Обзор порошка Инконель 718

Обзор Порошок инконеля 718

Inconel 718 — это порошок суперсплава на основе никеля и хрома, используемый для высокопрочных применений при повышенных температурах. Ключевые свойства включают в себя:

• Отличная прочность до 700°C.
• Высокая стойкость к коррозии и окислению
• Хорошее сопротивление усталости и ползучести
• Способность выдерживать криогенные температуры.
• Совместимость с постобработкой, такой как горячее изостатическое прессование.

Порошок Inconel 718 широко используется для изготовления компонентов для аэрокосмической, нефтегазовой, атомной и других отраслей с высокими требованиями посредством аддитивного производства металлов или порошковой металлургии.

Виды порошка Инконель 718

Порошок Inconel 718 доступен с различными гранулометрическими составами, формами и методами производства:

Сферические и предварительно легированные порошки обеспечивают более высокое качество, но стоят дороже, чем смешанные или газораспыленные варианты. Выбор зависит от требований приложения.

Свойства и состав Инконеля 718

Inconel 718 обладает исключительным сочетанием механических свойств и коррозионной стойкости:

Номинальный состав Inconel 718:

• Никель: 50-551ТП3Т
• Хром: 17-211ТП3Т
• Железо: Баланс
• Ниобий: 4,75-5,51ТП3Т
• Молибден: 2,8-3,31ТП3Т
• Титан: 0,65-1,151ТП3Т
• Алюминий: 0,2-0,81ТП3Т

Такое сочетание добавок никеля, хрома и ниобия придает Inconel 718 превосходные механические свойства при высоких температурах.

Области применения порошка Inconel 718

Порошок Инконель 718 широко используется в:

• Аэрокосмическая промышленность — компоненты двигателя, такие как лопатки турбины, диски, крепежные детали.
• Нефть и газ – Скважинные инструменты, клапаны, компоненты устья скважины
• Производство электроэнергии – Детали горячей части газовой турбины, крепежные детали
• Автомобильная промышленность — колеса турбокомпрессора, клапаны, компоненты двигателя.
• Химическая обработка – Корпуса реакторов, теплообменники, трубопроводы.
• Оснастка – литьевые формы, штампы, оснастка.
• Медицина – Ортопедические имплантаты благодаря биосовместимости

Его высокая прочность при повышенных температурах, коррозионная стойкость и стабильность делают Inconel 718 идеальным материалом для критически важных компонентов в различных отраслях промышленности.

Преимущества порошка Инконель 718

Ключевые преимущества использования порошка Inconel 718 включают в себя:

• Детали сохраняют высокую прочность и ударную вязкость до 700°C.
• Выдерживает окислительные, агрессивные и криогенные среды.
• Вдвое более высокая прочность на разрыв по сравнению с нержавеющей сталью 316L.
• Отличные усталостные и разрушающие свойства при ползучести.
• Могут быть усилены осадками в результате старения
• Легко поддается сварке для ремонта и соединения.
• Устойчивость к растрескиванию при горячем изостатическом прессовании.
• Может использоваться повторно до 10 раз с минимальным износом.
• Обеспечивает сложную геометрию, невозможную при механической обработке.
• Уменьшает вес компонентов по сравнению с твердыми формами.
• Уменьшает коэффициент покупки/продажи по сравнению с заготовками или поковками.

Эти свойства позволяют существенно улучшить производительность и снизить вес компонентов.

Ограничения Порошок инконеля 718

Некоторые ограничения при работе с порошком Inconel 718 включают:

• Высокая стоимость материала по сравнению со сталью и титановыми сплавами.
• Размер детали ограничен в зависимости от объема сборки аддитивного оборудования.
• Подвержен окислению и коррозии при температуре выше 700°C.
• Требуется горячее изостатическое прессование после аддитивного производства для снятия напряжений.
• Трудно полностью уплотнить во время лазерной сварки порошкового слоя.
• Последующая обработка, такая как механическая обработка, может быть сложной задачей из-за наклепа.
• Обработка поверхности необходима для достижения желаемой шероховатости.
• Требуется обращение с сухим порошком и его хранение для предотвращения загрязнения.
• Ограниченное количество квалифицированных поставщиков по сравнению с более распространенными сплавами.

Принципы проектирования деталей из Inconel 718

Основные рекомендации по проектированию компонентов из Inconel 718, изготовленных из порошка:

• Минимальная толщина стенки 2 мм рекомендуется для обеспечения достаточной прочности.
• Включите фаски и скругления для минимизации концентрации напряжений.
• Внутренние каналы должны иметь диаметр ≥ 2 мм для удаления порошка.
• Ограничить свесы без опор не более 10 мм.
• Оптимизируйте ориентацию конструкции, чтобы минимизировать опоры и общую высоту.
• Учитывайте изотропную усадку ~20% во время спекания.
• Учет более низкой точности и более высокой шероховатости поверхности, чем у обработанных деталей.
• Конструкция для облегчения удаления порошка за счет наличия отверстий
• Разрешить использование дополнительного обрабатывающего материала, если требуется высокая точность размеров или чистота поверхности.

Моделирование сборок на ранних этапах процесса проектирования помогает выявить любые проблемы еще до начала производства.

Параметры процесса для Inconel 718 AM

Критические параметры для аддитивного производства Inconel 718 включают:

• Мощность лазера: 100-500 Вт
• Скорость сканирования: До 10 м/с
• Диаметр луча: 50-100 мкм
• Толщина слоя: 20-50 мкм
• Расстояние между люками: 50-200 мкм
• Стратегия сканирования: чередование слоев
• Защитный газ: аргон или азот.
• Скорость потока газа: 2-8 л/мин.
• Температура рабочей пластины: 60-100°C.
• Последующая обработка: горячее изостатическое прессование, термообработка.

Эти параметры необходимо точно оптимизировать для получения плотных компонентов с желаемой микроструктурой и механическими свойствами.

Постобработка деталей из Inconel 718

Типичные этапы постобработки компонентов Inconel 718 AM включают:

• Удаление рассыпчатого порошка струйной очисткой пластиковыми шариками.
• Термическая обработка для снятия напряжений при температуре 1080°C в течение 1 часа с последующим охлаждением на воздухе.
• Горячее изостатическое прессование при 1120°С в течение 4 часов под давлением 100 МПа.
• Электроэрозионная резка для удаления деталей со сборочной пластины
• Обработка на станке с ЧПУ – фрезерование, сверление, токарная обработка для улучшения качества обработки и точности.
• Улучшение поверхности – шлифовка, шлифовка, полировка.
• Дробеструйная обработка для создания сжимающих напряжений на поверхностях.
• Проверка качества – растяжение, твердость, микроструктура, фрактография.

Правильная постобработка жизненно важна для достижения свойств материала, необходимых для применения.

Тестирование контроля качества для Inconel 718

Комплексное тестирование контроля качества обеспечивает качество порошков и печатных деталей:

• Химический анализ – ICP-OES подтверждает соответствие состава порошка спецификации AMS.
• Распределение частиц порошка по размерам – Лазерный дифракционный анализатор размеров частиц
• Морфология порошка: СЭМ-изображение подтверждает сферическую форму порошка.
• Микроструктура порошка – EBSD-картирование зернистой структуры
• Текучесть порошка – измеряется с помощью вороночных тестов Холла и Карни.
• Анализ плотности — гелиевая пикнометрия и метод Архимеда подтверждают плотность >99,5%.
• Механические испытания – испытание на растяжение, усталость, вязкость разрушения, твердость.
• Микроструктура. Размер зерна и распределение фаз с использованием оптической и РЭМ-микроскопии.
• Анализ дефектов: рентгеновские снимки и компьютерная томография проверяют наличие внутренних дефектов.
• Шероховатость поверхности – измеряется щупом или оптическим профилометром.

Всесторонние испытания гарантируют, что детали Inconel 718 соответствуют строгим аэрокосмическим и промышленным стандартам.

Анализ затрат на Inconel 718 AM

Затраты, связанные с производством Inconel 718 AM, включают:

• Стоимость машины – от 1 TP4T500 000 до $1 миллиона за качественную АМ-систему
• Стоимость материалов – $350-500/кг для первичного порошка Inconel 718
• Стоимость рабочей силы – Квалифицированные операторы для выполнения сборки и постобработки
• Стоимость энергии - Большое потребление электроэнергии во время сборки
• Постобработка – HIP, механическая обработка и другие затраты на отделку
• Контроль качества – Расходы на тестирование и характеристику
• Многоразовое использование – Неиспользованный порошок можно переработать для снижения материальных затрат.
• Объем заказа – Заказы большего объема обеспечивают преимущества экономии за счет масштаба.
• Соотношение покупки и полета – Необходимо учитывать неиспользованный порошок, который подлежит переработке.
• Геометрия детали – Хорошо спроектированные детали позволяют максимально эффективно использовать материал.

Для производства в небольших и средних объемах АМ становится экономически более выгодным по сравнению с субтрактивной обработкой благодаря экономии материала и снижению соотношения закупок к расходам.

Выбор Порошок инконеля 718 Поставщик

Ключевые факторы при выборе поставщика порошка Inconel 718:

• Технический опыт в области газового и плазменного распыления никелевых суперсплавов
• Диапазон доступных размеров и морфологий порошков – сферический, смешанный, легированный.
• Процедуры обеспечения качества и сертификация – ISO 9001, AS9100 и т. д.
• Умение проводить химический анализ и тестирование гранулометрического состава.
• Способность доставлять большие объемы порошка в короткие сроки.
• Возможности индивидуальной настройки, такие как просеивание до определенного распределения частиц по размерам.
• Конкурентоспособные и стабильные цены, особенно для заказов большого количества.
• Способность соответствовать нормативным требованиям, если это необходимо – ITAR, REACH, RoHS.
• Образцы для квалификации и тестирования порошков заказчиком
• Техническая поддержка по обращению и хранению порошка
• Географическая близость для более быстрой логистики и поддержки

Известные поставщики, обладающие нишевым опытом в области порошков никелевых сплавов, как правило, лучше всего удовлетворяют потребности пользователей с точки зрения качества, индивидуальной настройки, ценообразования и поддержки.

Плюсы и минусы Inconel 718 по сравнению с нержавеющей сталью

Преимущества Инконель 718:

• Двойная прочность на разрыв по сравнению с нержавеющей сталью 316L.
• Значительно более высокое сопротивление ползучести и усталости.
• Выдерживает окисление и коррозию до 700°C.
• Лучшая долговечность при многоцикловой усталости, чем у сталей.
• Стабильные свойства благодаря составу никелевого сплава
• Может подвергаться возрастной закалке в отличие от стандартных нержавеющих сталей.
• Обеспечивает более прочные связи при нанесении в качестве покрытия на сырье.
• Легче перерабатывать и повторно использовать неиспользованный порошок.

Недостатки Инконель 718:

• Гораздо более высокая стоимость материала, чем у нержавеющей стали.
• Более низкая максимальная рабочая температура, чем из нержавеющей стали.
• Труднее полностью уплотнить во время AM-печати.
• Сложная обработка станком из-за наклепа
• Ограниченное число квалифицированных поставщиков
• Подвержены охрупчиванию жидким металлом во время AM.
• Повышенные требования к постобработке – HIP, термообработка.
• Требуется контролируемая обработка в инертной атмосфере.

Для критически важных применений, где производительность превышает стоимость, Inconel 718 обеспечивает заметно более высокие термостойкие свойства по сравнению с нержавеющими сталями.

Сравнение Инконель 718 и Инконель 625

Инконель 718 и 625 имеют следующие отличительные характеристики:

• Inconel 718 обеспечивает гораздо более высокую прочность на растяжение, ползучесть и усталостную прочность.
• Inconel 625 обеспечивает лучшую всестороннюю стойкость к коррозии и окислению.
• Inconel 625 обладает превосходной свариваемостью, а Inconel 718 — более сложной сваркой.
• Инконель 625 дороже из-за большого количества легирующих добавок Колумбия.
• Inconel 625 имеет более высокую максимальную рабочую температуру.

Inconel 718 предпочтителен для наиболее требовательных высокопрочных применений, таких как компоненты аэрокосмической промышленности, тогда как Inconel 625 выбирается, когда коррозионная стойкость является главным требованием.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какой гранулометрический состав рекомендуется для АМ с порошком Inconel 718?

Для лазерной сварки порошкового слоя с Inconel 718 обычно рекомендуется диапазон размеров частиц 15–45 микрон, большинство из которых составляет 20–35 микрон, чтобы обеспечить хорошую сыпучесть и плотное уплотнение.

Какие термообработки после обработки используются для деталей из Inconel 718 AM?

Обычная термическая обработка включает отжиг в растворе при 1270°C, дисперсионное твердение при 960°C и снятие напряжений при 1080°C. Многоступенчатая обработка старением может еще больше повысить прочность и пластичность.

Каковы типичные области применения порошка Inconel 718 в аэрокосмической отрасли?

Инконель 718 широко используется для изготовления компонентов авиационных двигателей, таких как лопасти, диски, крепежные детали, кожухи и детали шасси, требующие высокой прочности при повышенных температурах и в агрессивных средах.

Требуется ли для Inconel 718 горячее изостатическое прессование после АМ?

Да, HIP настоятельно рекомендуется после лазерной или электронно-лучевой сварки слоя порошка с Inconel 718 для устранения внутренних пустот и пор и увеличения усталостной долговечности за счет гомогенизации микроструктуры.

Как следует обращаться с неиспользованным порошком Inconel 718?

Со всем неиспользованным порошком следует обращаться в инертной атмосфере во избежание окисления и загрязнения. Порошок можно использовать повторно до 10 раз, если хранить его в контролируемой среде. После 10 переработок рекомендуется использовать новый порошок.

узнать больше о процессах 3D-печати