Inconel 718 Điều trị nhiệt: Phương pháp chế biến và ảnh hưởng đến tính chất vật liệu

Đã bao giờ bạn tự hỏi làm thế nào động cơ phản lực tồn tại nhiệt đới và áp suất nghiền nát mà không bị xé ra?Inconel 718¢mức vàng tiêu chuẩn nickel-chromium-sắt siêu hợp kim tin cậy trên không gian, năng lượng, và khoan dưới biển.

Trong khi thành phần của nó (5055% Ni, 1721% Cr, cộng với Nb, Mo, Ti và Al) cung cấp khả năng chống ăn mòn cơ bản, Inconel 718 thô trực tiếp từ đúc, rèn,hoặc in 3D là mềm và hoạt động kémVũ khí bí mật?Xử lý nhiệt chính xácBằng cách thao tác các giai đoạn vi cấu trúc của nó thông qua các chu kỳ sưởi ấm và làm mát được kiểm soát,các kỹ sư biến kim loại chậm này thành một nhà máy năng lượng mạnh có khả năng hoạt động ở nhiệt độ 650 ° C (1200 ° F).

Để làm chủ quá trình xử lý nhiệtsiêu hợp kim dựa trên niken, chúng ta phải nhìn vào các giai đoạn kim loại chính bên trong cấu trúc tinh thể:

• Gamma Matrix (γ):Giải pháp rắn giàu niken có mặt trung tâm khối (FCC) mềm mại giữ các yếu tố hợp kim.
• Gamma Double Prime (γ"-Ni3Nb):Sản phẩm làm việc củng cố chính (~ 80% tổng độ cứng).Các trầm tích nanomet hình đĩa (BCT) ở trung tâm cơ thể của nó tạo ra các trường căng lưới dữ dội ngăn chặn chuyển động luân chuyển.
• Gamma Prime (γ′-Ni3 ((Al,Ti)):Một FCC thứ cấp tăng cường kết tủa tăng cường sự ổn định.
• Giai đoạn Delta (δ-Ni3Nb):Một giai đoạn orthorhombic hình thành giữa 860 °C và 980 °C.δSản phẩm có thể được sử dụng trong các loại sản phẩm khác nhau.Đặt ranh giới hạtTuy nhiên, quá nhiềuδlàm cạn kiệt niobium và làm giảm độ bền.
• Giai đoạn Laves:Một chất liên kim loại mỏng lẻo, tách biệt(Ni,Fe,Cr) 2 ((Nb,Mo,Ti)được tìm thấy trong đúc thô và in 3D làm tổn hại nghiêm trọng độ dẻo dai và tuổi thọ mệt mỏi nếu không được hòa tan.

+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- + Các loại sản phẩm khác
Ứng dụng xử lý nhiệt
Ừm. Ừm.
Một. Homogenization ---> 1080°C ≈ 1180°C (Làm tan vỡ giai đoạn Laves).
2. Giải pháp Anneal ---> Sub-Solvus (950°C ∼980°C) hoặc Super-Solvus (1020°C ∼1080°C)
3. Duplex Aging ---> 720°C (8h) -> Bếp lạnh (50°C/h) -> 620°C (8h)
+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- + Các loại sản phẩm khác

• Mục đích:Tái thiết lập hợp kim bằng cách loại bỏ sự phân tách nguyên tố nghiêm trọng và hòa tan các giai đoạn Laves dễ vỡ.
• Các thông số:Bị ngâm ở1080 °C đến 1180 °C (1976 °F đến 2156 °F)Nhiệt độ phải được kiểm soát cẩn thận dưới 1200 ° C để ngăn ngừa sự tan chảy tại các ranh giới hạt.

Phương pháp xử lý dung dịch hòa tan các trầm tích thô, giảm căng dư thừa và thiết lập cấu trúc hạt cơ bản:

• Giải pháp Sub-Solvus Anneal (950 °C đến 1000 °C / 1740 °F đến 1832 °F):
  • Giữ một phầnδgiai đoạn dọc theo ranh giới ngũ cốc để pin hạt.
  • Điều trị dung dịch sub-solvus được kiểm soát tạo ra cấu trúc hạt mịn (ASTM 8 ′′ 10), tạo ra độ bền kéo tối đa và khả năng chống mệt mỏi chu kỳ thấp.
• Super-Solvus Solution Anneal (1020°C đến 1080°C / 1868°F đến 1976°F):
  • Hoàn toàn hòa tanδgiai đoạn, cho phép hạt trở nên thô (ASTM 3 ¢ 5).
  • Ít ranh giới ngũ cốc tăng đáng kểtuổi thọ kéo dài ở nhiệt độ cao và vỡ căng thẳng.
• Làm mát:Dừng trong nước hoặc polymer cho các phần nặng để ngăn ngừa sự mưa không kiểm soát sớm, hoặc làm mát bằng không khí / khí bị ép cho các thành phần mỏng, phức tạp.

Để kích hoạt lượng mưa đỉnh của quy mô nanoγ"vàγ′, chu kỳ lão hóa hai bước duplex tiêu chuẩn được sử dụng:

• Bước 1:Nhiệt đến720°C (1328°F), giữ cho8 giờđể tạo hạt nhân các hạt tăng cường chính.
• Bước 2:Nên làm mát tại50°C/giờxuống đến620°C (1148°F), giữ cho8 giờđể kích hoạt mưa mịn thứ cấp.
• Bước 3:Không khí cuối cùng được làm mát đến nhiệt độ phòng.

Được tổ chức tại840°C đến 900°Ctrong 1 đến 2 giờ trước khi lão hóa để giảm căng thẳng còn lại do hình thành lạnh nặng, gia công hoặc hàn, ngăn ngừa biến dạng và nứt sau xử lý.

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Inconel 718 in 3D có hạt cột mịn, căng dư lượng cao và độ xốp vi mô.

• Nén bằng cách Isostatic nóng (HIP):Thực hiện tại1120°C~1160°C dưới 100~150 MPa ArgonHIP đóng các lỗ hổng bên trong, hòa tan các pha Laves tách biệt và tái kết tinh cấu trúc vi mô thành trạng thái đồng cực.
• Điều trị sau HIP:Tiếp theo là sưởi hóa dung dịch tiêu chuẩn và lão hóa képlex để khôi phục lại các tính chất kéo và mệt mỏi đầy đủ.

+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ước tính cơ khí
Ừm. Ừm.
Điều kiện Sức mạnh Tăng suất Sức mạnh kéo dài Độ cứng
(0,2% Offset) (Ultimate) (%) (HRC)
Và tôi sẽ làm điều đó.
∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ As-Cast / As-Printed 450 ∙ 600 MPa 800 ∙ 950 MPa 20 ∙ 30% 18 ∙ 25
∙∙ Solution Annealed (980°C) 400 ∙ 550 MPa 850 ∙ 1000 MPa 35 ∙ 50% 20 ∙ 25∙
Sub-Solvus Sol. + tuổi tác 11001250 MPa 13501500 MPa 15 22% 42 47
Super-Solvus Sol. + Tuổi 950 1100 MPa 1200 1350 MPa 12 18% 38 43
∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙
+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• Tăng suất và sức kéo:Tăng lượngγ"nanodiscs tăng sức mạnh sản xuất lên đến200%, dễ dàng nhảy từ ~ 450 MPa trong trạng thái lò sưởitrên 1200 MPa, với độ bền kéo cuối cùng vượt quá1400 MPa.
• Độ cứng:Tăng từ một gummy20 ̊25 HRClên đến42°47 HRC, cung cấp khả năng chống mòn.
• Độ dẻo và độ cứng:Sự kéo dài ổn định trong khoảng cân bằng 15~22% mà không có sự mỏng lạnh.
• Bị rò rỉ và căng thẳng:Vật liệu hạt mịn (sub-solvus) vượt trội trong mệt mỏi, trong khi vật liệu hạt thô (super-solvus) kéo dài tuổi thọ phá vỡ căng thẳng ở 650 °C vượt quá 200 giờ.
• Kháng ăn mòn:Giữ được khả năng chống oxy hóa, hố, và khoan hóa do căng thẳng clorua lên đến 700 °C.

• Điều khiển khí quyển:Luôn sử dụnglò hút bụi(< 10−4mbar) hoặc trơ tinh khiết caoArgonNhiệt nhiệt ngoài trời gây ra oxy hóa bề mặt và tiêu hao titan / nhôm.
• Ngăn ngừa lão hóa quá mức:Sức nóng quá mức trong quá trình lão hóa (> 750°C) gây raγ"để thô và biến thành cân bằngδgiai đoạn, dẫn đến mất sức mạnh vĩnh viễn.
• Kiểm tra:Đảm bảo chất lượng thông qua thử nghiệm Rockwell C (tối thiểu 39 42 HRC) và khắc kim loại để xác minh kích thước hạt ASTM và phân bố pha delta.

Điều trị nhiệt là cầu nối giữa hóa học thô và hiệu suất hàng không cho Inconel 718.và lão hóa do mưa kép, các kỹ sư có thể chọn chính xác trong sự cân bằng đúng của độ bền kéo, sức chịu đựng mệt mỏi, và nhiệt độ cao chống bò cho các ứng dụng đòi hỏi nhất trên thế giới.

Nó nói chung không được khuyến cáo. hàn Inconel 718 đầy đủ tuổi nguy cơ căng tuổi nứt và nhiệt ảnh hưởng khu vực (HAZ) microfissuring.tình trạng sưởi dung dịch, sau đó là điều trị giảm căng thẳng sau hàn / giải pháp và chu kỳ lão hóa hai lần cuối cùng.

Giới hạn tối đa cho dịch vụ mang tải liên tục là650°C (1200°F)Trên nhiệt độ này, các tăng cường chínhγ"Các chất lắng đọng thô và chuyển đổi thành không tăng cườngδgiai đoạn. Đối với hoạt động liên tục ở 700°C-750°C, hợp kim thay thế như:Inconel 625hoặc Inconel 738 được ưa thích.

Chu kỳ duplex tạo ra mộtPhân bố trầm tích hai phương thức. Các hạt nhân bước 720 ° C chínhγ"vàγ′precipitates, trong khi giữ 620 ° C kích hoạt lượng mưa thứ cấp tinh tế trong các khoảng trống ma trận, tối đa hóa sự cố và sức mạnh năng suất.

Thực hành tiêu chuẩn trong ngành làMáy gia công hai giai đoạn:

1. Máy chế thô:Được thực hiện trong điều kiện lò sưởi mềm (~ 20 25 HRC) để loại bỏ vật liệu lớn nhanh chóng.
2. Duyệt tác lão hóa:Làm cứng bộ phận đến 42 47 HRC.
3. Máy hoàn thiện / Sơn:Hoàn thành bằng cách sử dụng thiết lập cứng và công cụ gốm hoặc CBN để đáp ứng kích thước cuối cùng mà không có nguy cơ biến dạng nhiệt.

• AMS 5662:Được cung cấp trongSản phẩm được sưởi bằng dung dịchtrạng thái (sub-solvus), sẵn sàng để hình thành / gia công và lão hóa tiếp theo.
• AMS 5663:Được cung cấp trongtrưởng thành đầy đủđiều kiện (sub-solvus annealed + tuổi duplex) cho độ bền kéo và mệt mỏi tối đa.
• AMS 5664:Phụ thuộcSuper-solvus thêu + lão hóa duplex, sản xuất hạt thô hơn phù hợp với độ trôi nổi ở nhiệt độ cao và tuổi thọ phá vỡ căng thẳng.