Inconel 718: Ультимативный суперсплав для аддитивного производства

Наша серия блога «Материаловедение» демонстрирует распространенно используемые производственные материалы, их свойства и другие релевантные характеристики. Эта статья рассматривает материал для аддитивного производства Inconel 718, исследуя свойства и распространенные аддитивные применения этого никелевого суперсплава.

Что такое Inconel?

Inconel считается «суперсплавом». В послевоенное время термин суперсплав появился для описания группы высокопроизводительных сплавов, разработанных для продления срока службы авиационных компонентов, подверженных экстремальному теплу.

Сплавы — это смесь металлов, объединенных для достижения супер-смеси металлических характеристик, таких как прочность и коррозионная стойкость. Суперсплавы — также известные как высокопроизводительные сплавы, теплостойкие сплавы или высокотемпературные сплавы — являются основными материалами для нескольких отраслей: аэрокосмической, нефтехимической, автогоночной и нефтегазовой.

Inconel 718, достигший массового производства в 1965 году, — широко известный никель-хромовый рабочий конь для индустрии аддитивного производства. Сводя цикл Карно, или самый эффективный тепловой цикл, более горячее сгорание приводит к энергоэффективности. Энергоэффективность ведет к топливной эффективности.

Именно поэтому суперсплавы, как Inconel 718, так критичны для эффективных и экономичных конструкций. Их стабильность в экстремальных средах и способность оставаться стойкими к коррозии, ползучести и термическим шокам делают их идеальными кандидатами для аэрокосмической отрасли.

Этот никель-хром-молибденовый суперсплав используется в горячих секционных компонентах лопаток турбин, систем воздуховодов и выхлопных систем двигателей. Фактически, 50% материалов, используемых в авиационных и ракетных двигателях, — это никелевые суперсплавы.

Inconel 718 и подобные сплавы также находятся в неавиационных и неракетных применениях. Химические и нефтехимические заводы (сосуды, насосы, клапаны, трубопроводы), электростанции (промышленные газовые турбины), подводные лодки (винтовые лопатки, быстрые отсоединители, вспомогательные двигатели), ядерные реакторы (трубопроводы теплообменников, фитинги), нефтегазовая отрасль (забойные трубы, устьевое оборудование, факельные вышки) вносят вклад в производство и использование Inconel 718.

Криогенные применения также используют Inconel 718 благодаря его способности выдерживать хрупкий разрыв при очень низких температурах.

Inconel против Титана против Стали

Как показано на диаграмме выше справа, никелевые сплавы, такие как Inconel 718, могут быть правильным материалом вместо титана или стали когда речь идет о производительности в суровых температурных средах. Окислительные защитные слои в никелевых сплавах еще больше повышают механическую производительность. Таблицы ниже перечисляют свойства Inconel 718, нержавеющей стали и титана. Больше деталей обо всех наших материалах в Protolabs можно найти в нашем Руководстве по сравнению материалов.

СВОЙСТВА АДДИТИВНОГО INCONEL 718

СВОЙСТВА АДДИТИВНОЙ 17-4 PH НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

СВОЙСТВА АДДИТИВНОЙ 316L НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

СВОЙСТВА АДДИТИВНОГО ТИТАНА/Ti6 AL-4V

Где аддитивное производство вписывается в картину

Получение желаемых конструкций с неаддитивным Inconel может быть сложным. А именно, производительность компонента может страдать, когда используются традиционные методы производства, так как они могут влиять на механические атрибуты производительности, такие как высокотемпературная коррозия и ползучесть. Этап отжига также требуется в начале любого процесса механической обработки, ковки или сварки. Аддитивное производство Inconel 718 показало, что механические свойства не жертвуются и могут даже превышать свойства литых или кованых деталей.

Аэрокосмическая отрасль, и такие компании, как GE Aviation, уже производят аддитивно изготовленные детали для авиационных реактивных двигателей. Свобода проектирования, сокращение деталей и эффективность цепочки поставок ставят аддитивно изготовленные аэрокосмические компоненты в центре внимания, когда в конечном счете достигается экономия топлива и затрат.

Статья 2017 года, представленная на конференции Института физики (IOP) по материаловедению и инженерии, сообщила, что несколько аддитивных суперсплавных криогенных применений также используют аддитивное производство. Трубки и оболочки, криогенные подвески и системы поддержки, структуры для импеллеров или насосов, клапанные штоки, охлаждающие трубки, тепловые трубы, дизайны термоизоляции, теплообменники и газовые накопители в высокопористых системах — все хорошо подходят для применений, требующих высокопрочных суперсплавов, где температуры могут варьироваться от криогенных (-460 °F) до 1400 °F.

Разработка порошковых металлов, связанная с прогрессом в промышленных станках для металлической 3D-печати, продвинула разговор во многих отраслях к раскрытию преимуществ аддитивного производства суперсплавов. Способность разрабатывать детали — это, фактически, реальность для любого, кто хочет фabricировать детали из Inconel 718.

В Protolabs мы предлагаем Inconel 718 как аддитивный материал для постройки объемов деталей до 31,5 дюйма × 15,7 дюйма × 19,7 дюйма (800 мм × 398 мм × 500 мм). С внедрением станка GE Additive X Line 2000R в наш парк, мы прокладываем путь для отраслей, чтобы полагаться на единого поставщика для крупных аддитивных деталей из Inconel 718.

Кроме того, варианты термической обработки, улучшающие механические свойства Inconel, могут выполняться. Один из множества вариантов термической обработки включает горячее изостатическое прессование (HIP), которое также может выполняться для улучшения механических свойств путем увеличения плотности и уменьшения пористости внутри деталей.

Рейчел Хант — маркетинговый менеджер по 3D-печати в Protolabs. Бывшая клиентка Protolabs, она занимала инженерные и маркетинговые позиции в индустрии медицинских устройств. Хант работала глобально с конечными клиентами и поставщиками производства для коммерциализации хирургических устройств. Она имеет степень B.S. в биомедицинском инженерии от Северной Каролинского государственного университета и магистерскую степень в управлении инженерией от Университета Дьюк.