Alloy 718, 2.4668, UNS N07718, Inconel® 718 - stop niklu

Alloy 718, 2.4668, UNS N07718, Inconel® 718 według AMS 5383 i API Standard 6ACRA - stop niklu

Alloy 718, 2.4668, UNS N07718, Inconel® 718 – opis

Alloy 718 to umacniany wydzieleniowo, odporny na korozję, żaroodporny i żarowytrzymały nadstop niklowo-chromowo-żelazowo-niobowo-molibdenowy. W przeciwieństwie do wielu innych nadstopów, jest łatwy w spawaniu. To połączenie doskonałych własności wysokotemperaturowych (z powodzeniem stosowany do temp. 700°C) i łatwości w obróbce spawaniem sprawiło, że alloy 718 jest jednym z najpopularniejszych, jeśli nie najpopularniejszym nadstopem stosowanym w przemyśle. Występuje w jako produkt walcowany (najczęściej), odlewany (rzadko) lub formowany wtryskowo.

Stop jest umacniany wydzieleniami fazy γ" w osnowie γ. Prawdopodobnie najważniejszą zaletą fazy γ" jest łatwość, z jaką się ona tworzy po uprzednim rozpuszczeniu w procesie obróbki cieplnej lub spawania / lutowania. Z tego względu alloy 718 może być starzony po spawaniu i dzieki temu zyskać wysokie własności wytrzymałościowe przy doskonałej ciągliwości. Umacnianie fazą γ" zapewnia alloy 718 wysoką żarowytrzymałość i odporność na zmęczenie w temperaturach poniżej 675°C - powyżej tej temperatury faza γ" przekształca się w fazę γ i δ, czego skutkiem jest gwałtowny spadek wytrzymałości.

Stop ten występuje w dwóch głównych wersjach:

• Wersja przeznaczona do użytku lotniczego i wojskowego, opisana w normach ASTM B637 i AMS 5662-5664 oraz AMS 5596
• Wersja opisana w normach API 6ACRA, NACE MR0175 / ISO 15156 certyfikowana jest do kontaktu z H₂S, tj. przeznaczona sprzętu do wydobycia ropy naftowej i gazu z nieco mniejszą dopuszczalną ilością zanieczyszczeń i znacząco odmienną obróbką cieplną.

Różnice we właściwościach i obróbce cieplnej opisano w dalszych rozdziałach tego artykułu. Wersja NACE / API może być dalej podzielona na kilka wariantów oznaczonych np. „120k”, „140k” i „150k”. Odnoszą się one do minimalnej dopuszczalnej wytrzymałości na rozciąganie. Na przykład alloy 718 140k ma minimalną wytrzymałość na rozciąganie 140k psi (co w jednostkach metrycznych wynosi 1140 MPa).

Zastosowanie

Alloy 718 w wersji ASTM B637 i AMS 5662-5664jest najczęściej stosowana na komponenty samolotów (części silników turbinowych, części płatowca takie jak koła, przekładki; wysokotemperaturowe śruby i łączniki), w przemysłowych turbinach gazowych, zbiornikach kriogenicznych i inżynierii jądrowej.

Alloy 718 w wersji API 6ACRA, NACE MR0175 / ISO 15156 jest zwykle używany do sprzętu wiertniczego do ropy i gazu.

Alloy 718, 2.4668, UNS N07718, Inconel® 718 - własności fizyczne i mechaniczne

Własności fizyczne w temperaturze pokojowej dla prętów w stanie dostawy (wyżarzonych i starzonych):

• Gęstość: 8,19 g/cm³
• Temperatura topnienia: 1260-136 °C
• Ciepło właściwe: 435 J/kg⋅K
• Współczynnik przewodzenia ciepła: 11,4 W/m⋅K
• Oporność elektryczna: 1218 nΩ⋅m
• Przenikalność magnetyczna: 1,0011
• Temperatura Curie: -112°C
• Temperatura wydzieleń: 845°C

Typowe własności mechaniczne wedle różnych norm i producentów:

Wartości najbardziej typowe według norm AMS (dla lotnictwa itp.):

• Granica plastyczności: >760 MPa
• Wytrzymałość na rozciąganie: >860 MPa
• Wydłużenie: >5%
• Twardość HB: 352

AMS 5597A Inconel 718, to jest blachy z Inconel 718 walcowane na zimno, wyżarzone i starzone:

• Grubość 0,25 mm
  • Granica plastyczności: 1327 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1189 MPa
  • Wydłużenie: 17%
• Grubość 5,33 mm
  • Granica plastyczności: 1341 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1103 MPa
  • Wydłużenie: 22%

API 6ACRA alloy 718 w odmianie 120k (wersja dla wydobywania oleju i gazu ziemnego) - własności w temperaturze pokojowej:

• Granica plastyczności: 827-1000 MPa
• Wytrzymałość na rozciąganie: >1034 MPa
• Wydłużenie: >20%
• Przewężenie względne: >35% (>25% dla przekrojów >254mm)
• Udarność KV -60°C dla przekroju <76mm: >68 J
• Udarność KV -60°C dla przekroju 76-254 mm: >47 J
• Udarność KV -60°C dla przekroju >254mm: >41 J
• Twardość HRC: 32-40

API 6ACRA alloy 718 w odmianie 140k - własności w temperaturze pokojowej:

• Granica plastyczności: 965-1034 MPa
• Wytrzymałość na rozciąganie: >1138 MPa
• Wydłużenie: >20%
• Przewężenie względne: >35% (>25% dla przekrojów >254mm)
• Udarność KV -60°C dla przekroju <76mm: >68 J
• Udarność KV -60°C dla przekroju 76-254 mm: >47 J
• Udarność KV -60°C dla przekroju >254mm: >41 J
• Twardość HRC: 34-40

AMS 5596 alloy 718 - własności produktów uzyskanych przez formowanie wtryskowe PIM:

• W temperaturze pokojowej:
  • Granica plastyczności: >1034 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: >1241 MPa
  • Wydłużenie: 12%
• 650°C:
  • Granica plastyczności: >827 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: >999 MPa
  • Wydłużenie: 5%
• Wytrzymałość trwała na zmęczenie (10⁷ cykli):
  • 425°C: 333 MPa
  • 540°C: 54 MPa
  • 650°C: 47 MPa

Wpływ obróbki cieplnej na podstawowej własności mechaniczne dla 25mm prętu ze stopu Inconel 718:

• Po walcowaniu na gorąco:
  • Granica plastyczności: 896 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 448 MPa
  • Wydłużenie: 54%
  • Przewężenie względne: 67%
  • Twardość HRC: 16
• Po wyżarzeniu w temperaturze 955°C przez 1h:
  • Granica plastyczności: 889 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 445 MPa
  • Wydłużenie: 55%
  • Przewężenie względne: 61%
  • Twardość HRB: 94
• AMS 5662 Inconel 718 w stanie dostawy - po 1h wyżarzeniu w temp 955°C przez i 18h starzeniu (8h w temp 760°C, potem schłodzenie w piecu do 625°C i trzymanie w tej temp):
  • Granica plastyczności: 1389 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1207 MPa
  • Wydłużenie: 20%
  • Przewężenie względne: 36%
  • Twardość HRC: 46
• Po wyżarzeniu w temperaturze 1065°C przez 1h (wedle drugiej najbardziej popularnej obróbki cieplnej):
  • Granica plastyczności: 776 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 359 MPa
  • Wydłużenie: 64%
  • Przewężenie względne: 68%
  • Twardość HRB: 87
• AMS 5664 Inconel 718 w stanie dostawy - po 1h wyżarzeniu w temp 1065°C przez i 20h starzeniu (10h w temp 760°C, potem schłodzenie w piecu do 650°C i trzymanie w tej temp):
  • Granica plastyczności: 1296 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1048 MPa
  • Wydłużenie: 21%
  • Przewężenie względne: 34%
  • Twardość HRC: 45

Współczynnik rozszerzalności cieplnej w zależności od temperatury:

• -200°C: 10,6 *10^-6m/(m*K)
• 100°C: 13,2 *10^-6m/(m*K)
• 205°C: 13,6 *10^-6m/(m*K)
• 315°C: 13,9 *10^-6m/(m*K)
• 425°C: 14,3 *10^-6m/(m*K)
• 540°C: 14,6 *10^-6m/(m*K)
• 650°C: 15,1 *10^-6m/(m*K)
• 760°C: 16,0 *10^-6m/(m*K)

Moduł sprężystości wzdłużnej prętów stopu Inconel 718 w stanie dostawy (walcowane na gorąco, wyżarzone, starzone) w zależności od temperatury:

• 20°C: 200 GPa
• 40°C: 199 GPa
• 95°C: 196 GPa
• 150°C: 193 GPa
• 205°C: 190 GPa
• 260°C: 187 GPa
• 315°C: 184 GPa
• 370°C: 181 GPa
• 425°C: 178 GPa
• 480°C: 174 GPa
• 540°C: 171 GPa
• 595°C: 167 GPa
• 650°C: 163 GPa
• 705°C: 159 GPa
• 760°C: 154 GPa
• 815°C: 147 GPa
• 870°C: 139 GPa
• 925°C: 130 GPa
• 980°C: 120 GPa
• 1040­°C: 110 GPa
• 1095°C: 98,6 GPa

Moduł sprężystości poprzecznej prętów stopu Inconel 718 w stanie dostawy (walcowanych na gorąco, wyżarzonych i starzonych):

• 20°C: 77 GPa
• 40°C: 77 GPa
• 95°C: 76 GPa
• 150°C: 75 GPa
• 205°C: 74 GPa
• 260°C: 73 GPa
• 315°C: 72 GPa
• 370°C: 71 GPa
• 425°C: 70 GPa
• 480°C: 68 GPa
• 540°C: 67 GPa
• 595°C: 65 GPa
• 650°C: 63 GPa
• 705°C: 61 GPa
• 760°C: 59 GPa
• 815°C: 56 GPa
• 870°C: 52 GPa
• 925°C: 49 GPa
• 980°C: 45 GPa
• 1040­°C: 40 GPa
• 1095°C: 35 GPa

Wytrzymałość na rozciąganie prętu ze stopu Incoloy 718 w stanie dostawy o średnicy 13mm w podwyższonej temperaturze - wartości przybliżone:

• 100°C: ~1379 MPa
• 200°C: ~1345 MPa
• 300°C: ~1338 MPa
• 400°C: ~1324 MPa
• 500°C: ~1276 MPa
• 600°C: ~1242 MPa
• 650°C: ~1207 MPa
• 700°C: ~904 MPa

Granica plastyczności prętu ze stopu Incoloy 718 w stanie dostawy o średnicy 13mm w podwyższonej temperaturze - wartości przybliżone:

• 100°C: ~1207 MPa
• 200°C: ~1138 MPa
• 300°C: ~1104 MPa
• 400°C: ~1090 MPa
• 500°C: ~1069 MPa
• 600°C: ~1055 MPa
• 650°C: ~1000 MPa
• 700°C: ~897 MPa

Naprężenie zrywające prętu ze stopu Incoloy 718 w stanie dostawy o średnicy 13mm w podwyższonej temperaturze - wartości przybliżone:

• Temperatura 650°C:
  • Dł. testu 100 h: ~724 MPa
  • Dł. testu 1000 h: ~580 MPa
• Temperatura 760°C:
  • Dł. testu 1000 h: ~518 MPa
  • Dł. testu 10 000 h: ~345 MPa

Wytrzymałość zmęczeniowa w cyklu wahadłowym dla walcowanych na gorąco, wyżarzonych i starzonych prętów stopu Inconel 718:

• Granica zmęczenia przy 10⁵ cyklach:
  • 20°C: 910 MPa
  • 315°C: 793 MPa
  • 540°C: 765 MPa
  • 650°C: 690 MPa
• 10⁶ cykli
  • 20°C: 696 MPa
  • 315°C: 758 MPa
  • 540°C: 703 MPa
  • 650°C: 648 MPa
• 10⁷ cykli:
  • 20°C: 634 MPa
  • 315°C: 758 MPa
  • 540°C: 655 MPa
  • 650°C: 607 MPa
• 10⁸ cykli:
  • 20°C: 621 MPa
  • 315°C: 758 MPa
  • 540°C: 621 MPa
  • 650°C: 496 MPa

Odporność na korozję

Alloy 718 charakteryzuje się dobrą do doskonałej odpornością na kwasy organiczne, zasady, sole i wodę morską; dostateczną odpornością na kwasy siarkowy, solny, fluorowodorowy, fosforowy i azotowy; dobrą do doskonałej odpornością na wysokotemperaturowe utlenianie, nawęglanie, azotowanie i stopione sole; dostateczną odpornością na siarczkowanie.

Siarkowodór H₂S - dostateczna odporność. W teście w gazie kwaśnym, alloy 718 uległ korozji naprężeniowej już w temperaturze 135°C. Alloy 725 radzi sobie w tym środowisku zdecydowanie lepiej.

Chlorki i halogenki - dostateczna odporność. Udokumentowano, że następujące środowiska powodują korozję naprężeniową:

• Wrzący 42% roztwór MgCl₂
• 1% roztwór HCl w temp. 205°C
• Roztwór HAc +Cl^– + H₂S w temp. 205°C
• Roztwór 25% NaCl w temp. 205°C

Gorąca woda - podatność na korozję międzykrystaliczną w odpowietrzonej wodzie o wysokiej czystości w temperaturze 300-350°C.

Spawanie

Stop ten ma wyjątkowe właściwości spawalnicze jako jeden z najbardziej spawalnych nadstopów na bazie niklu. Jest prawie całkowicie odporny na pękanie po spawaniu. Dzieje się tak dzięki podstawowej fazie umacniającej, γ″, która wytrąca się znacznie wolniej niż γ'. Dzięki temu podgrzanie stopu 718 do temperatur rozpuszczających nie skutkuje zajściem procesu utwardzania wydzieleniowego i wynikającego z tego pękania w strefie wpływu ciepła. Potrzeba 10 000 minut ekspozycji na temperaturę ~900°C, aby alloy 718 wykazał pęknięcia strefy wpływu ciepła - podczas gdy stop Waspaloy osiąga ten stan już w 5 minut!

43 grupa spawalniczej według ISO 15608.

Wybór materiałów spawalniczych:

• Spoiwo: ERNiFeCr-2

Spawanie stopu spoiwem ERNiCr-3 jest również możliwe, ale obniża wytrzymałość o około jedną trzecią.

Lutowanie mosiądzem w temperaturze 1010°C lub wyższej powoduje powiększenie ziaren i powiązany spadek odporności na zrywanie, który nie może być odzyskany poprzez dalszą obróbkę cieplną. W literaturze opisano, że lutowanie próżniowe pod ciśnieniem 0,013 Pa w zimnościennym piecu próżniowym dało najlepsze wyniki w lutowaniu wykonanych z alloy 718 elementów dyfuzorów powietrza do lotniczych silników turbinowych. Przed lutowaniem wszystkie łączone powierzchnie zostały poniklowane do grubości 0,015mm zgodnie z AMS 2424. Następnie przed montażem na łączeniach umieszczono taśmę lutowniczą BNi-2, a po montażu we wszystkie połączenia zastosowano zawiesinę lutowniczą z spoiwem BNi-2.

Obróbka cieplna, plastyczna i obróbka skrawaniem

Ciśnienie formowania na gorąco dla stopu:

• 870°C: 437 MPa
• 1040°C: 385 MPa
• 1095°C: 333 MPa
• 1150°C: 283 MPa

Kucie - stop jest znacząco odporny na odkształcenia. Powinien być kuty w zakresie od 900 do 1120°C, przy czym kucie ciężkie wymaga wyższej temperatury. Podczas podgrzewania, materiał powinien być doprowadzony do temperatury i przetrzymany przez krótki czas w tej temperaturze, aby zapewnić jednorodność. Przy wykańczaniu metal powinien być obrabiany równomiernie ze stopniowo spadającą temperaturą, kończąc na lekkiej redukcji poniżej 955°C. Należy zapewnić równomierną redukcję, aby uniknąć dupleksowej struktury ziarna. Końcowa redukcja o minimum 20% powinna być stosowana w przypadku pracy z otwartą matrycą i minimum 10% w przypadku pracy z zamkniętą matrycą. Po kuciu należy stosować chłodzenie powietrzem.

Obróbka cieplna - istnieje kilka procedur, pozwalających na uzyskanie odmiennych własności. Jedna jest opisana w AMS 5662. Pozwala ona osiągnąć optymalną trwałość na zrywanie, żarowytrzymałość i wytrzymałość na rozciąganie. Procedura:

• Wyżarzanie: 925-1010°C; 1 h
• Chłodzenie powietrzem
• Starzenie: 620°C; 8h
• Chłodzenie w piecu do 650°C
• Kontynuacja starzenia w temp 650°C aż cały proces będzie trwał 18h.
• Chłodzenie powietrzem

AMS 5664 opisuje inny proces obróbki cieplnej. Dzięki niej można uzyskać najlepszą ciągliwość przy dużych średnicach, udarność i wytrzymałość na rozciąganie w niskiej temperaturze, kosztem niższej odporności na zrywanie w wysokiej temperaturze. Procedura wygląda następująco:

• Wyżarzanie: 1035-1065°C; 1 h
• Chłodzenie powietrzem
• Starzenie: 760°C; 10h
• Chłodzenie w piecu do 650°C
• Kontynuacja starzenia w temp 650°C aż cały proces będzie trwał 20h.
• Chłodzenie powietrzem

NACE MR0175 / ISO 15156-3 opisuje następującą obróbkę cieplną, która daje najlepszą odporność na gaz kwaśny (sprzęt wiertniczy do ropy / gazu):

• Wyżarzanie: 1010°C; 2h
• Chłodzenie wodą
• Starzenie: 780-800°C; 6-8h
• Chłodzenie powietrzem

W literaturze opisano też następującą metodę obróbki cieplnej odlewów ze stopu alloy 718:

• Przesycanie: 1095°C; 1h
• Chłodzenie powietrzem
• Wyżarzanie: 955°C; 1h
• Chłodzenie powietrzem
• Starzenie: 720°C; 8h
• Chłodzenie w piecu do 620°C
• Kontynuacja starzenia w temp 620°C aż cały proces starzenia będzie trwał 16h.
• Chłodzenie powietrzem

Należy pamiętać, że czas trwania wyżarzania wynoszący 1 godzinę odnosi się do wyżarzania ciągłego. Wyżarzanie długookresowe powinno trwać do 3 godzin.

W wielu krytycznych zastosowaniach osiągnięcie pożądanych właściwości końcowych nie jest możliwe, pomimo poprawnej obróbki cieplnej, jeśli operacja obróbki na gorąco nie została przeprowadzona w kontrolowanej temperaturze i przy poprawnych parametrach odkształcenia. Obróbka termomechaniczna umożliwia większą kontrolę nad mikrostrukturą i rozkładem faz. Direct Age Inconel 718 jest przykładem stopu obrabianego termomechanicznie w celu uzyskania precyzyjnych parametrów do zastosowań takich jak tarcze koła wirnikowego turbiny. Procedura: drugoplanowa umacniająca faza δ jest uzyskiwana przez odpowiednią obróbkę cieplną (8h w temp 900°C), po czym następuje faza obróbki mechanicznej w temperaturze 950°C, poniżej linii solwus. Obróbka wykańczająca jest wykonywana poniżej temperatury rekrystalizacji, czyli znów poniżej linii solwus. Na końcu stop alloy 718 jest umacniany wydzieleniowo (starzony) wedle standardowej procedury.

Obróbka skrawaniem - grupa D-2, co oznacza dużą wytrzymałość na ścieranie i trudną obróbkę skrawaniem. Elementy z tego stopu powinny być obrobione zgrubnie w stanie zmiękczonym, a następnie poddane obróbce wykańczającej po starzeniu. Podczas obróbki zgrudnej należy uwzględnić skurcz do 0,07%, który następuje podczas starzenia. Zalecane parametry toczenia węglikiem spiekanym z twardą warstwą:

• Obróbka zgrubna stopu w stanie wyżarzonym:
  • Głębokość skrawania: 6,35 mm
  • Posuw: 0,25 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 244 m/min
• Obróbka wykańczająca w stanie umocnionym:
  • Głębokość skrawania: 1,02 mm
  • Posuw: 0,13 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 35 m/min

Zalecane parametry toczenia przy użyciu stali szybkotnącej:

• Obróbka zgrubna stopu w stanie wyżarzonym:
  • Głębokość skrawania: 6,35 mm
  • Posuw: 0,25 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 5 m/min
• Obróbka wykańczająca w stanie umocnionym:
  • Głębokość skrawania: 1,52 mm
  • Posuw: 0,13 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 5 m/min

Wiercenie wiertłami krętymi ze stali szybkotnącej zaleca się wykonać przy następujących parametrach:

• W stanie wyżarzonym:
  • Średnica wiertła: 9,5-11 mm
  • Posuw: 0,25 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 3-4 m/min
• W stanie umocnionym:
  • Głębokość skrawania: 13-17 mm
  • Posuw: 0,13 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 2-3 m/min

Odlewanie - można uzyskać bardzo złożone kształty o dużych przekrojach poprzez odlewanie metodą wosku traconego.

Dla wyżej wymienionych gatunków dostarczamy:

• Pręty i odkuwki według ASTM B637, AMS 5662, AMS 5663, AMS 5664
• Pręty i odkuwki według API 6ACRA, NACE MR 0175, ISO 15156
• Blachy i płyty według ASTM B 670, AMS 5596, AMS 5597
• Rury bezszwowe według AMS 5589, AMS 5590
• Drut spawalniczy według AMS 5832

Zamienniki, odpowiedniki i inne oznaczenia gatunku:

N07718, AMS5383, AMS 5590, AMS 5589, AMS 5597, AMS 5596, AMS 5597, AMS 5662, AS7466, Alloy 718, Allvac® 718, Allvac 718-OP, B50T69A, B50TF14, B50TF15, DMV 718, ERNiFeCr-2, Grade 718, IN 718, J467, Inconel® 718, Inconel® alloy 718, MIL N-24469, PWA-S-5662H, UDIMET® alloy 500, Unitemp 718, Udimet 718, 2.4668, NiCr19Fe19Nb5Mo3, BS 2901 NA51, NW7718, NCF718, NCF 718, ChN55MTJuB, 52.5Ni-19Cr-3Mo-5.1Cb-0.9Ti-0.5Al-18Fe, NACE 718, A 1014 Grade 718, AS7467, AS7466, Bohler® L718, EMVAC® 718, VAT® 718, Aeralloy 718, Nistelle® 718, VDM Powder 718, Haynes® 718, Phyweld 718, SY 718