Druk 3D Inconel 718

Przegląd

Inconel 718 to wysokowytrzymały nadstop niklowo-chromowy szeroko wykorzystywany do zastosowań w ekstremalnych temperaturach, takich jak elementy turbin gazowych, silników rakietowych i reaktorów jądrowych. Połączenie doskonałych właściwości mechanicznych, odporności na korozję i podatności na obróbkę sprawia, że Inconel 718 jest wszechstronnym materiałem w takich branżach jak lotnictwo, ropa i gaz, energetyka i motoryzacja.

W ostatnich latach produkcja addytywna (AM) stali Inconel 718 stała się przełomową metodą wytwarzania złożonych, wysokowydajnych części metalowych. Znany również jako druk 3D, AM buduje komponenty warstwa po warstwie bezpośrednio z modelu 3D bez ograniczeń związanych z tradycyjną obróbką skrawaniem lub odlewaniem.

Niniejszy przewodnik zawiera szczegółowe informacje na temat Druk 3D Inconel 718w tym właściwości stopu, popularne typy procesów AM, parametry, mikrostruktury, zachowanie mechaniczne, obróbka końcowa, zastosowania i dostawcy. Jego celem jest pomoc inżynierom, projektantom i kierownikom programów technicznych we wdrażaniu druku 3D Inconel 718 i kwalifikowaniu drukowanych części do użytku produkcyjnego.

Przegląd stopu Inconel 718

Inconel 718 to utwardzany wydzieleniowo stop niklowo-chromowy zawierający ważne pierwiastki stopowe, takie jak niob, molibden, aluminium i tytan.

Inconel 718 Skład

Nikiel i chrom zapewniają odporność na korozję i stabilność w wysokich temperaturach. Pierwiastki utwardzające, takie jak niob i molibden, zapewniają doskonałą wytrzymałość dzięki mechanizmom wzmacniania przez wytrącanie i roztwór stały.

Właściwości Inconel 718

• Doskonała wytrzymałość do 700°C
• Wysoka udarność i odporność na zmęczenie materiału
• Dobra odporność na utlenianie i korozję
• Wysoka wytrzymałość na pełzanie
• Łatwe formowanie i spawanie przy użyciu standardowych technik
• Gęstość 8,19 g/cm3

Ta kombinacja właściwości sprawia, że Inconel 718 nadaje się do pracy w ekstremalnych warunkach, wykraczających poza możliwości stali i stopów aluminium.

Druk 3D Inconel 718 Procesy

Kilka procesów produkcji addytywnej wykazało sukces w przypadku Inconelu 718 i obserwuje się ich rosnącą popularność w zastosowaniach produkcyjnych:

Popularne procesy AM dla stopu Inconel 718

L-PBF i E-PBF mogą osiągać gęstości powyżej 99,5% przy właściwościach zbliżonych do kutego Inconelu 718. DED i strumieniowanie spoiwa wymagają obróbki końcowej, aby osiągnąć pełną gęstość.

Każdy proces wymaga optymalizacji parametrów druku w celu uzyskania pożądanej mikrostruktury i właściwości.

Parametry druku 3D Inconel 718

Parametry drukowania znacząco wpływają na wynikową mikrostrukturę, defekty i właściwości mechaniczne drukowanych części Inconel 718.

Kluczowe parametry drukowania Inconel 718

Cieńsze warstwy i węższe luki zwiększają gęstość i wiązanie, ale zmniejszają szybkość budowy. Szybsze skanowanie daje drobniejsze ziarna, ale może powodować pękanie na gorąco. Małe rozmiary proszku poprawiają wykończenie powierzchni.

Staranna optymalizacja parametrów dostosowuje wytrzymałość struktury ziarna, plastyczność, jakość powierzchni i wydajność drukowania.

Mikrostruktury druku 3D Inconel 718

Inconel 718 wykazuje różnorodne mikrostruktury, gdy jest drukowany przy użyciu procesów AM:

Cechy mikrostrukturalne w drukowanym Inconelu 718

• Ziarna kolumnowe równoległe do kierunku budowy
• Ziarna epitaksjalne dopasowane do orientacji płyty bazowej
• Typowa szerokość ziarna 100-400 μm
• Segregacja krzepnięcia między rdzeniami dendrytów i obszarami międzydendrytycznymi
• Brak tekstury w porównaniu do produktu kutego
• Wytrącanie się faz wzmacniających, takich jak γ" i γ'
• Porowatość i mikropęknięcia spowodowane niepełnym stopieniem

Morfologia ziaren podąża za przepływem ciepła i wzorcami krzepnięcia podczas drukowania. Segregacja prowadzi do zmian chemicznych, które mogą powodować pękanie. Aby uzyskać jednolitą, kontrolowaną mikrostrukturę, konieczna jest staranna obróbka.

Obróbka cieplna rozpuszcza niekorzystne fazy i promuje utwardzanie osadów, takich jak Ni3Nb gamma-double-prime w celu uzyskania optymalnej wytrzymałości.

Właściwości drukowanego Inconelu 718

Przetwarzanie AM może osiągnąć właściwości mechaniczne porównywalne z kutym Inconelem 718 przy odpowiedniej optymalizacji:

Inconel 718 Właściwości mechaniczne

Wytrzymałość odpowiada lub przewyższa poziom stali kutej, choć wydłużenie i właściwości zmęczeniowe pozostają niższe i bardziej zmienne.

Zaobserwowano anizotropię rozciągania pomiędzy orientacją pionową i poziomą. Na właściwości duży wpływ mają specyficzne parametry procesu AM.

Obróbka końcowa drukowanego Inconelu 718

Procesy po druku są często wymagane w celu poprawy wykończenia powierzchni, dokładności wymiarowej i właściwości materiału:

Popularne metody przetwarzania końcowego

• Obróbka cieplna - Rozwija optymalną mikrostrukturę i utwardza osad
• Prasowanie izostatyczne na gorąco - Zamyka wewnętrzne puste przestrzenie i porowatości
• Obróbka powierzchni - Zmniejsza chropowatość powierzchni dla krytycznych wykończeń
• Śrutowanie - Wywołuje naprężenia ściskające, aby poprawić trwałość zmęczeniową
• Powłoki - W razie potrzeby zapewniają odporność na zużycie lub korozję

Standardowe hartowanie starzeniowe Inconel 718 jest powszechnie stosowane, choć niektórzy modyfikują obróbkę cieplną dla mikrostruktur AM. Obróbka skrawaniem, szlifowanie lub polerowanie są stosowane tam, gdzie wymagania dotyczące wykończenia powierzchni są rygorystyczne.

Zastosowania drukowanego Inconelu 718

Druk 3D Inconel 718 jest odpowiedni:

• Lotnictwo i kosmonautyka - Elementy turbin, dysze rakietowe, zespoły silników
• Wytwarzanie energii - Części gorących sekcji turbin gazowych, okładziny paliwa jądrowego
• Motoryzacja - Koła i obudowy turbosprężarek
• Petrochemia - Narzędzia wiertnicze, zawory, pompy
• Przestrzeń - Komponenty satelity i rakiety nośnej
• Medycyna - Implanty dentystyczne, narzędzia chirurgiczne

Korzyści w porównaniu z konwencjonalnymi metodami:

• Swoboda projektowania dla złożonych geometrii
• Redukcja wagi dzięki siatkom i optymalizacji topologii
• Konsolidacja części, ograniczony montaż
• Krótsze czasy realizacji dla produkcji na żądanie
• Niestandardowe kształty, zapasy sterowane cyfrowo

Ograniczenia obejmują koszty procesu przy niskich wolumenach produkcji i wyzwania związane z certyfikacją w branżach podlegających regulacjom.

Dostawcy drukowanego Inconelu 718

Wielu producentów oferuje usługi druku 3D Inconel 718 na całym świecie:

Wybór dostawców usług

Zarówno duzi producenci OEM, jak i niszowe biura serwisowe AM oferują drukowanie Inconel 718. Wiele z nich zapewnia wtórne operacje wykończeniowe.

Koszty części wahają się od około $100-500/lb w zależności od wielkości zamówienia, wymagań jakościowych i zastosowanej metody przetwarzania.

Kwalifikujące się drukowane części Inconel 718

Rygorystyczne protokoły kwalifikacji mają zastosowanie w przemyśle lotniczym i innych zastosowaniach podlegających regulacjom prawnym:

• Testy mechaniczne w zakresie orientacji druku
• Analiza chemiczna pod kątem zgodności składu
• Ocena nieniszcząca (NDE) do wykrywania wad
• Długoterminowa ocena wydajności poprzez obróbkę cieplną, prasowanie izostatyczne na gorąco, próby obróbki skrawaniem
• Oceny odtwarzalności procesów
• Dokumentacja optymalizacji parametrów, mikrostruktury, zapobieganie defektom

Artefakty testowe, takie jak pręty rozciągające, próbki zmęczeniowe i kupony materiałowe, optymalizują charakterystykę właściwości drukowanych.

Zgodność z obowiązującymi specyfikacjami branżowymi wspiera certyfikację i zatwierdzanie produkcji.

FAQ

Jaki rozmiar cząstek jest zalecany do drukowania Inconelu 718?

Typowy proszek to 10-45 mikronów, przy czym drobniejszy proszek ~15 mikronów poprawia gęstość i wykończenie powierzchni, ale pogarsza przepływ i odzysk.

Co powoduje porowatość podczas drukowania Inconelu 718?

Niewystarczające stopienie, brak fuzji między warstwami i uwięziony gaz powodują powstawanie pustek. Optymalizacja energii wejściowej, wzorców skanowania, grubości warstw i przepływu gazu zmniejsza porowatość.

Jaka obróbka końcowa poprawia trwałość zmęczeniową drukowanego Inconelu 718?

Śrutowanie indukuje korzystne naprężenia ściskające, które hamują inicjację i wzrost pęknięć. HIP i obróbka skrawaniem również pomagają poprzez zamykanie porów powierzchni.

Jak wypada drukowany Inconel 718 w porównaniu z odlewanym i kutym 718?

AM zbliża się do właściwości mechanicznych odlewanego i kutego materiału, ale z drobniejszą, bardziej posegregowaną mikrostrukturą. Obróbka cieplna może osiągnąć wzmocnienie wydzieleniowe porównywalne z produktem kutym.

Jakie są alternatywy dla Inconelu 718 w druku 3D?

Chrom kobaltowy, nadstopy niklu, takie jak 625 i 686, oraz stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo oferują podobne właściwości w wysokich temperaturach. Stopy tytanu wyróżniają się tam, gdzie krytyczna jest niższa gęstość.

Czy można wydrukować w 3D bimetaliczną część z Inconelu 718 i stali nierdzewnej?

Tak, ukierunkowane osadzanie energii jest w stanie przechodzić między różnymi stopami poprzez precyzyjne przełączanie proszku lub drutu w celu tworzenia komponentów wielomateriałowych.

Wnioski

Podsumowując, druk 3D Inconel 718 zapewnia wyjątkową swobodę projektowania i poprawę wydajności przy wykorzystaniu tego superstopu o wysokiej wytrzymałości. Dopasowanie wymagań dotyczących części do możliwości procesu i optymalizacja parametrów drukowania jest kluczem do wykorzystania korzyści w porównaniu z konwencjonalnymi metodami. Ciągłe postępy w zakresie jakości, właściwości, struktur wielomateriałowych i kosztów nadal zwiększają popularność Inconel 718 AM w wymagających zastosowaniach przemysłowych.

poznaj więcej procesów druku 3D