Inconel 718:рабочий материал для аддитивного производства

В нашей серии публикаций в блоге по материаловедению представлены часто используемые производственные материалы, их свойства и другие важные характеристики. В этом посте рассматривается популярный материал для аддитивного производства Inconel 718, исследуются свойства этого суперсплава на основе никеля и общие области применения добавок.

Что такое инконель?

Инконель считается «суперсплавом». После Второй мировой войны термин «суперсплав» появился для обозначения группы высокоэффективных сплавов, которые были разработаны для продления срока службы компонентов самолетов, подвергающихся воздействию экстремальных температур.

Этот вкладыш для сжигания, изготовленный для OEM-производителя аэрокосмической техники, был дополнительно изготовлен из Inconel 718.

Сплавы представляют собой смесь металлов, которые объединяются для достижения превосходного сочетания металлических характеристик, таких как прочность и коррозионная стойкость. Суперсплавы, также известные как сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками, жаропрочные сплавы или жаропрочные сплавы, являются основными материалами для ряда отраслей, таких как аэрокосмическая, нефтехимическая, автогоночная, нефтегазовая.

Inconel 718, массовое производство которого началось в 1965 году, является хорошо известным хромоникелевым рабочим коньком для индустрии аддитивного производства. Сводя цикл Карно или наиболее эффективный цикл тепловой машины, более горячее сгорание приводит к повышению энергоэффективности. Энергоэффективность приводит к экономии топлива.

Вот почему суперсплавы, такие как Inconel 718, так важны для эффективных и экономичных конструкций. Их стабильность в экстремальных условиях и способность оставаться устойчивыми к коррозии, ползучести и тепловым ударам делают их идеальными кандидатами для аэрокосмической промышленности.

На этой диаграмме показана удельная прочность материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. Изображение предоставлено Laserchirp.com

Этот никель-хром-молибденовый суперсплав используется в компонентах горячих секций лопаток турбин, систем воздуховодов и выхлопных систем двигателей. На самом деле, 50 % материалов, используемых в авиационных и ракетных двигателях, представляют собой жаропрочные сплавы на основе никеля.

Inconel 718 и аналогичные сплавы также используются в неавиационной и ракетной технике. Химические и нефтехимические заводы (сосуды, насосы, арматура, трубопроводы), электростанции (промышленные газовые турбины), подводные лодки (лопасти гребных винтов, быстроразъемная арматура, вспомогательные гребные электродвигатели), атомные реакторы (теплообменные трубы, арматура), а также нефтегазовая промышленность (скважинные трубы, устьевое оборудование, факельные боновые заграждения) способствуют производству и использованию Inconel 718 в производстве.

В криогенных приложениях также используется Inconel 718 из-за его способности противостоять хрупкому разрушению при очень низких температурах.

Инконель, титан и сталь

Как показано на приведенной выше диаграмме справа, сплавы на основе никеля, такие как Inconel 718, могут быть более подходящим материалом, чем титан или сталь, когда речь идет о работе в условиях суровых температур. Окисленные защитные слои в сплавах на основе никеля дополнительно повышают механические характеристики. В таблицах ниже перечислены свойства Inconel 718, нержавеющей стали и титана. Более подробную информацию обо всех наших материалах в Protolabs можно найти в нашем Руководстве по сравнению материалов.

СВОЙСТВА ДОБАВКИ INCONEL 718

УСЛОВИЕ	УТС	Доход 0,2 %	Удлинение (%)	Твердость (HRC)
Как построено (ASTM F3055)	140 тысяч фунтов на квадратный дюйм	95 тысяч фунтов/кв. дюйм	35	31
Solution Treat and Age (AMS 5662)	207 тысяч фунтов на квадратный дюйм	175 тысяч фунтов на квадратный дюйм	18	46
Solution Treat and Age (AMS 5664)	208 тысяч фунтов на квадратный дюйм	170 тысяч фунтов на квадратный дюйм	21	45

СВОЙСТВА ПРИСАДКИ 17-4 PH ДЛЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

УСЛОВИЕ	УТС	0,2% Доход	Удлинение (%)	Твердость (HRC)
Решение Treat + H900 (AMS 5604)	195 тысяч фунтов на квадратный дюйм	175 тысяч фунтов на квадратный дюйм	10	42

СВОЙСТВА ПРИСАДКИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 316L

УСЛОВИЕ	УТС	0,2 % доход	Удлинение (%)	Твердость (HRC)
Снятие напряжения (ASTM F3184)	92 тысяч фунтов на квадратный дюйм	70 тысяч фунтов на квадратный дюйм	60	95

СВОЙСТВА ДОБАВКИ ТИТАН/Ti6 АЛ-4В

УСЛОВИЕ	УТС	0,2 % доход	Удлинение (%)	Твердость (HRC)
Снятие напряжения (AMS 2801)	180 тысяч фунтов на квадратный дюйм	165 тысяч фунтов на квадратный дюйм	8	42
Снятие стресса (PRLB)	143 тысяч фунтов на квадратный дюйм	127 тысяч фунтов на квадратный дюйм	14	35

Какое место занимает аддитивное производство

Получение желаемых конструкций с неаддитивным инконелем может быть сложной задачей. А именно, производительность компонентов может пострадать при использовании традиционных методов производства, поскольку они могут повлиять на механические характеристики, такие как высокотемпературная коррозия и сопротивление ползучести. Этап отжига также требуется в начале любых процессов механической обработки, ковки или сварки. Аддитивное производство Inconel 718 показало, что механические свойства не приносятся в жертву и могут даже превосходить свойства литых или кованых деталей.

Аэрокосмическая промышленность и подобные компании GE Aviation уже производят детали для авиационных реактивных двигателей с помощью аддитивных технологий. Свобода проектирования, сокращение количества деталей и эффективность цепочки поставок выдвигают аэрокосмические компоненты аддитивного производства в центр внимания, когда в конечном итоге достигается экономия топлива и затрат.

В документе 2017 года, представленном на конференции Института физики (IOP) по материаловедению и инженерии, сообщается, что в нескольких криогенных применениях аддитивных суперсплавов также используется аддитивное производство. Трубы и кожухи, криогенные подвесные и опорные системы, конструкции для рабочих колес или насосов, штоки клапанов, охлаждающие трубы, тепловые трубы, теплоизоляционные конструкции, теплообменники и системы хранения газа в высокопористых системах — все это хорошо подходит для приложений, требующих высокопрочных суперсплавов, где температура может варьироваться от криогенной (-460 градусов по Фаренгейту) до 1400 градусов по Фаренгейту.

Разработка порошковых металлов в сочетании с развитием промышленных машин для 3D-печати металлом послужила поводом для обсуждения во многих отраслях промышленности преимуществ аддитивного производства суперсплавов. Фактически, возможность разрабатывать детали — это реальность для всех, кто хочет изготавливать детали из сплава Inconel 718.

В Protolabs мы предлагаем Inconel 718 в качестве дополнительного материала, доступного для изготовления деталей объемом до 31,5 дюйма x 15,7 дюйма x 19,7 дюйма (800 мм x 398 мм x 500 мм). С введением в нашу линейку станков GE Additive X Line 2000R мы прокладываем путь для отраслей промышленности, чтобы полагаться на одного поставщика крупных деталей из сплава Inconel 718 с добавками.

Кроме того, могут быть выполнены варианты термообработки, улучшающие механические свойства инконеля. Один из многих вариантов термической обработки включает горячее изостатическое прессование (ГИП), которое также может быть выполнено для улучшения механических свойств за счет увеличения плотности и уменьшения пористости внутри деталей.

Возможности аддитивного производства Protolabs

3D-печать Объем сборки до 31,5 x 15,7 x 19,7 дюйма. Разрешение деталей от 20 до 60 микрон Минимальные размеры элементов от 0,030 дюйма до 0,015 дюйма. Постобработка 3- и 5-осевое фрезерование Поворот Проволочный электроэрозионный станок Нажатие и развертывание Анализ порошка и материал Отслеживаемость Химия Анализ размера и распределения частиц Механическое тестирование купонов Механические испытания Растяжение Твердость по Роквеллу Усталость Вибрация Термическая обработка Снятие стресса Горячее изостатическое прессование (HIP) Отжиг на раствор Старение Проверки качества и отчеты Проверки размеров с раздутым отчетом Проверка первого изделия (FAI) согласно AS9102 КИМ, оптическое сканирование и компьютерная томография Рентген Шероховатость поверхности Параметры материала Инконель 718 Алюминий/ALSi10Mg Кобальт-хром Нержавеющая сталь 17-4 PH Нержавеющая сталь 316L Титан/Ti 6AL-4V Медь/CuNi2SiCr

Рэйчел Хант – менеджер по маркетингу 3D-печати в Protolabs. Бывший клиент Protolabs, она занимала инженерные и маркетинговые должности в отрасли медицинского оборудования. Компания Hunt работала по всему миру с конечными потребителями и поставщиками-производителями для коммерциализации хирургических устройств. Она имеет B.S. степень бакалавра биомедицинской инженерии Университета штата Северная Каролина и степень магистра инженерного менеджмента Университета Дьюка.