Инконель

Инконель (англ. Inconel) — семейство аустенитных никель-хромовых жаропрочных сплавов. Зарегистрированная торговая марка компании Special Metals Corporation. Инконель обычно применяется при высоких температурах. Часто название сокращают до «Inco» (иногда «Iconel»). Семейство включает: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 и Nicrofer 6020.

Свойства Инконель

Сплавы Инконель стойки к окислению и коррозии. При нагреве Инконель формирует тонкую стабильную пассивирующую оксидную пленку, предохраняющую поверхность от дальнейшего разрушения. Инконель сохраняет прочность в широком промежутке температур, поэтому подходит для приложений, где алюминий или сталь не работают.

Механическая обработка Инконель

Инконель сложен в обработке из-за склонности к наклёпу. Поэтому такие сплавы, как Инконель 718, обрабатывают глубоким, но медленным резанием с использованием твердосплавного инструмента. Сплавы, как Инконель серии 6** наоборот, обрабатывают с малой глубиной съёма и скоростью порядка 40м/мин

Сварка Инконель

Большинство сплавов Инконель плохо сваривается из-за растрескивания и микроструктурного разделения легирующих элементов, хотя есть сплавы, которые свариваются хорошо.

Сплавы из семейства Инконель

• Inconel 600
• Inconel 625: кислотостойкий, хорошая свариваемость
• Inconel 690: низкое содержание кобальта для атомной промышленности
• Inconel 718: хорошая свариваемость
• Inconel X-750
• Inconel 751: повышенное содержания алюминия для повышения стойкости при высоких температурах
• Inconel 939: хорошая свариваемость

Химический состав сплавов Инконель

Различные сплавы сильно отличаются по композициям, но во всех доминирует никель, второй элемент — хром.

Применение

Инконель часто используется в экстремальных условиях — газотурбинный двигатель, компрессор, химические аппараты, пароперегреватели. Инконель наносят как защитное покрытие аппаратов химической промышленности с помощьювысокоскоростного газопламенного напыления. Об использовании инконеля в производстве своего суперкара Nemesis объявила американская компания Trion Supercars.

Сплавы

Инконель 718

Жаропрочный сплав Инконель 718, предназначен для работы при температурах до 980 °C, один из наиболее распространёных сплавов семейства Инконель. Разработан и запатентован (патент США № 3046108 от 24.07.1962), автор Айзелштайн (Eiselstein). В 1970-е годы в США на долю сплава Инконель 718 приходилось свыше 50% валового выпуска промышленных жаропрочных сплавов.

Сплав вначале применялся как обшивочный материал для сверхзвуковых самолётов. Упрочнение сплава достигается за счёт медленного выделения интерметаллидного соединения никеля с титаном и ниобием. Сплав легко обрабатывется давлением и хорошо сваривается.

Сплав применяется для изготовления лопаток компрессора авиационных двигателей, а также других деталей.

Инконель X-750

Жаропрочный сплав Инконель, предназначен для работы при температурах до 815 °C. Разработан в 1944 году Кларенсом Бибером и Уолтером Самптером в Хантингтоне (США). Сплав применяется для создания износостойких коррозионно-стойких промышленных покрытий, изготовления лопаток компрессора авиационных двигателей, а также других деталей, например, пружин, работающих до 650 °C. 

Инконель

Введение Жаропрочные сплавы системы «никель– хром–железо», разработанные в конце 1940-х годов, хорошо зарекомендовали себя в двигателестроении и впоследствии непрерывно совер- шенствовались, главным образом за счет леги- рования тугоплавкими металлами (Nb, Mo и др.). Одним из наиболее распространенных серийных сплавов данной системы является сплав Инконель 718. В настоящее время сплав Inconel-718 широко применяется в авиакосмической и атомной промышленности. В частности, Инконель используется в газовых турбинах, реактивных двигателях, ядерных реакторах, сосудах высокого давления благодаря высокой стабильности его механических свойств при повышенных температурах (до 800°С). Вместе с тем при практическом применении этого высокопрочного материала возникает нетривиальная научно-техническая проблема получения из него изделий сложной формы. Эта проблема вызвана его низкой обрабатываемостью давлением из-за чрезвычайно узкого температурно-скоростного диапазона пластической деформации, а также связана со сложностью механической обработки из-за высокой склонности этого материала к наклепу. Одной из наиболее эффективных технологий производства металлических изделий без использования механической обработки является технология послойного лазерного сплавления (ПЛС). Суть технологии заключается в послойном изготовлении готовых изделий из порошкового материала на основе CAD-модели. Основная задача получения ПЛС-изделий связана с оптимизацией технологических режимов лазерного сплавления. Варьирование режимов сплавления позволяет эффективно управлять структурой материала изделия, что, в свою очередь, позволяет влиять на его физико-механические характеристики, изменяя их в широком диапазоне значений. Для изучения перспектив практического применения порошковых деталей, полученных с использованием технологии ПЛС, представляется весьма важным сравнение их свойств со свойствами порошковых изделий, полученных с помощью наиболее эффективной технологии электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС), а также сравнение их свойств со свойствами материалов, полученных методами индукционного плавления и горячей прокатки. Можно предположить, что механические характеристики полученного методом ПЛС материала должны быть близки к характеристикам литых образцов и, следовательно, могут оказаться недостаточно высокими. Такое сравнение механических свойств ПЛС-образцов со свойствами ЭИПС-образцов и литых образцов, а также взятых в качестве эталона горячекатаных образцов и является основной задачей настоящей работы. Целью настоящей работы является исследование структуры и физико-механических свойств образцов сплава Inconel 718, полученных с помощью технологий индукционного плавления, горячей прокатки, электроимпульсного плазменного спекания и послойного лазерного сплавления. В работе приведены результаты экспериментальных исследований прочности, пластичности, мик- УДК 538.951:539.424

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА СПЛАВА INCONEL 718,

ПОЛУЧЕННОГО ПО ТЕХНОЛОГИИ ПОСЛОЙНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЛАВЛЕНИЯ 2014 г. М.Ю. Грязнов, 1,2 С.В. Шотин, 1 В.Н. Чувильдеев1 1 НИФТИ Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского 2 Институт проблем машиностроения РАН, Н. Новгород gryaznov@nifti.unn.ru Поступила в редакцию 08.07.2014 Представлены результаты исследований структуры и физико-механических свойств образцов Инконель, полученных по технологии послойного лазерного сплавления (ПЛС) из порошкового сплава Inconel 718. Показано, что оптимизация режимов ПЛС и последующей термообработки изделий позволяет достичь в материале готового изделия механической прочности, сопоставимой с прочностью материалов, получаемых по традиционным технологиям (в частности, технологии горячей прокатки).

Ключевые слова: послойное лазерное сплавление, жаропрочные сплавы, Inconel 718, прочность, пластичность. Физика твёрдого тела Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2014, № 4 (1), Физико-механические свойства и структура сплава Inconel 718 47 ротвердости и других свойств и дано подробное описание обнаруженных эффектов. Объект исследования Объектами исследований являются образцы сплава Inconel 718 (вес.%: Ni 49.8; Cr 19.9; Fe 19; Nb 5.3; Mo 4.1; Ti 1.0; Al 0.8), изготовленные в НИФТИ ННГУ с помощью различных технологий: индукционного плавления с использованием машины INDUTHERM VТC-200 (далее – образцы Cast), электроимпульсного плазменного спекания порошка на установке Spark Plasma Sintering SPS-625 (далее – образцы SPS), послойного лазерного сплавления из по- рошка на установке MTT Realizer SLM 100 (да- лее – образцы SLM). Размер частиц порошка Inconel 718 не превышает 70 мкм, 75% частиц имеют сферическую форму и диаметр от 30 до 50 мкм. В качестве эталона для сравнения были использованы образцы сплава Inconel 718, изготовленные из горячекатаного и состаренного (774°С, 8 часов) прутка диаметром 31.75 мм производства Outokumpu (далее – образцы Def). Методика исследования структуры и свойств Исследования механических свойств образцов сплава Inconel 718 проводились на машине для механических испытаний Tinius Olsen H25KS в режиме растяжения с постоянной скоростью движения захватов с начальной истинной скоростью деформации 3×10-3 с -1 в воздушной среде в интервале температур деформации 20–900°С. В работе Инконель использовались миниатюрные плоские образцы в форме «двойной лопатки», длина рабочей части 3 мм, сечение 2×2 мм 2 . (В связи с малым размером рабочей части об- разцов величина удлинения до разрыва может а) б) Рис. 1. Температурные зависимости предела прочности (а) и удлинения до разрыва (б) образцов сплава Inconel 718, полученных с использованием различных технологий 48 М.Ю. Грязнов, С.В. Шотин, В.Н. Чувильдеев иметь завышенные значения по сравнению с величиной удлинения до разрыва, получаемой на стандартных «пяти и десятикратных» образцах.) Исследования микропластических характеристик проводились в режиме сжатия при комнатной температуре на автоматизированном комплексе для релаксационных испытаний АСС-1. Исследования микротвердости прово- дились на микротвердомере Struers Duramin-5. Структурные исследования проводились с использованием оптического микроскопа Leica IM DRM и растрового электронного микроскопа Jeol JSM-6490. Экспериментальные результаты На рисунке 1 приведены температурные зависимости предела прочности и удлинения до разрыва для образцов SLM, SPS, Cast и Def сплава Inconel 718. Зависимость предела прочности от температуры деформации для образ- цов всех исследуемых материалов носит двухстадийный характер: 20–700°С – монотонное уменьшение величины предела прочности на 15–25%; 700–900°С – резкое падение предела прочности на 50–70% до 200–300 МПа. Зависимость удлинения до разрыва от температуры деформации имеет более сложный характер. Для образцов SLM, SPS можно выделить общие характерные стадии на температурной зависи- мости удлинения до разрыва: 20–700°С – стадия снижения пластичности в 2–3 раза относительно соответствующих начальных значений; 700– 900°С – стадия повышения пластичности (рост удлинения до разрыва до значений порядка 100%). Следует отметить, что для SPS-образцов удлинение до разрыва не имеет характерного повышения при температурах выше 800°С и на зависимости для Def-образцов можно выделить катастрофически низкую пластичность 2% при температуре 800°C. Проведены микропластические исследова- ния образцов сплава Inconel 718 в режиме «ступенчатого» сжатия до достижения физического предела текучести (таблица 1). Показано, что наибольшие значения предела макроупругости (580 МПа) и физического предела текучести (1100 МПа) наблюдаются на Def-образцах. Наименьшие значения предела макроупругости и физического предела текучести наблюдаются на Cast-образцах и составляют 170 и 470 МПа, соответственно. Проведены исследования влияния температуры отжига на микротвердость. Показано, что зависимости микротвердости от температуры предварительного отжига для образцов SLM, SPS и Cast сплава Inconel 718 имеют схожее поведение: в интервале температур отжига 20–600°С величина микротвердости практически не изменяется и составляет 3.1, 2.6 и 2.3 ГПа, соответственно; в интервале температур отжига 600–800°С величина микротвердости интенсивно увеличивается на 30% до 4.0, 3.7 и 3.6 ГПа, соответственно; в интервале температур отжига 800–1000°C происходит уменьшение микротвердости до значений 2.7, 2.5 и 2.3 ГПа, соответственно. Существенно иное поведение зависимости мик- ротвердости от температуры отжига наблюда- ется для Def-образцов: в интервале температур отжига 20–700°С микротвердость практически не изменяется и составляет 4 ГПа в пределах погрешности измерения; в интервале темпера- тур отжига 700–1000°С микротвердость интенсивно убывает до 2.1 ГПа (рисунок 2). На рисунке 3 приведены изображения структуры образцов сплава Inconel 718 в исходном состоянии (без термообработок). Показано, что средний размер зерна образцов SLM, SPS и Def составляет 15, 8 и 80 мкм, соответственно. Образцы Def-сплава имеют полиэдрическую структуру с большим количеством двойников (рисунок 3Г). Cast-образцы имеют дендритную структуру с характерным размером более 500 мкм (рисунок 3В). Обсуждение результатов В таблице 2 приведены сводные данные по результатам исследований структуры и физико-механических свойств образцов сплава Inconel 718, полученных с использованием различных технологий. Как видно из таблицы, образцы, полученные с использованием порошковых технологий послойного лазерного сплавления и элек Результаты исследований микропластических свойств образцов сплава Inconel 718, полученных с использованием различных технологий Состояние сплава (технология) Предел макроупругости, МПа Физический предел текучести, МПа SLM 500 960 SPS 320 600 Def 580 1100 Cast 170 470 Физико-механические свойства и структура сплава Inconel 718 49 троимпульсного спекания, значительно превосходят по механическим характеристикам литые аналоги и лишь незначительно уступают образцам, полученным деформационными методами. Сравнение материалов, полученных по технологиям ПЛС и индукционного литья, показывает принципиальное отличие этих материалов по структуре и свойствам. Это связано с тем, что плавление и кристаллизация в условиях ПЛС осуществляется принципиально в ином режиме: быстрого нагрева и охлаждения, вследствие чего в ПЛС-материалах не формируется дендритная структура, обусловливающая низкие механические свойства литого материала. Таким образом, прочностные и микропластические характеристики ПЛС-материала на 40% и 100%, соответственно, превосходят свойства литых образцов. Сравнение свойств ПЛС-материала с образ- цами, полученными по технологии ЭИПС. Зависимость микротвердости от температуры предварительного отжига образцов сплава Inconel 718, полученных с использованием различных технологий Микроструктура образцов сплава Inconel 718 в исходном состоянии (без термической обработки) при различных увеличениях (оптическая металлография и РЭМ): А – SLM; Б – SPS; В – Cast, Г – Def 50 М.Ю. Грязнов, С.В. Шотин, В.Н. Чувильдеев зывает неожиданный результат, требующий в дальнейшем подробного изучения: ПЛС-материал демонстрирует более высокие микропластические характеристики (предел макроупругости, физический предел текучести), чем ЭИПС- материал, несмотря на то, что ЭИПС-материал имеет заметно меньший размер зерна (8 мкм против 15 мкм). Заключение В работе приведены результаты сравнитель- ных исследований образцов жаропрочного сплава Inconel 718, полученных с использованием различных технологий. Показано, что использование технологии послойного лазерного сплавления позволяет создавать готовое изделие с механическими свойствами, превосходящими свойства порошковых материалов, полученных методом электроимпульсного плазменного спекания, и близкими к свойствам материала после горячей прокатки.

 У нас самый широкий выбор стали!!!

                                    ХН32Т, ХН35ВТ, ХН38ВТ, ХН45Ю, ХН60ВТ, ЭП758У