-45μm는 대부분의 AM 공정에 최적의 밸런스입니다.

크기 분포

  • Dv90 < 10μm와 같이 더 촘촘한 분포로 밀도 향상
  • 하지만 범위가 넓어 포장 밀도가 우수합니다.

구형 및 형태

  • 고구형의 부드러운 파우더가 부드럽게 발리고 촘촘하게 밀착되어 고르게 발립니다.
  • 불규칙한 입자는 재료 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

화학 성분

  • 입증된 합금 성능을 위해 ASTM 표준 조성을 준수합니다.
  • 낮은 산소 및 질소를 보장하여 다공성 및 약화 방지
  • 높은 분말 순도로 유해한 2상 입자 감소
  • 향상된 적층 가공성을 위한 맞춤형 조성물 제공

마이크로 구조

  • 가스 분무로 기계적 특성에 필수적인 미세 입자 구조 생성
  • 텍스처링이 부족하면 등방성 강도가 떨어집니다.
  • 오염과 위성은 결함의 씨앗이 될 수 있습니다.

파우더 특성

  • 우수한 유동성 및 확산성으로 3D 프린팅 공정이 용이함
  • 겉보기 밀도는 최종 부품 밀도에 직접적인 영향을 미칩니다.
  • ASTM 및 MPIF 표준에 따른 모든 특성 분석

니켈 합금 718 분말 처리 방법

니켈 합금 718 분말은 여러 적층 가공 기술과 2차 가공을 통해 가공할 수 있습니다:

적층 제조

인기 있는 적층 제조 공정

프로세스설명
바인더 분사액체 결합제는 분말 입자를 선택적으로 결합합니다.
직접 에너지 증착집중된 열 에너지가 분말을 녹여 층별로 증착합니다.
전자빔 용융고출력 전자빔이 파우더 베드를 선택적으로 융합합니다.
레이저 파우더 베드 융합레이저 스캐닝으로 파우더 층을 녹이고 통합합니다.
금속 사출 성형분말을 폴리머와 결합한 후 탈결합 및 신터링합니다.

모든 기술은 약간의 후처리가 필요한 그물 모양에 가까운 부품을 생산합니다. 바인더 분사 방식은 그린 컴팩트를 통합하기 위해 침투가 필요하며, 파우더 베드 융착 방식은 고밀도 부품을 제작합니다. 모든 옵션을 통해 기하학적 자유와 맞춤화가 가능합니다.

모범 사례 매개변수

니켈 합금 718을 사용한 레이저 파우더 베드 융합용:

  • 레이저 출력: 195-250W
  • 스캔 속도: 700-850 mm/s
  • 해치 간격: 0.09-0.12 mm
  • 층 두께: 20-50 μm

열간 등방성 프레스를 사용하여 잔류 다공성을 제거하고 재료 특성을 개선합니다.

열처리

일반적인 열처리 절차:

  1. 열간 등방성 프레스
    • 1,160°C, 100~150MPa, 4시간
  2. 솔루션 어닐링
    • 980°C, 1시간 유지, 아르곤 담금질
  3. 연령 경화
    • 720°C, 8시간, 용광로 620°C로 냉각
    • 620°C, 8시간, 공랭식

이를 통해 균일한 감마 이중 프라임 미세 구조를 형성하고 침전 경화를 통해 최적의 강도를 달성합니다. 용액 열처리는 Nb/Ti가 풍부한 금속 간 금속을 용해하는 동시에 노화를 통해 균일하게 침전시킵니다.

표면 마감

출고 시 표면 거칠기는 공정 파라미터에 따라 평균 약 15~20μm Ra입니다. 다양한 마감 작업을 통해 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다:

  • CNC 가공
  • 텀블링/진동 마감
  • 화학적 에칭
  • 전기 연마
  • 샷 피닝

대부분의 AM 니켈 합금 718 부품은 치수 정확도와 원하는 표면 마감으로 가공됩니다.

적층 제조 니켈 합금 718 부품의 응용 분야

AM은 니켈 합금 718을 사용하여 여러 구성 요소와 최적화된 형상을 통합할 수 있습니다:

산업구성 요소혜택
항공우주터빈 블레이드, 로켓 노즐복잡한 냉각 채널, 에어로포일 형태
석유 및 가스씰링, 펌프 본체, 밸브컨포멀 냉각, 부품 수 감소
자동차터보차저 휠격자 구조로 질량 감소
전력 생성고온 가스 경로 구성 요소단종 부품에 대한 짧은 리드 타임
화학 처리파이프 피팅, 반응 용기우수한 내식성

경량 격자 구조로 부품 질량을 줄입니다. 핫 섹션 툴의 컨포멀 냉각 채널은 효율성을 높입니다. 토폴로지가 최적화된 형상은 유체 역학 손실을 줄입니다. 이 모든 것이 원자재, 에너지 소비, 유지보수 측면에서 수명 주기 비용을 줄여줍니다.

동시에 바인더 분사 및 직접 에너지 증착을 통해 니켈 합금 718에서 직접 신속한 툴링, 프로토타입 제작 및 단기 생산이 가능합니다.

니켈 합금 718 분말의 장단점

장점

  • 최대 ~650°C까지 유지되는 매우 높은 강도와 경도
  • 크리프, 피로, 파손 및 부식에 대한 탁월한 내성
  • 극저온에서 강도와 연성을 유지합니다.
  • 등방성에 가까운 기계적 특성
  • 쉽게 구할 수 있는 공급 원료 분말로 입증된 합금
  • 기계 가공이 어려운 Ni 초합금에 비해 비용 이점
  • AM을 사용한 커스터마이징 및 설계 유연성
  • 컴포넌트 및 경량 구조 통합

단점

  • 주조 합금 718 대비 열간 등방성 프레싱 가능성 감소
  • AM에서 여전히 고형화 균열이 발생하기 쉽습니다.
  • 최적의 특성을 위해 열처리 필요
  • 일부 Ni 초합금보다 낮은 강도
  • 금속 AM 공정에서 흔히 발생하는 빌드 결함에 민감함
  • 파우더는 스테인리스 스틸에 비해 상대적으로 비쌉니다.

이 고성능 소재의 기능을 최대한 활용하려면 3D 프린팅 부품 제조 과정에서 적절한 파라미터 최적화와 엄격한 품질 관리가 필수적입니다.

니켈 합금 718 분말의 향후 전망

니켈 합금 718은 항공우주, 가스 터빈, 툴링 및 기타 까다로운 응용 분야 전반에서 적층 가공에 계속 확대 사용될 것입니다:

  • 새로운 항공기 엔진에는 40% 이상의 AM 콘텐츠가 탑재되어 중량 감소, 효율성 향상 및 부품 통합을 통해 상당한 비용 절감을 목표로 합니다.
  • 적층 제조 기계의 가격 하락과 재료 인증 확대가 채택을 촉진할 것입니다.
  • 한계를 뛰어넘기 위해 고강도 맞춤형 합금 변형이 개발되고 있습니다.
  • HIP와 함께 강수량 경화를 극대화하기 위해 새로운 열처리가 평가되고 있습니다.
  • 3D 프린팅, 기계 가공, 표면 처리를 결합한 하이브리드 제조로 대량 생산 가능
  • 적층 제조 공정 파라미터, 파우더 사양, 부품 품질 인증 프로토콜의 표준화를 통해 성장 촉진

적층 가공과 같은 분말 야금 방법이 더욱 발전함에 따라 니켈 합금 718은 성능이 가공 비용보다 중요한 특수 부품에 대한 요구를 계속 충족시킬 것입니다.

자주 묻는 질문

Q. 고온 응용 분야에서 스테인리스강보다 니켈 합금 718이 선호되는 이유는 무엇입니까?

A. 니켈 합금 718은 스테인리스강에 비해 650°C 이상의 온도에서 훨씬 높은 강도, 경도 및 내식성을 유지합니다. 또한 크리프 파열 강도가 현저히 우수하여 정적 고온 하중을 견딜 수 있는 능력을 제공합니다.

Q. 니켈 합금 718 분말을 사용하는 AM에 가장 적합한 입자 크기 범위는 어느 정도인가요?

A. 15~45미크론의 입자 크기 범위는 해상도, 표면 마감, 분말 유동성 및 포장 밀도 사이의 균형을 잘 맞추고 있습니다. 10미크론 미만의 미세한 분말은 처리하기가 더 어려울 수 있습니다.

Q. 니켈 합금 718 분말은 적층 제조 후 열간 등방성 프레스가 필요합니까?

A. 열간 등방성 프레싱(HIP)은 AM 니켈 합금 718 부품의 내부 공극과 다공성을 제거합니다. 이를 통해 100%에 가까운 밀도와 등방성 재료 특성을 달성할 수 있습니다. 열처리 전 HIP는 권장 사항이지만 필수는 아닙니다.

Q. 니켈 합금 718이 다른 합금에 비해 극저온 응용 분야에서 선호되는 이유는 무엇입니까?

A. 다른 고강도 합금과 달리 니켈 합금 718은 강도를 유지하면서 영하의 극저온에서도 상당한 연성과 인성을 유지합니다. 따라서 액화 가스 저장 및 운송 분야에 적합합니다.

Q. 니켈 합금 718 분말은 단조 합금 718에 비해 내식성이 더 우수합니까?

A. 분말 및 단조 합금 718 모두 다양한 매질에서 유사한 수준의 뛰어난 내식성을 제공합니다. 분말 기반 적층 가공을 사용하면 복잡하고 최적화된 형상의 부품을 제작할 수 있어 내식성이 더욱 향상됩니다.

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