Przegląd proszku Inconel 718

Przegląd Proszek Inconel 718

Inconel 718 to proszek nadstopu na bazie niklu i chromu wykorzystywany do zastosowań o wysokiej wytrzymałości w podwyższonych temperaturach. Kluczowe właściwości obejmują:

• Doskonała wytrzymałość do 700°C
• Wysoka odporność na korozję i utlenianie
• Dobra odporność na zmęczenie i pełzanie
• Zdolność do wytrzymywania temperatur kriogenicznych
• Kompatybilność z obróbką końcową, taką jak prasowanie izostatyczne na gorąco

Proszek Inconel 718 jest szeroko stosowany do produkcji komponentów dla przemysłu lotniczego, naftowego i gazowego, nuklearnego i innych wymagających branż za pomocą produkcji dodatków metalowych lub metalurgii proszków.

Rodzaje proszku Inconel 718

Proszek Inconel 718 jest dostępny w różnych rozkładach wielkości cząstek, kształtach i metodach produkcji:

Sferyczne i wstępnie stopione proszki zapewniają wyższą jakość, ale kosztują więcej niż opcje mieszane lub rozpylane gazowo. Wybór zależy od wymagań aplikacji.

Właściwości i skład Inconelu 718

Inconel 718 charakteryzuje się wyjątkowym połączeniem właściwości mechanicznych i odporności na korozję:

Nominalny skład Inconelu 718 to:

• Nikiel: 50-55%
• Chrom: 17-21%
• Żelazo: Równowaga
• Niob: 4,75-5,5%
• Molibden: 2,8-3,3%
• Tytan: 0,65-1,15%
• Aluminium: 0,2-0,8%

Połączenie niklu, chromu i niobu sprawia, że Inconel 718 charakteryzuje się doskonałymi właściwościami mechanicznymi w wysokich temperaturach.

Zastosowania proszku Inconel 718

Proszek Inconel 718 jest szeroko stosowany w:

• Lotnictwo i kosmonautyka - elementy silników, takie jak łopatki turbin, tarcze, elementy złączne
• Ropa i gaz - Narzędzia wiertnicze, zawory, elementy głowicy odwiertu
• Wytwarzanie energii - Części gorących sekcji turbin gazowych, elementy złączne
• Motoryzacja - Koła turbosprężarki, zawory, elementy silnika
• Przetwarzanie chemiczne - zbiorniki reaktorów, wymienniki ciepła, rurociągi
• Oprzyrządowanie - formy wtryskowe, matryce, osprzęt narzędziowy
• Medycyna - implanty ortopedyczne ze względu na biokompatybilność

Wysoka wytrzymałość w podwyższonych temperaturach, odporność na korozję i stabilność sprawiają, że Inconel 718 jest idealnym materiałem dla krytycznych komponentów w różnych gałęziach przemysłu.

Zalety proszku Inconel 718

Kluczowe zalety stosowania proszku Inconel 718 obejmują:

• Części zachowują wysoką wytrzymałość i ciągliwość do 700°C
• Odporność na utlenianie, korozję i środowisko kriogeniczne
• Dwukrotnie większa wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu do stali nierdzewnej 316L
• Doskonałe właściwości zmęczeniowe i odporność na pełzanie
• Może być wzmocniony przez wytrącanie w procesie starzenia
• Łatwo spawalny do napraw i łączenia
• Odporność na pękanie podczas prasowania izostatycznego na gorąco
• Możliwość ponownego użycia do 10 razy przy minimalnym pogorszeniu jakości
• Umożliwia wykonywanie skomplikowanych geometrii, które nie są możliwe do uzyskania poprzez obróbkę skrawaniem
• Mniejsza waga komponentów w porównaniu do form litych
• Zmniejsza stosunek ceny do jakości w porównaniu do kęsów lub odkuwek

Właściwości te pozwalają na znaczną poprawę wydajności i zmniejszenie masy komponentów.

Ograniczenia Proszek Inconel 718

Niektóre ograniczenia podczas pracy z proszkiem Inconel 718 obejmują:

• Wysoki koszt materiału w porównaniu do stali i stopów tytanu
• Rozmiar części ograniczony w oparciu o objętość kompilacji maszyny addytywnej
• Podatność na utlenianie i korozję w temperaturze powyżej 700°C
• Wymaga prasowania izostatycznego na gorąco po produkcji addytywnej w celu złagodzenia naprężeń.
• Trudne do pełnego zagęszczenia podczas laserowego stapiania złoża proszku
• Obróbka końcowa, taka jak obróbka skrawaniem, może stanowić wyzwanie ze względu na utwardzanie podczas pracy
• Wykończenie powierzchni jest wymagane do osiągnięcia pożądanej chropowatości
• Wymaga obsługi i przechowywania suchego proszku, aby zapobiec zanieczyszczeniu.
• Ograniczona liczba wykwalifikowanych dostawców w porównaniu do bardziej popularnych stopów

Zasady projektowania części Inconel 718

Kluczowe wytyczne projektowe dla komponentów Inconel 718 wytwarzanych z proszku:

• Zalecana minimalna grubość ścianki 2 mm dla zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości
• Fazowania i zaokrąglenia minimalizujące koncentrację naprężeń
• Wewnętrzne kanały powinny mieć średnicę ≥ 2 mm do usuwania proszku
• Ograniczenie zwisów bez podpór do nie więcej niż 10 mm
• Optymalizacja orientacji konstrukcji w celu zminimalizowania podpór i ogólnej wysokości
• Pozwala na izotropowy skurcz ~20% podczas spiekania.
• Niższa dokładność i wyższa chropowatość powierzchni niż w przypadku części obrabianych maszynowo
• Konstrukcja ułatwiająca usuwanie proszku dzięki otworom
• Jeśli wymagana jest wysoka precyzja wymiarowa lub wykończenie powierzchni, należy pozostawić dodatkową ilość materiału do obróbki.

Symulacja kompilacji na wczesnym etapie procesu projektowania pomaga zidentyfikować wszelkie problemy przed rozpoczęciem produkcji.

Parametry procesu dla Inconel 718 AM

Krytyczne parametry produkcji addytywnej Inconel 718 obejmują:

• Moc lasera: 100-500 W
• Prędkość skanowania: do 10 m/s
• Średnica wiązki: 50-100 μm
• Grubość warstwy: 20-50 μm
• Odstępy między lukami: 50-200 μm
• Strategia skanowania: Naprzemiennie między warstwami
• Gaz osłonowy: Argon lub azot
• Natężenie przepływu gazu: 2-8 l/min
• Temperatura płyty roboczej: 60-100°C
• Obróbka końcowa: Prasowanie izostatyczne na gorąco, obróbka cieplna

Parametry te muszą być precyzyjnie zoptymalizowane w celu uzyskania gęstych komponentów o pożądanej mikrostrukturze i właściwościach mechanicznych.

Obróbka końcowa części Inconel 718

Typowe etapy obróbki końcowej komponentów Inconel 718 AM obejmują:

• Usuwanie luźnego proszku poprzez piaskowanie plastikowymi kulkami
• Odciążająca obróbka cieplna w temperaturze 1080°C przez 1 godzinę, a następnie chłodzenie powietrzem
• Prasowanie izostatyczne na gorąco w temperaturze 1120°C przez 4 godziny pod ciśnieniem 100 MPa
• Elektrodrążenie drutowe do usuwania części z płyty montażowej
• Obróbka CNC - frezowanie, wiercenie, toczenie w celu poprawy wykończenia i precyzji
• Ulepszanie powierzchni - szlifowanie, piaskowanie, polerowanie
• Śrutowanie w celu wywołania naprężeń ściskających na powierzchniach
• Testy jakości - rozciąganie, twardość, mikrostruktura, fraktografia

Właściwa obróbka końcowa jest niezbędna do uzyskania właściwości materiału wymaganych przez aplikację.

Testy kontroli jakości dla Inconel 718

Kompleksowe testy kontroli jakości zapewniają jakość proszku i drukowanych części:

• Analiza chemiczna - ICP-OES potwierdza zgodność składu proszku ze specyfikacją AMS
• Rozkład wielkości cząstek proszku - Analizator wielkości cząstek metodą dyfrakcji laserowej
• Morfologia proszku - obrazowanie SEM weryfikuje sferyczny kształt proszku
• Mikrostruktura proszku - mapowanie EBSD struktury ziaren
• Płynność proszku - mierzona za pomocą testów lejka Halla i Carneya
• Analiza gęstości - piknometria helowa i metoda Archimedesa weryfikują gęstość >99,5%
• Testy mechaniczne - rozciąganie, zmęczenie, odporność na pękanie, testy twardości
• Mikrostruktura - wielkość ziarna i rozkład faz przy użyciu mikroskopii optycznej i SEM
• Analiza defektów - skanowanie rentgenowskie i tomograficzne w celu wykrycia defektów wewnętrznych
• Chropowatość powierzchni - mierzona za pomocą rysika lub profilometru optycznego

Szeroko zakrojone testy zapewniają, że części Inconel 718 spełniają surowe normy lotnicze i przemysłowe.

Analiza kosztów dla Inconel 718 AM

Koszty związane z produkcją Inconel 718 AM obejmują:

• Koszt maszyny - $500,000 do $1 milionów za wysokiej jakości system AM
• Koszt materiałów - $350-500/kg dla pierwotnego proszku Inconel 718
• Koszt pracy - Wykwalifikowani operatorzy do obsługi kompilacji i przetwarzania końcowego
• Koszt energii - Duże zużycie energii elektrycznej podczas budowy
• Przetwarzanie końcowe - HIP, obróbka skrawaniem i inne koszty wykończenia
• Kontrola jakości - Koszty testowania i charakteryzacji
• Możliwość ponownego użycia - Niewykorzystany proszek można poddać recyklingowi w celu obniżenia kosztów materiałowych.
• Wielkość zamówienia - Większe zamówienia zapewniają korzyści skali
• Współczynnik kupna do lotu - Należy wziąć pod uwagę niewykorzystany proszek, który musi zostać poddany recyklingowi.
• Geometria części - Dobrze zaprojektowane części maksymalizują wykorzystanie materiału

W przypadku produkcji niskoseryjnej i średnioseryjnej technologia AM staje się opłacalna w porównaniu z obróbką subtraktywną ze względu na oszczędność materiału i redukcję współczynnika zakupu do lotu.

Wybór Proszek Inconel 718 Dostawca

Kluczowe czynniki przy wyborze dostawcy proszku Inconel 718:

• Ekspertyza techniczna w zakresie atomizacji gazowej i plazmowej nadstopów niklu
• Zakres dostępnych rozmiarów i morfologii proszków - sferyczne, mieszane, stopowe
• Procedury zapewnienia jakości i certyfikaty - ISO 9001, AS9100 itp.
• Zdolność do przeprowadzania analiz chemicznych i testów rozkładu wielkości cząstek
• Zdolność do dostarczania dużych ilości proszku przy krótkim czasie realizacji zamówienia
• Możliwości dostosowywania, takie jak przesiewanie do określonych rozkładów wielkości cząstek
• Konkurencyjne i stabilne ceny, zwłaszcza w przypadku dużych zamówień
• Zdolność do zapewnienia zgodności z przepisami, jeśli jest to wymagane - ITAR, REACH, RoHS
• Próbki do kwalifikacji i testowania proszków klienta
• Wsparcie techniczne w zakresie obsługi i przechowywania proszków
• Bliskość geograficzna zapewniająca szybszą logistykę i wsparcie

Dostawcy o ugruntowanej pozycji, posiadający niszową wiedzę specjalistyczną w zakresie proszków stopów niklu, zazwyczaj najlepiej zaspokajają potrzeby użytkowników pod względem jakości, dostosowania, cen i wsparcia.

Plusy i minusy Inconel 718 vs stal nierdzewna

Zalety stali Inconel 718:

• Dwukrotnie większa wytrzymałość na rozciąganie niż w przypadku stali nierdzewnej 316L
• Znacznie wyższa odporność na pełzanie i zmęczenie materiału
• Odporność na utlenianie i korozję do 700°C
• Lepsza trwałość zmęczeniowa w wysokich cyklach niż w przypadku stali
• Stałe właściwości dzięki składowi stopu niklu
• Może być utwardzana starzeniowo w przeciwieństwie do standardowych stali nierdzewnych
• Tworzy silniejsze wiązania, gdy jest stosowany jako powłoka surowcowa
• Łatwiejszy recykling i ponowne użycie niewykorzystanego proszku

Wady materiału Inconel 718:

• Znacznie wyższe koszty materiałowe niż w przypadku stali nierdzewnej
• Niższa maksymalna temperatura pracy niż w przypadku stali nierdzewnej
• Trudniejsze do pełnego zagęszczenia podczas druku AM
• Trudne w obróbce ze względu na utwardzanie podczas pracy
• Ograniczona liczba wykwalifikowanych dostawców
• Podatność na kruchość ciekłego metalu podczas AM
• Wyższe wymagania dotyczące obróbki końcowej - HIP, obróbka cieplna
• Wymaga kontrolowanego przetwarzania w atmosferze obojętnej

W krytycznych zastosowaniach, w których wydajność przewyższa koszty, Inconel 718 zapewnia znacznie lepsze właściwości w wysokich temperaturach w porównaniu ze stalą nierdzewną.

Porównanie Inconel 718 vs Inconel 625

Inconel 718 i 625 mają następujące cechy wyróżniające:

• Inconel 718 oferuje znacznie wyższą wytrzymałość na rozciąganie, pełzanie i zmęczenie.
• Inconel 625 zapewnia lepszą wszechstronną odporność na korozję i utlenianie.
• Inconel 625 ma wyjątkową spawalność, podczas gdy Inconel 718 jest bardziej wymagający.
• Inconel 625 jest droższy ze względu na duże dodatki stopu kolumbu.
• Inconel 625 ma wyższą maksymalną temperaturę pracy.

Inconel 718 jest preferowany do najbardziej wymagających zastosowań o wysokiej wytrzymałości, takich jak komponenty lotnicze, podczas gdy Inconel 625 jest wybierany, gdy najważniejszym wymogiem jest odporność na korozję.

FAQ

Jaki rozkład wielkości cząstek jest zalecany dla AM z proszkiem Inconel 718?

Zakres wielkości cząstek od 15 do 45 mikronów, z przewagą od 20 do 35 mikronów, jest zwykle zalecany do laserowej syntezy w złożu proszkowym z Inconel 718, aby zapewnić dobrą płynność i gęste zagęszczenie.

Jakie są rodzaje obróbki cieplnej stosowanej w przypadku części Inconel 718 AM?

Typowa obróbka cieplna obejmuje wyżarzanie w roztworze w temperaturze 1270°C, utwardzanie wydzieleniowe w temperaturze 960°C i odprężanie w temperaturze 1080°C. Wieloetapowe starzenie może dodatkowo zwiększyć wytrzymałość i plastyczność.

Jakie są typowe zastosowania proszku Inconel 718 w przemyśle lotniczym?

Inconel 718 jest szeroko stosowany do produkcji elementów silników lotniczych, takich jak łopatki, tarcze, elementy złączne, obudowy i części podwozia wymagające wysokiej wytrzymałości w podwyższonych temperaturach i środowiskach korozyjnych.

Czy Inconel 718 wymaga prasowania izostatycznego na gorąco po AM?

Tak, HIP jest wysoce zalecany po laserowym lub elektronowym stapianiu złoża proszku z Inconel 718 w celu wyeliminowania wewnętrznych pustek i porów oraz poprawy trwałości zmęczeniowej poprzez homogenizację mikrostruktury.

Jak należy postępować z niewykorzystanym proszkiem Inconel 718?

Cały niewykorzystany proszek musi być przechowywany w atmosferze obojętnej, aby zapobiec utlenianiu i zanieczyszczeniu. Proszek może być ponownie użyty do 10 razy, jeśli jest przechowywany w kontrolowanym środowisku. Po przekroczeniu 10 cykli zaleca się użycie nowego proszku.

poznaj więcej procesów druku 3D