Порошок инконеля 718

Обзор

Порошок из инконеля 718 Это порошок из никель-хромового сплава, используемый в основном в аддитивном производстве и металлической 3D-печати. Некоторые ключевые особенности порошка Inconel 718 включают:

• Высокая прочность и твердость, в том числе при высоких температурах
• Отличная устойчивость к коррозии и окислению
• Хорошая свариваемость и обрабатываемость
• Возможность аддитивного производства сложных геометрических форм
• Используется в аэрокосмической, нефтегазовой, автомобильной и других ответственных отраслях промышленности

Инконель 718 - это никелевый сплав осадкового твердения с добавками хрома, железа, ниобия, молибдена, титана и алюминия. Он сочетает в себе коррозионную стойкость, высокую прочность при повышенных температурах до 700°C и простоту изготовления сложных деталей с помощью аддитивного производства.

Состав порошка Inconel 718

Номинальный состав порошка Inconel 718 приведен ниже:

Содержание железа сбалансировано до 100% по весу. Другие микроэлементы, такие как углерод, марганец и кремний, могут присутствовать в небольших количествах.

Основными легирующими элементами в порошке Inconel 718 являются никель, хром, ниобий и молибден. Никель образует матрицу сплава, обеспечивая пластичность. Хром обеспечивает устойчивость к окислению и коррозии. Ниобий в сочетании с никелем и хромом способствует закалке осаждением. Молибден также повышает высокотемпературную прочность за счет упрочнения твердым раствором.

Характеристики и свойства Порошок инконеля 718

Порошок Inconel 718 обладает следующими характеристиками:

Механические свойства:

• Прочность на разрыв: 1,034 - 1,414 МПа
• Предел текучести: 827-1,103 МПа
• Удлинение: Около 20%
• Твердость: 36-48 HRC

Физические свойства:

• Температура плавления: 1,300°C
• Плотность: 8,19 г/см3

Тепловые свойства:

• Коэффициент теплового расширения: 12,8 x 10^-6 /K
• Максимальная температура эксплуатации: 700°C
• Теплопроводность: 11,2 Вт/м.К

Коррозионная стойкость:

• Отличная коррозионная стойкость в широком диапазоне кислот, щелочей и солей
• Устойчивость к сульфидации и окислению до 700°C

Распределение частиц по размерам порошка Inconel 718

Типичные распределения частиц по размерам для порошка Inconel 718 для процессов AM:

Могут использоваться более узкие гранулометрические составы, например 15-45 мкм, но обычно используются более широкие составы в диапазоне 15-75 мкм. Также доступны более тонкие распыляемые порошки менее 15 мкм. Более крупные частицы размером более 100 мкм могут потребовать отсеивания.

Методы производства порошка Inconel 718

Распространенные методы производства порошка из сплава Inconel 718 включают в себя:

• Газовая атомизация - Инертный газ высокого давления (N2 или Ar) расщепляет поток расплавленного сплава на мелкие капли, которые застывают в порошок. Получается сферический порошок, идеальный для AM.
• Процесс с вращающимся электродом - Расплавленный материал вращается на высоких скоростях в инертной атмосфере для получения хлопьев или сферического порошка. Более низкая стоимость по сравнению с распылением.
• Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP) - Электроды из инконеля 718 вращаются и плавятся с помощью плазменного источника тепла в атмосфере инертного газа. В результате получается сферический порошок, пригодный для AM.
• Вакуумно-индукционная плавка (VIM) с последующим газовым распылением - Сплав сначала расплавляется с помощью VIM для уточнения состава и удаления включений. Затем распыляется в порошок.

Для аддитивного производства Inconel 718 предпочтительны порошки с газовым распылением и плазменным вращающимся электродом с контролируемым распределением частиц по размерам.

Стандарты и спецификации

Порошок Inconel 718, изготовленный для аддитивного производства, соответствует следующим спецификациям:

Химический состав соответствует AMS 5662, а механические свойства - AMS 5662 или ASTM B214 после изготовления с помощью AM и термообработки.

Применение и использование

Основные области применения и использования порошка из сплава Inconel 718 включают:

Аэрокосмическая промышленность: Критически важные аэрокосмические компоненты, такие как лопатки турбин, корпуса, крепеж, шестерни, волноводы и каркасы самолетов, изготавливаются аддитивным способом с использованием порошка Inconel 718 благодаря его высокой прочности и работе при повышенных температурах.

Нефть и газ: Используется для печати скважинных инструментов, клапанов, устьевых деталей, которые должны выдерживать сероводородное растрескивание и коррозию.

Автомобили и гонки: Легкие и высокопроизводительные компоненты, такие как турбокомпрессоры, клапаны двигателя и выпускные коллекторы, печатаются 3D-печатью из инконеля 718, а не из стали.

Медицина и стоматология: Хирургические инструменты, зубные коронки и имплантаты печатаются благодаря биосовместимости и способности стерилизоваться в автоклаве.

Оснастка: Легкая оснастка из инконеля 718, напечатанная методом 3D AM, имеет больший срок службы по сравнению с традиционными инструментальными сталями.

Насосы, клапаны и морское оборудование: Компоненты, подверженные коррозии в морской воде и морской среде, печатаются в Inconel 718.

Преимущества порошка Inconel 718

Преимущества использования порошка Inconel 718 для аддитивного производства включают:

• Детали, напечатанные из Inconel 718, могут соответствовать или превосходить по прочности штамповки
• Возможность изготовления сложных, легких геометрических форм, недоступных для литья
• Печатная поверхность гораздо более гладкая, чем обработанная.
• Снижение веса компонентов уменьшает расход топлива в аэрокосмической отрасли
• Превосходная коррозионная стойкость в суровых условиях без покрытий
• Высокая твердость обеспечивает хорошую износостойкость и устойчивость к истиранию
• Полностью плотные компоненты по сравнению с литыми дефектами пористости
• Сокращение сроков изготовления и затрат по сравнению с поковками или отливками

Ограничения Порошок инконеля 718

Некоторые ограничения или недостатки, связанные с порошком Inconel 718, включают:

• Высокая стоимость материалов по сравнению с инструментальными сталями или алюминиевыми сплавами
• Требуется горячее изостатическое прессование (HIP) после AM для достижения наилучших свойств
• Сложность печати и обработки из-за плохой теплопроводности
• Склонность к образованию трещин и дефектов пористости без оптимизации параметров
• Ограниченное число моделей металлических 3D-принтеров могут обрабатывать порошок Inconel 718
• Постобработка, такая как снятие опор, механическая и финишная обработка, увеличивает расходы
• Квалификация и сертификация требуют дорогостоящих механических испытаний

Анализ затрат

Ниже приведены типичные цены на порошок сплава Inconel 718 для аддитивного производства:

Стоимость зависит от гранулометрического состава, морфологии, метода производства и количества закупаемого порошка. Дополнительные расходы приходятся на термообработку, HIP-обработку, механическую обработку, испытания и сертификацию, которые могут превышать стоимость материала. Покупка полностью сертифицированного порошка аэрокосмического качества будет стоить дороже.

Поставщики

Среди основных мировых поставщиков порошка никелевого сплава Inconel 718 для AM можно назвать следующих:

Критерии отбора

Основные критерии выбора порошка Inconel 718 включают в себя:

Химический состав - Должен соответствовать спецификациям состава AMS 5662 или ASTM B214

Распределение частиц по размерам - D50 и распределение зависит от процесса AM и желаемого разрешения слоя

Форма порошка - Высокосферическая и гладкая морфология порошка обеспечивает оптимальную подачу порошка и равномерность слоев

Способ изготовления - Порошок, распыляемый газом и плазмой, предпочтительнее, чем порошок, распыляемый методом PREP, роторным распылением

Примеси - Низкий уровень кислорода и азота для предотвращения дефектов и растрескивания

Кажущаяся плотность и плотность отвода - Повышенная плотность улучшает показатели повторного использования порошка и упаковку

Расход - Минимальная скорость потока Холла 20 секунд на 50 г обеспечивает равномерное распределение порошка

Сравнительный анализ

Сравнение порошка Inconel 718 с альтернативными материалами:

Инконель 718 в сравнении со стальными порошками

Преимущества по сравнению с нержавеющими сталями

• Повышенная прочность при высоких температурах
• Повышенная твердость и износостойкость
• Улучшенная коррозионная стойкость

Недостатки нержавеющих сталей

• Более высокая стоимость материалов
• Более низкая пластичность и вязкость разрушения
• Сложнее печатать и обрабатывать

Параметры печати для Порошок инконеля 718

Типичный диапазон параметров печати для порошка Inconel 718 на системах лазерного наплавления порошкового слоя (L-PBF):

Параметры зависят от таких факторов, как желаемое разрешение, механические свойства, скорость сборки, спецификации OEM-принтера и характеристики порошка.

Операции постобработки

Обычные этапы постобработки печатных деталей из Inconel 718 включают в себя:

• Удаление порошка: Излишки порошка сначала сдуваются или сметаются с внутренних полостей и поверхностей
• Снятие стресса: Нагрев ниже температуры растворения для снятия остаточных напряжений
• Горячее изостатическое прессование (ГИП): Процесс капсулирования HIP помогает закрыть внутренние полости и микропоры
• Обработка раствором и старение: Термическая обработка с предварительной закалкой для достижения требуемых свойств
• Обработка поверхности: Обработка печатных поверхностей с ЧПУ для снижения шероховатости и приведения к более жестким допускам
• Кондиционирование поверхности: Упрочнение стеклянными шариками, лазерная полировка или другие процессы обработки поверхности могут снизить шероховатость

Вопросы и ответы

Почему Inconel 718 - самый распространенный суперсплав для металлической 3D-печати?

Инконель 718 популярен в аддитивном производстве благодаря отличной прочности при высоких температурах, хорошей коррозионной стойкости, простоте изготовления сложных геометрических форм с помощью 3D-печати, способности работать в экстремальных условиях, а также применению в критически важных приложениях в аэрокосмической, нефтегазовой и других отраслях, где поломка недопустима.

Требуется ли термическая обработка Inconel 718 после AM?

Да, после печати компонентов из Inconel 718 методом AM необходима термообработка, включающая отжиг в растворе и многоступенчатое старение, чтобы скорректировать микроструктуру для превращения в закаленные преципитаты, обеспечивающие превосходные механические свойства.

В чем разница между Inconel 625 и 718 в аддитивном производстве?

Основные различия заключаются в том, что инконель 625 обладает более высокой свариваемостью, а инконель 718 - более высоким пределом текучести и прочности на растяжение. Инконель 718 также лучше работает в криогенных условиях, в то время как инконель 625 предпочтительнее в плане устойчивости к усталости, коррозионному растрескиванию под напряжением и износу.

Нужно ли обрабатывать детали из инконеля 718 после 3D-печати?

Горячее изостатическое прессование (HIP) помогает устранить внутренние пустоты и микропористость в компонентах AM Inconel 718. HIP повышает пластичность, усталостную прочность и коррозионную стойкость, уменьшая потенциальные точки отказа. В аэрокосмической отрасли применение HIP необходимо для обеспечения высочайшего качества и надежности.

узнать больше о процессах 3D-печати