3D-печатные детали из инконеля

Обзор инконель 3d печатная деталь

3D-печатные детали из инконеля относятся к компонентам, изготовленным из порошков суперсплава инконеля с помощью методов аддитивного производства (AM). Марки инконеля обладают исключительной жаро- и коррозионной стойкостью в сочетании с высокой прочностью, что делает их идеально подходящими для аэрокосмической промышленности, энергетики и других ответственных применений.

Основные свойства 3D-печатных деталей из инконеля:

• Высокая прочность при температуре свыше 700°C
• Выдерживают агрессивные среды, включая окисление, коррозию
• Сложные геометрические формы, созданные непосредственно на основе моделей CAD
• Сокращение времени выполнения заказа и соотношения между покупкой и полетом по сравнению с субтрактивной обработкой
• Выбор сплавов Inconel 625, 718 и других в соответствии с потребностями
• Требуется горячее изостатическое прессование (HIP) для устранения внутренних пустот

Продолжайте читать, чтобы узнать больше о популярных сплавах Inconel, механических свойствах, последующей обработке, применении и квалификации деталей.

Типы сплавов

Распространенные марки инконеля, используемые в аддитивном производстве, включают:

Сплав	Содержание никеля	Основные характеристики
Инконель 625	60% мин	Исключительная коррозионная стойкость, стойкость к окислению до 980°C
Инконель 718	50-55%	Высочайшая прочность сохраняется до 700°C, реакция на возрастную закалку
Инконель 939	Н/Д	Высокая конечная температура эксплуатации благодаря превосходной стабильности зернистой структуры

Таблица 1: Популярные суперсплавы Inconel, доступные для AM-обработки

Эти сплавы обеспечивают исключительную производительность при тепловом и коррозионном воздействии лучше, чем нержавеющие стали. Сегодня наиболее широкое применение находит инконель 718, но новые марки будут расширять его возможности.

Свойства инконель 3d печатная деталь

Основные свойства 3D-печатных деталей из Inconel:

Недвижимость	Описание
Высокотемпературная прочность	Прочность сохраняется до 700°C для сплавов с возрастным упрочнением
Термическое сопротивление	Возможны рабочие температуры свыше 1000°C
Коррозионная стойкость	Отлично подходит для различных кислотных и морских сред
Устойчивость к окислению	Защитный поверхностный слой оксида хрома
Сопротивление ползучести	Устойчивость к деформации при нагрузках при высоких температурах
Твердость	При закалке по Роквеллу C 40-45

Таблица 2: Обзор механических и физических свойств, предлагаемых сплавами Inconel AM

Сочетание прочности, устойчивости к воздействию окружающей среды и экстремальных температур делает инконель исключительно универсальной системой материалов для критически важных применений.

Точность печатных деталей

Размерная точность и допуски, достижимые при использовании сплавов Inconel AM:

Параметр	Возможности
Точность размеров	±0,3% до ±0,5% в печатном виде
Минимальная толщина стенки	0,020 дюйма до 0,040 дюйма
Допуски	±0,005 дюйма обычно
Отделка поверхности	Печатная поверхность до Ra 3,5 мкм (140 мкм)

Таблица 3: Обзор точности печати и качества обработки поверхности для деталей Inconel AM

Последующая обработка, например, механическая и финишная, может еще больше повысить точность и качество поверхности. Приведенные выше данные являются ориентировочными - обсудите конкретные требования с поставщиками-кандидатами для решения ваших задач.

Испытание части инконеля 3d напечатанной части

Квалификация компонентов Inconel AM для конечного использования требует стандартных протоколов испытаний:

Тест	Назначение	Методы выборки
Химический анализ	Проверка химического состава и микроструктуры сплава	Оптическая эмиссионная спектрометрия, анализ изображений
Испытание на растяжение	Измерение пределов прочности и текучести	ASTM E8, ISO 6892
Испытание на разрыв под напряжением	Определение прочности на разрыв с течением времени	ASTM E292
Вязкость разрушения	Понимание сопротивления распространению трещин	ASTM E1820
Коррозионные испытания	Оценка потери массы материала в окружающей среде	ASTM G31, ASTM G48
Неразрушающий контроль	Обнаружение поверхностных/подповерхностных дефектов	Проникающее тестирование, компьютерная томография

Таблица 4: Общие методы испытаний для квалификации печатных деталей Inconel AM

Данные должны соответствовать применимым отраслевым спецификациям, таким как AMS, ASME, AWS и т. д., в зависимости от конечного применения и условий эксплуатации. Обсудите с поставщиками АМ необходимые валидационные испытания.

Приложения

Отрасли промышленности, использующие 3D-печатные детали из инконеля для работы в сложных условиях:

Промышленность	Компоненты	Преимущества
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, сопла ракет	Сохраняет прочность при высоких рабочих температурах
Производство электроэнергии	Теплообменники, клапаны	Устойчивость к коррозии и высокая температурная прочность
Нефть и газ	Устьевые детали, компоненты для гидроразрыва пласта	Выдерживают суровые условия эксплуатации скважины
Автомобильная промышленность	Корпуса турбокомпрессоров	Обрабатывает отработанное тепло и газы
Химическая обработка	Реакционные сосуды, каналы	Устойчивость к коррозионным реакциям

Таблица 5: Обзор использования деталей из инконеля AM в различных отраслях промышленности

Из сплавов инконеля получаются легкие, высокопроизводительные компоненты, заменяющие традиционное оборудование, не способное удовлетворить требованиям приложений.

Постобработка инконель 3d печатная деталь

Общие вторичные операции для деталей, напечатанных методом AM из инконеля:

Процесс	Назначение	Метод
Горячее изостатическое прессование	Устранение внутренних пустот и повышение плотности	Инертный газ высокого давления и высокой температуры
Термообработка	Регулировка микроструктуры и окончательное определение свойств	Отжиг в растворе, профили старения, специфичные для сплава
Обработка	Повышение точности размеров и качества обработки поверхности	Фрезерные/токарные центры с ЧПУ
Покрытия	Повышение износостойкости, коррозионной и термической стойкости	Термическое напыление, PVD, CVD покрытия

Таблица 6: Рекомендуемые методы постобработки для AM-печатных деталей из инконеля

Почти все детали перед использованием подвергаются HIP и термообработке. Дополнительные подповерхностные проверки, такие как испытания с применением пенетрантов или КТ-сканирование, также являются основанием для сертификации. Обсудите с поставщиками АМ протоколы, разработанные специально для вашего компонента.

Анализ затрат

Параметр	Типовое значение
Стоимость порошка инконеля	$100-500 за кг
Соотношение покупки и полета	1.5 : 1
Время выполнения заказа	4-8 недель для печатных деталей
Использование принтера	50-75%
Допуск на отделку	30% стоимости печатной детали

Таблица 7: Факторы стоимости производства деталей из инконеля AM

Значительное повторное использование порошка способствует экономичности. Такие этапы отделки, как механическая обработка и нанесение покрытий, также увеличивают расходы - в зависимости от сложности заложите в бюджет 30% или более сверх стоимости печати.

Плюсы и минусы

Преимущества

• Выдерживают гораздо более высокие рабочие температуры, чем нержавеющие или титановые сплавы
• Компоненты сохраняют высокую прочность во всем диапазоне температур
• Беспрецедентные геометрии каналов охлаждающей жидкости для улучшения теплообмена
• Отпечатанные на принтере детали конкурируют или превосходят по механическим свойствам литые детали из инконеля
• Значительно более легкая печатная фурнитура по сравнению с традиционными изделиями
• Коэффициенты покупки и полета близки к 100% при очень малом количестве потраченного пороха
• Сокращение сроков выполнения заказов благодаря цифровым запасам по требованию

Недостатки

• Очень высокая стоимость материалов, начиная от $100 за кг для порошка
• Низкая производительность системы - около 5 кг порошка в день
• Значительная оптимизация параметров, необходимая для новых деталей и сплавов
• Обширные квалификационные испытания, обязательные для аэрокосмической и ядерной промышленности
• Необходим высокий уровень квалификации оператора на специализированном оборудовании AM
• Повторное использование порошка - всего 10-20 циклов до обновления
• Пористость и остаточные напряжения требуют HIP и финишной обработки

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Детали из инконеля какого размера можно печатать 3D?

О: Современные системы позволяют собирать детали диаметром до 1 000 мм и высотой до 600 мм. Более крупные компоненты должны быть разделены на подсборки. Многолазерные платформы продолжают увеличивать размеры деталей.

Вопрос: Требует ли печать на Inconel специальных помещений или оборудования?

О: Инконель обычно печатается в камерах с инертным газом аргоном, а не с фильтрами или вакуумными системами. В остальном применяются стандартные металлические AM-машины без экзотических дополнений. Работа с мелкими порошками требует осторожности без особых требований к помещению.

Вопрос: Какое время выполнения заказа на детали из Inconel AM можно ожидать?

О: Типичное время выполнения заказа составляет около 4-10 недель в зависимости от размера детали, выбранного способа обработки и тестирования. Цифровые запасы позволяют сократить задержки, поэтому напечатанные компоненты поставляются быстрее, чем литые с дефицитом поставок.

Вопрос: Какие отрасли предлагают наилучшие возможности для бизнеса Inconel AM?

О: Аэрокосмическая, космическая, нефтехимическая и ядерная отрасли способствуют внедрению сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками, таких как инконель. Медицина также предлагает рост при разработке сертифицированных имплантатов. Стандартные детали из нержавеющей и инструментальной стали уже стали товаром, поэтому интерес вызывают более экзотические сплавы.

Вопрос: Позволяет ли АМ создавать какие-либо новые применения Inconel, которые ранее были невозможны?

О: АМ позволяет создавать ранее невозможные конформные каналы охлаждения и полые внутренние структуры для улучшения теплопередачи в ограниченном пространстве. Детали также находят применение на ракетах и спутниках, где их вес традиционно был запредельным, а механическая обработка - недоступной. Продолжающиеся исследования и разработки еще больше расширяют будущие возможности.

узнать больше о процессах 3D-печати