Inconel 718-Rohr (UNS N07718): Ausfällungshärtung, AMS 5663 und der Servicebereich

Inconel 718 ist die seltene Nickellegierung, deren Festigkeit erst durch die Wärmebehandlung erreicht wird. Im geglühten Zustand handelt es sich um ein Material der bescheidenen 1000-MPa--Klasse; Nach der zweistufigen Ausscheidungsbehandlung erreicht sie eine Mindestzugfestigkeit von 1270 MPa mit einer Streckgrenze von über 1030 MPa, und dieser Unterschied ist der einzige Grund, warum die Legierung für rotierende Maschinen und Druckgeräte spezifiziert wird.

Was Inconel 718 ist

Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)ist eine ausscheidungs-härtbare Nickel-Chrom--Eisenlegierung, die durch zwei intermetallische Phasen verstärkt ist: Gamma-Doppel---Strich (g″, Ni3Nb) als primäre Härtungsphase und Gamma-Strich (g′, Ni3(Al,Ti)) als sekundäre Phase.

Die Legierung ist unter den Nickel-Superlegierungen insofern ungewöhnlich, als ihre Alterungshärtung langsam ist, was sie genau deshalb schweißbar macht, ohne dass es zu Rissen kommt, die bei schnell alternden Legierungen wie X-750 auftreten. Es behält seine hohe Festigkeit bei kryogenen Temperaturen bis etwa 650 Grad (1200 Grad F), was der Arbeitsbereich ist, den die meisten Datenblätter für den Langzeitbetrieb angeben.

Chemische Zusammensetzung

Die nachstehende Zusammensetzung ist der Standardannahmebereich, der von AMS 5662 / AMS 5663 und ASTM B637 für Stangen und Schmiedestücke verwendet wird. Niob ist das bestimmende Element: Es bildet während der Alterung die Ni3Nb-Gamma-Doppelprimzahl-Ausscheidung, und sein Bereich wird streng kontrolliert, da zu wenig Niob die Härtungsreaktion verringert, während zu viel Niob die Entmischung und die Laves-Phase fördert. Eisen ist hier keine Verunreinigung, sondern ein bewusst ausgleichendes Element, das die Alterungsreaktion verlangsamt und die Verarbeitbarkeit verbessert.

Der Niederschlagsmechanismus: Warum Wärmebehandlung die Festigkeit erzeugt

Im geglühten Zustand ist Inconel 718 eine Mischkristalllegierung mit mäßiger Festigkeit und einer Mindestzugfestigkeit von etwa 1030 MPa im AMS 5662-Zustand.

Die Ausscheidungswärmebehandlung bringt die Legierung auf eine Mindestzugfestigkeit von 185 ksi (1276 MPa), da dadurch zwei Dinge in der Mikrostruktur erzwungen werden: Die Niob-, Titan- und Aluminiumatome, die nach der Lösungsbehandlung in der Matrix gelöst sind, verlassen die Lösung als nanometergroße Ni3Nb- und Ni3(Al,Ti)-Partikel; und jene Partikel fixieren die Versetzungsbewegung, die sonst eine plastische Verformung ermöglichen würde.

Der zweistufige Alterungszyklus besteht, weil die beiden Phasen bei unterschiedlichen Temperaturen reagieren: Der erste Schritt bei 1325 °F bildet die Keime der g″-Phase, und der zweite Schritt bei 1150 °F lässt sie auf die Größe wachsen, die das optimale Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit ergibt. Das Überspringen oder Verkürzen eines dieser Schritte führt dazu, dass die Legierung nicht ausreichend gehärtet ist, weshalb die Wärmebehandlungsaufzeichnungen für 718 wichtiger sind als für fast jede andere Nickellegierung.

Lieferbedingungen: AMS 5662, AMS 5663 und AMS 5664

Drei AMS-Bedingungen dominieren bei der Beschaffung von Inconel 718-Stäben, Schmiedeteilen und Rohren. Sie haben die gleiche Chemie; Der Unterschied liegt ausschließlich im Wärmebehandlungszustand und jeder hat eine andere Aufgabe in der Lieferkette.

Für Rohrleitungen und Druckgeräte lautet die Beschaffungslogik: Bestellen Sie AMS 5662, wenn das Teil zuerst bearbeitet oder gebogen und später gehärtet werden muss, und bestellen Sie AMS 5663, wenn das Teil im Endzustand geliefert wird.

Ein häufiger Fehler bei der Beschaffung besteht darin, nach AMS 5663-Rohren zu fragen und diese dann im eigenen Haus zu bearbeiten oder kalt{{1}zu biegen,-durch die Bearbeitung-verhärtet sich ein Teil, das bereits die volle Festigkeit erreicht hat, und kann sich dadurch verformen; Der richtige Weg für maschinell bearbeitete-aus-Rohteilen ist AMS 5662, gefolgt von einem kontrollierten Alterungszyklus.

Wärmebehandlungsroute

Der standardmäßige Ausscheidungshärtungszyklus gemäß AMS 5663 ist eine zweistufige Behandlung. Durch die Lösungsbehandlung vor der Alterung werden die Härter aufgelöst und die Korngröße eingestellt; Durch die Alterungsschritte bilden sich Keime und die Niederschläge wachsen.

Die 1325/1150 Grad F-Route ist der AMS-Standard. Ein Hinweis für Hersteller: Die Legierung weist nach der Ausscheidungshärtung eine Kontraktion von etwa 0,0008 Zoll/Zoll auf, daher sollten präzisionsbearbeitete Abmessungen vor der Alterung eingestellt werden oder die Kontraktion in der Bearbeitungszugabe berücksichtigt werden.

Physikalische und mechanische Daten

Die folgende Tabelle kombiniert die physikalischen Konstanten mit repräsentativem mechanischem Verhalten bei Temperatur. Die Mindesttemperaturen für die Raumtemperatur sind vertraglich festgelegt, die Werte für die erhöhte Temperatur sind typische Werte zur Designorientierung.

Hohe-Temperatur und kryogenes Verhalten

Die gleiche Niederschlagsstruktur, die 718 seine Raumtemperaturfestigkeit verleiht, ist bis etwa 650 Grad stabil, weshalb die Legierung im Turbinen- und Bohrlochbereich eine brauchbare Zug- und Kriechfestigkeit aufweist. Typische gealterte Eigenschaften weisen bei 650 Grad immer noch eine Zugfestigkeit von etwa 1100 MPa auf, und die Spannungsbruchfestigkeit ist der Grund dafür, dass 718 die Standardlegierung für rotierende Hardware ist.

Am anderen Ende der Hülle weist die austenitische Matrix keinen Übergang von duktil-zu-spröde auf, sodass die Legierung häufig in Kryotanks und Ventilen bis hin zu Temperaturen von flüssigem-Wasserstoff verwendet wird. Diese Kombination aus hoher Festigkeit bei beiden Temperaturextremen und dazwischenliegender Schweißbarkeit ist der Grund dafür, dass keine andere Nickellegierung ihren Spezifikationen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Öl- und Gasindustrie entspricht.

Schweißen und Fertigung

Inconel 718wird mit passendem Nickel{0}}-Basisfüllstoff der ERNiFeCr-2-Klasse (AWS A5.14), der bekannten Inconel 718-Füllstofffamilie, verschweißt. Die Legierung kann sowohl im geglühten als auch im gealterten Zustand geschweißt werden; Die langsame Alterungsreaktion bedeutet, dass die Wärmeeinflusszone nach dem Schweißen nicht reißt, wie dies bei schnell alternden Legierungen der Fall ist.

Wenn das Schweißgut im geglühten Zustand geschweißt und dann gealtert wird, entwickelt es einen großen Teil der Festigkeit des Grundmetalls, weshalb Schweißkonstruktionen normalerweise als AMS 5662-Material plus einem Alterungszyklus nach dem Schweißen konstruiert werden. Im geglühten Zustand ist die Kaltumformung unkompliziert; Das gealterte Material ist so fest, dass die Umformung vor der Aushärtung erfolgen sollte. Die Bearbeitungshinweise spiegeln die anderer Nickellegierungen wider: starrer Aufbau, positiver Vorschub und scharfe Werkzeuge, um Kaltverfestigung zu vermeiden.

Standards und Produktformen

Anwendungen

• Luft- und Raumfahrt: Turbinenscheiben, Kompressorschaufeln, Triebwerkswellen, Gehäuse und Befestigungselemente
• Raketentriebwerke: Turbopumpen, Gehäuse, Schubkomponenten
• Öl und Gas: Bohrlochwerkzeuge, MWD/LWD-Gehäuse, Pumpenwellen, Sicherheitsventile, Bohrlochkopfkomponenten gemäß NACE MR0175 / API 6A CRA
• Kryotechnik: LNG- und Wasserstofftanks, Ventile, Transferleitungen
• Kernenergie: Reaktoreinbauten und Steuerstabkomponenten
• Industrie: Hochtemperaturfedern, Verbindungselemente, Matrizen und Werkzeuge

Häufige Fehler bei der Beschaffung

• Bestellung eines AMS 5663-Rohrs und Bearbeitung im eigenen Haus, wobei der gealterte Zustand an der bearbeiteten Oberfläche verloren geht
• Vorausgesetzt, alle 718-Zertifikate sind gleich: Der Zustand (geglüht vs. gealtert) muss auf der Bestellung angegeben werden
• Der zweite Alterungsschritt bei 1150 Grad F wird übersprungen, wodurch die Legierung unter-ausgehärtet bleibt
• Die Alterungskontraktion von 0,0008 Zoll/Zoll bei Präzisionsabmessungen wird ignoriert
• Verwendung eines Zusatzwerkstoffs der Klasse 625 auf 718, der die Schweißmetallchemie verändert und die Alterungsfestigkeit verringert

FAQ

F: Was ist der Unterschied zwischen AMS 5662 und AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 ist die Lösung-geglühter Zustand mit einer Mindestzugfestigkeit von etwa 1034 MPa; AMS 5663 ist das gleiche Material, das auf eine Mindestzugfestigkeit von 1276 MPa ausgehärtet ist. Bestellen Sie 5662 für die Bearbeitung und Umformung, dann Alter; Bestellen Sie 5663 für wartungsbereite-Teile.

F: Wie wird Inconel 718 gehärtet?
Durch eine zweistufige Alterung: 8 Stunden bei 718 Grad (1325 Grad F), dann Abkühlung im Ofen auf 621 Grad (1150 Grad F) für eine Gesamtalterungszeit von 18 Stunden, dann Abkühlung an der Luft. Durch die Behandlung werden die Phasen Ni3Nb (g'') und Ni3(Al,Ti) (g′) ausgefällt, die Versetzungen fixieren.

F: Welcher Temperatur kann Inconel 718 standhalten?
Langzeitbetrieb bis etwa 650 Grad (1200 Grad F), mit guter kryogener Leistung bis -250 Grad. Oberhalb von 650 Grad kommt es zu Überschreitungen der g″-Phase und einem Abfall der Festigkeit.

F: Ist Inconel 718 schweißbar?
Ja, das ist ungewöhnlich für eine ausscheidungsgehärtete Nickellegierung, da ihre Alterungsreaktion langsam ist. Verwenden Sie den Füllstoff ERNiFeCr-2; Im geglühten Zustand schweißen und anschließend aushärten, um eine nahezu unedle Schweißnahtfestigkeit zu erreichen.

F: Welche Standards gelten für Inconel 718?
ASTM B637 (Stangen und Schmiedeteile), ASTM B670 (Bleche), AMS 5662/5663/5664 (Luft- und Raumfahrtbedingungen) sowie NACE MR0175/ISO 15156 und API 6A CRA-Varianten für Öl und Gas.

F: Kann Inconel 718 im sauren Bereich verwendet werden?
Ja, 718 ist eine der wenigen hochfesten Legierungen, die in NACE MR0175/ISO 15156 für saure Umgebungen aufgeführt sind, mit Härtegrenzen, die im Zertifikat überprüft werden müssen