Översikt över Inconel 718-pulver

Översikt över Inconel 718 Pulver

Inconel 718 är ett nickel-krombaserat superlegeringspulver som används för höghållfasta applikationer vid förhöjda temperaturer. Viktiga egenskaper inkluderar:

• Utmärkt hållfasthet upp till 700°C
• Hög korrosions- och oxidationsbeständighet
• God utmattnings- och krypningsbeständighet
• Förmåga att motstå kryogena temperaturer
• Kompatibilitet med efterbearbetning som varm isostatisk pressning

Inconel 718-pulver används ofta för att tillverka komponenter för flyg-, olje- och gas-, kärnkrafts- och andra krävande industrier via additiv tillverkning av metall eller pulvermetallurgi.

Olika typer av Inconel 718-pulver

Inconel 718-pulver finns i olika partikelstorleksfördelningar, former och produktionsmetoder:

Typ	Beskrivning	Partikelstorlek	Form	Produktionsmetod
Atomiserad gas	Oregelbundet sfäroidalt pulver	15-75 μm	Mestadels sfärisk	Atomisering av gas
Atomiserad plasma	Mycket sfäriskt pulver	15-45 μm	Mycket sfärisk	Plasmaatomisering
Blandad	Blandning av gasatomiserade och krossade pulver	15-150 μm	Blandad morfologi	Mekanisk blandning
Legerad	Förlegerat pulver med enhetlig sammansättning	15-105 μm	Sfärisk eller oregelbunden	Gas/plasma-atomisering av förlegerad smälta

Sfäriska och förlegerade pulver ger högre kvalitet men kostar mer än blandade eller gasatomiserade alternativ. Valet beror på applikationskraven.

Egenskaper och sammansättning hos Inconel 718

Inconel 718 har en enastående kombination av mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet:

Fastighet	Värde
Täthet	8,19 g/cm3
Smältpunkt	1260-1336°C
Slutlig draghållfasthet	1.103 – 1.551 MPa
Utbyteshållfasthet	758 – 1 379 MPa
Töjning	minst 12%
Young's modul	205 GPa
Poissonförhållande	0.29
Skjuvmodul	79 GPa
Utmattningshållfasthet	517 – 1 034 MPa

Den nominella sammansättningen av Inconel 718 är:

• Nickel: 50-55%
• Krom: 17-21%
• Järn: Balans
• Niob: 4,75-5,5%
• Molybden: 2.8-3.3%
• Titan: 0,65-1,15%
• Aluminium: 0,2-0,8%

Denna kombination av nickel-, krom- och niobtillsatser ger Inconel 718 dess utmärkta mekaniska egenskaper vid höga temperaturer.

Användningsområden för Inconel 718-pulver

Inconel 718 pulver används i stor utsträckning i:

• Aerospace – Motorkomponenter som turbinblad, skivor, fästelement
• Olja och gas – Borrhålsverktyg, ventiler, komponenter för borrhålshuvud
• Kraftgenerering – Varma sektioner till gasturbiner, fästelement
• Automotive – Turboladdare hjul, ventiler, motorkomponenter
• Kemisk bearbetning – Reaktortankar, värmeväxlare, rörledningar
• Verktyg – Formsprutningsformar, matriser, verktygsfixturer
• Medicin – Ortopediska implantat tack vare biokompatibilitet

Den höga hållfastheten vid förhöjda temperaturer, korrosionsbeständigheten och stabiliteten gör Inconel 718 till ett idealiskt material för kritiska komponenter i alla branscher.

Fördelar med Inconel 718 pulver

Viktiga fördelar med att använda Inconel 718-pulver är bl.a:

• Delarna bibehåller hög hållfasthet och seghet upp till 700°C
• Tål oxiderande, korrosiva och kryogena miljöer
• Dubbelt så hög draghållfasthet jämfört med rostfritt stål 316L
• Utmärkta utmattnings- och krypbrottsegenskaper
• Kan förstärkas genom åldringsbehandling
• Lätt svetsbar för reparationer och sammanfogning
• Motstår sprickbildning under varm isostatisk pressning
• Kan återanvändas upp till 10 gånger med minimal försämring
• Möjliggör komplexa geometrier som inte är möjliga genom maskinbearbetning
• Minskar komponentvikten jämfört med fasta former
• Minskar förhållandet mellan inköp och flygning jämfört med billets eller smide

Dessa egenskaper möjliggör betydande prestandaförbättringar och viktbesparingar i komponenterna.

Begränsningar av Inconel 718 Pulver

Några begränsningar när man arbetar med Inconel 718-pulver inkluderar:

• Hög materialkostnad jämfört med stål- och titanlegeringar
• Begränsning av detaljstorlek baserat på byggvolym för additiv maskin
• Känslig för oxidation och korrosion över 700°C
• Kräver varm isostatisk pressning efter additiv tillverkning för att minska spänningarna
• Svårt att helt förtäta under laserpulverbäddsfusion
• Efterbearbetning som maskinbearbetning kan vara utmanande på grund av arbetshärdning
• Ytbehandling krävs för att uppnå önskad grovhet
• Kräver hantering och förvaring av torrt pulver för att förhindra kontaminering
• Begränsat antal kvalificerade leverantörer jämfört med mer vanliga legeringar

Konstruktionsprinciper för delar i Inconel 718

Viktiga riktlinjer för konstruktion av komponenter i Inconel 718 tillverkade av pulver:

• Minsta väggtjocklek på 2 mm rekommenderas för tillräcklig styrka
• Inkludera avfasningar och filéer för att minimera spänningskoncentrationer
• Inre kanaler bör ha en diameter på ≥ 2 mm för att avlägsna pulver
• Begränsa överhäng utan stöd till högst 10 mm
• Optimera byggriktningen för att minimera stöd och total höjd
• Tillåt isotropisk krympning på ~20% under sintring
• Har lägre noggrannhet och högre ytjämnhet än maskinbearbetade delar
• Design för enklare pulveravlägsnande genom att inkludera öppningar
• Tillåt extra bearbetningsmaterial om hög dimensionell precision eller ytfinhet krävs

Genom att simulera byggnationer tidigt i designprocessen kan man identifiera eventuella problem före tillverkningen.

Processparametrar för Inconel 718 AM

Kritiska parametrar för additiv tillverkning av Inconel 718 inkluderar:

• Lasereffekt: 100-500 W
• Skanningshastighet: Upp till 10 m/s
• Stråldiameter: 50-100 μm
• Skikttjocklek: 20-50 μm
• Avstånd mellan luckor: 50-200 μm
• Skanningsstrategi: Växla mellan olika lager
• Skärmande gas: Argon eller kväve
• Gasflöde: 2-8 L/min
• Byggplattans temperatur: 60-100°C
• Efterbearbetning: Varm isostatisk pressning, värmebehandling

Dessa parametrar måste optimeras exakt för att man ska få täta komponenter med önskad mikrostruktur och mekaniska egenskaper.

Efterbearbetning av delar i Inconel 718

Typiska efterbearbetningssteg för AM-komponenter av Inconel 718 är bl.a:

• Avlägsnande av löst pulver genom blästring med plastkulor
• Stressavlastande värmebehandling vid 1080°C i 1 timme följt av luftkylning
• Varm isostatisk pressning vid 1120°C i 4 timmar under 100 MPa tryck
• Trådskärande EDM för att avlägsna delar från byggplattan
• CNC-bearbetning – fräsning, borrning, svarvning för att förbättra finish och precision
• Ytförbättring – slipning, slipning, polering
• Shot peening för att framkalla tryckspänningar på ytor
• Kvalitetsprovning – drag, hårdhet, mikrostruktur, fraktografi

Korrekt efterbearbetning är avgörande för att uppnå de materialegenskaper som krävs för tillämpningen.

Kvalitetskontrollprovning för Inconel 718

Omfattande kvalitetskontrolltester säkerställer kvaliteten på pulver och trycksaker:

• Kemisk analys – ICP-OES bekräftar att pulversammansättningen överensstämmer med AMS-specifikationen
• Partikelstorleksfördelning för pulver – Partikelstorleksanalysator med laserdiffraktion
• Pulvermorfologi – SEM-bildtagning verifierar sfärisk pulverform
• Pulvermikrostruktur – EBSD-kartläggning av kornstruktur
• Pulvrets flytbarhet – Mätt genom Hall och Carney trattprov
• Densitetsanalys – Heliumpyknometri och Archimedes metod verifierar >99,5% densitet
• Mekanisk provning – Drag-, utmattnings-, brottseghets- och hårdhetsprovning
• Mikrostruktur – Kornstorlek och fasfördelning med hjälp av optisk mikroskopi och SEM-mikroskopi
• Defektanalys – röntgen- och CT-skanningar kontrollerar interna defekter
• Ytjämnhet – Mäts med stylus eller optisk profilometer

Omfattande tester säkerställer att delar av Inconel 718 uppfyller strikta flyg- och industristandarder.

Kostnadsanalys för Inconel 718 AM

Kostnaderna i samband med tillverkning av Inconel 718 AM inkluderar:

• Maskinkostnad – 500 000 till 1 miljon dollar för AM-system av hög kvalitet
• Materialkostnad – 350-500 USD/kg för jungfruligt pulver av Inconel 718
• Arbetskostnad – Kvalificerade operatörer för att sköta byggnation och efterbearbetning
• Energikostnad – Stor elförbrukning under byggnationen
• Efterbearbetning – HIP, maskinbearbetning och andra efterbehandlingskostnader
• Kvalitetskontroll – Kostnader för testning och karakterisering
• Återanvändbarhet – Oanvänt pulver kan återvinnas för att minska materialkostnaderna
• Ordervolym – Högre ordervolymer ger stordriftsfördelar
• Köp-till-flyg-förhållande – Måste ta hänsyn till oanvänt pulver som måste återvinnas
• Delens geometri – Välkonstruerade delar maximerar materialutnyttjandet

För låg- och medelvolymproduktion blir AM kostnadseffektivt jämfört med subtraktiv bearbetning tack vare materialbesparingar och lägre inköp-till-flyg-förhållande.

Välja en Inconel 718 Pulver Leverantör

Nyckelfaktorer vid val av leverantör av Inconel 718-pulver:

• Teknisk expertis inom gas- och plasmaatomisering av nickel-superlegeringar
• Utbud av tillgängliga pulverstorlekar och morfologier – sfäriska, blandade, legerade
• Kvalitetssäkringsrutiner och certifieringar – ISO 9001, AS9100, etc.
• Förmåga att genomföra kemiska analyser och tester av partikelstorleksfördelning
• Kapacitet att leverera stora pulvermängder med korta ledtider
• Anpassningsmöjligheter som siktning till specifika partikelstorleksfördelningar
• Konkurrenskraftiga och stabila priser, särskilt för beställningar av stora kvantiteter
• Förmåga att uppfylla krav på efterlevnad av regelverk om så krävs – ITAR, REACH, RoHS
• Prover för kvalificering och testning av pulver hos kund
• Teknisk support för hantering och förvaring av pulver
• Geografisk närhet för snabbare logistik och support

Etablerade leverantörer med nischad expertis inom nickellegeringspulver tenderar att bäst tillgodose användarnas behov när det gäller kvalitet, anpassning, prissättning och support.

För- och nackdelar med Inconel 718 jämfört med rostfritt stål

Fördelar med Inconel 718:

• Dubbelt så hög draghållfasthet som rostfritt stål 316L
• Betydligt högre kryp- och utmattningshållfasthet
• Motstår oxidation och korrosion upp till 700°C
• Bättre utmattningslivslängd vid höga cykler än stål
• Beständiga egenskaper tack vare nickellegeringens sammansättning
• Kan åldershärdas till skillnad från vanliga rostfria stål
• Ger starkare bindningar när de används som råmaterial för beläggning
• Lättare att återvinna och återanvända oanvänt pulver

Nackdelar med Inconel 718:

• Mycket högre materialkostnad än rostfritt stål
• Lägre maximal driftstemperatur än rostfritt
• Svårare att förtäta helt under AM-utskrift
• Utmanande att bearbeta på grund av arbetshårdnande
• Begränsat antal kvalificerade leverantörer
• Känslig för försprödning av flytande metall under AM
• Högre krav på efterbearbetning – HIP, värmebehandling
• Kräver kontrollerad bearbetning i inert atmosfär

För kritiska tillämpningar där prestanda överstiger kostnader ger Inconel 718 markant överlägsna högtemperaturegenskaper jämfört med rostfritt stål.

Jämförelse mellan Inconel 718 och Inconel 625

Inconel 718 och 625 har följande utmärkande egenskaper:

Legering	Styrka	Motståndskraft mot korrosion	Svetsbarhet	Kostnad	Använd temperatur
Inconel 718	Mycket hög	Måttlig	Rättvist	Hög	Upp till 700°C
Inconel 625	Medium	Utmärkt	Utmärkt	Mycket hög	Upp till 980°C

• Inconel 718 erbjuder mycket högre drag-, kryp- och utmattningshållfasthet.
• Inconel 625 ger bättre allround korrosions- och oxidationsbeständighet.
• Inconel 625 har enastående svetsbarhet medan Inconel 718 är en större utmaning.
• Inconel 625 är dyrare på grund av omfattande tillsatser av legeringsämnet columbium.
• Inconel 625 har högre maximal driftstemperatur.

Inconel 718 föredras för de mest krävande höghållfasta applikationerna, t.ex. komponenter för flyg- och rymdindustrin, medan Inconel 625 väljs när korrosionsbeständighet är det viktigaste kravet.

VANLIGA FRÅGOR

Vilken partikelstorleksfördelning rekommenderas för AM med Inconel 718-pulver?

Ett partikelstorleksintervall på 15-45 mikrometer med en majoritet mellan 20-35 mikrometer rekommenderas vanligtvis för laserpulverbäddsfusion med Inconel 718 för att möjliggöra god flytbarhet och tät komprimering.

Vilka värmebehandlingar efter bearbetning används för AM-delar av Inconel 718?

Vanliga värmebehandlingar inkluderar 1270°C lösglödgning, 960°C utskiljningshärdning och 1080°C avspänningsglödgning. Flerstegs åldringsbehandlingar kan ytterligare förbättra hållfasthet och seghet.

Vilka är de vanligaste användningsområdena för Inconel 718-pulver inom flyg- och rymdindustrin?

Inconel 718 används ofta för att tillverka komponenter till flygplansmotorer som blad, skivor, fästelement, höljen och delar till landningsställ som kräver hög hållfasthet vid förhöjda temperaturer och i korrosiva miljöer.

Kräver Inconel 718 varm isostatisk pressning efter AM?

Ja, HIP rekommenderas starkt efter laser- eller elektronstrålepulverbäddsfusion med Inconel 718 för att eliminera inre hålrum och porer och förbättra utmattningslivslängden genom homogenisering av mikrostrukturen.

Hur ska oanvänt pulver av Inconel 718 hanteras?

Allt oanvänt pulver måste hanteras i en inert atmosfär för att förhindra oxidation och kontaminering. Pulvret kan återanvändas upp till 10 gånger om det förvaras i en kontrollerad miljö. Efter 10 återvinningar rekommenderas nytt pulver.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser