概述 铬镍铁合金 718 粉末
Inconel 718 是一种镍铬基超级合金粉末，用于高温下的高强度应用。主要特性包括
- 高达 700°C 的卓越强度
- 高耐腐蚀性和抗氧化性
- 良好的抗疲劳和抗蠕变性能
- 能够承受低温
- 与热等静压等后处理工艺兼容
铬镍铁合金 718 粉末通过金属添加剂制造或粉末冶金技术，广泛用于制造航空航天、石油和天然气、核能以及其他高要求行业的部件。
铬镍铁合金 718 粉末的类型
Inconel 718 粉末有不同的粒度分布、形状和生产方法：
| 类型 | 说明 | 颗粒大小 | 形状 | 生产方法 |
|---|---|---|---|---|
| 雾化气体 | 不规则球形粉末 | 15-75 μm | 大部分为球形 | 气体雾化 |
| 等离子雾化 | 高球形粉末 | 15-45 μm | 高度球形 | 等离子雾化 |
| 混合型 | 气体雾化和粉碎粉末的混合物 | 15-150 μm | 混合形态 | 机械混合 |
| 合金 | 成分均匀的预合金粉末 | 15-105 μm | 球形或不规则 | 预合金化熔体的气体/等离子雾化 |
球形粉末和预合金化粉末质量更高，但成本高于混合粉末或气体雾化粉末。具体选择取决于应用要求。
铬镍铁合金 718 的性能和成分
铬镍铁合金 718 兼具优异的机械性能和耐腐蚀性：
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 密度 | 8.19 克/立方厘米 |
| 熔点 | 1260-1336°C |
| 极限拉伸强度 | 1,103 - 1,551 兆帕 |
| 屈服强度 | 758 - 1,379 兆帕 |
| 伸长率 | 12% 最低 |
| 杨氏模量 | 205 GPa |
| 泊松比 | 0.29 |
| 剪切模量 | 79 GPa |
| 疲劳强度 | 517 - 1,034 兆帕 |
铬镍铁合金 718 的标称成分为
- 镍50-55%
- 铬：17-21%
- 铁：平衡
- 铌： 4.75-5.5%
- 钼2.8-3.3%
- 钛：0.65-1.15%
- 铝： 0.2-0.8%
镍、铬和铌的组合添加使铬镍铁合金 718 具有出色的高温机械性能。
铬镍铁合金 718 粉末的应用
铬镍铁合金 718 粉末广泛用于以下领域：
- 航空航天 - 涡轮叶片、磁盘、紧固件等发动机部件
- 石油和天然气 - 井下工具、阀门、井口部件
- 发电 - 燃气轮机热部件、紧固件
- 汽车 - 涡轮增压器轮毂、阀门、发动机部件
- 化学处理 - 反应器容器、热交换器、管道
- 工具 - 注塑模具、模具、工具夹具
- 医疗 - 骨科植入物的生物相容性
高温下的高强度、耐腐蚀性和稳定性使铬镍铁合金 718 成为各行业关键部件的理想材料。
铬镍铁合金 718 粉末的优点
使用铬镍铁合金 718 粉末的主要优点包括
- 部件在 700°C 高温下仍能保持高强度和韧性
- 耐氧化、腐蚀和低温环境
- 拉伸强度是 316L 不锈钢的两倍
- 优异的疲劳和蠕变断裂性能
- 可通过老化处理沉淀强化
- 可随时焊接，用于维修和连接
- 热等静压时不易开裂
- 可重复使用多达 10 次，劣化程度极低
- 实现机加工无法实现的复杂几何形状
- 与固体模板相比，可减少组件重量
- 与钢坯或锻件相比，降低了购买飞行比
这些特性大大提高了部件的性能并减轻了重量。
限制因素 铬镍铁合金 718 粉末
使用铬镍铁合金 718 粉末时的一些限制包括
- 材料成本高于钢和钛合金
- 根据快速成型机的制造量限制零件尺寸
- 温度高于 700°C 时易氧化和腐蚀
- 需要在增材制造后进行热等静压以释放应力
- 在激光粉末床融合过程中难以完全致密化
- 由于加工硬化，像机加工这样的后处理可能具有挑战性
- 需要进行表面处理，以达到理想的粗糙度
- 需要干粉处理和储存，以防止污染
- 与更常见的合金相比，合格供应商数量有限
铬镍铁合金 718 零件的设计原则
粉末制造铬镍铁合金 718 部件的主要设计准则：
- 建议最小壁厚为 2 毫米，以获得足够的强度
- 包括倒角和圆角，以尽量减少应力集中
- 内部通道的直径应≥ 2 毫米，以便清除粉末
- 将无支撑物的悬垂部分限制在 10 毫米以内
- 优化建造方向，尽量减少支撑和整体高度
- 允许 ~20% 在烧结过程中产生各向同性收缩
- 与机加工部件相比，精度较低，表面粗糙度较高
- 设计有开口，便于清除粉末
- 如果需要高尺寸精度或表面光洁度，则预留额外的加工余量
在设计过程的早期进行模拟构建，有助于在制造之前发现任何问题。
铬镍铁合金 718 AM 的工艺参数
铬镍铁合金 718 增材制造的关键参数包括
- 激光功率：100-500 W
- 扫描速度：最高 10 米/秒
- 光束直径： 50-100 μm
- 层厚：20-50 微米
- 舱口间距：50-200 μm
- 扫描策略：层间交替
- 屏蔽气体：氩气或氮气
- 气体流速：2-8 升/分钟
- 构建板温度：60-100°C
- 后处理：热等静压、热处理
必须精确优化这些参数，才能获得具有所需微观结构和机械性能的致密部件。
铬镍铁合金 718 零件的后处理
Inconel 718 AM 组件的典型后处理步骤包括
- 通过塑料珠喷砂去除松散粉末
- 在 1080°C 下进行 1 小时去应力热处理，然后空冷
- 在 100 兆帕压力下，于 1120°C 热等静压 4 小时
- 用线切割放电加工机床从构建板上切割零件
- 数控加工--铣削、钻孔、车削，以提高光洁度和精度
- 表面强化 - 打磨、砂光、抛光
- 通过喷丸强化在表面产生压应力
- 质量检测--拉伸、硬度、微观结构、断口分析
要达到应用所需的材料特性，适当的后处理至关重要。
铬镍铁合金 718 的质量控制测试
全面的质量控制测试可确保粉末和印刷部件的质量：
- 化学分析 - ICP-OES 确认粉末成分符合 AMS 规范
- 粉末粒度分布 - 激光衍射粒度分析仪
- 粉末形态 - SEM 扫描仪成像验证球形粉末形状
- 粉末微观结构 - EBSD 晶粒结构图
- 粉末流动性 - 通过霍尔和卡尼漏斗试验进行测量
- 密度分析 - 氦气比重法和阿基米德法验证 >99.5% 密度
- 机械测试 - 拉伸、疲劳、断裂韧性、硬度测试
- 微观结构 - 使用光学显微镜和扫描电镜观察晶粒尺寸和相分布
- 缺陷分析 - X 射线和 CT 扫描检查内部缺陷
- 表面粗糙度 - 通过测针或光学轮廓仪测量
广泛的测试确保铬镍铁合金 718 部件符合严格的航空航天和工业标准。
铬镍铁合金 718 AM 的成本分析
铬镍铁合金 718 AM 生产的相关成本包括
- 机器成本 - 1TP450 万至 1TP4100 万用于优质 AM 系统
- 材料成本 - $350-500/kg 原生铬镍铁合金 718 粉末
- 劳动力成本 - 熟练操作员进行构建和后处理
- 能源成本 - 施工期间耗电量大
- 后期处理 - HIP、机加工和其他精加工费用
- 质量控制 - 测试和鉴定费用
- 可重用性 - 未使用的粉末可回收利用，从而降低材料成本
- 订单量 - 大批量订单带来规模经济效益
- 买飞比 - 必须考虑必须回收的未使用粉末
- 零件几何形状 - 精心设计的部件可最大限度地提高材料利用率
对于中小批量的生产，与减材加工相比，AM 具有成本效益，因为它可以节省材料，降低购买与飞行的比率。
选择 铬镍铁合金 718 粉末 供应商
选择铬镍铁合金 718 粉末供应商的关键因素：
- 镍超合金气体和等离子雾化技术专长
- 可提供的粉末尺寸和形态范围--球形、混合形、合金形
- 质量保证程序和认证--ISO 9001、AS9100 等。
- 能够进行化学分析和粒度分布测试
- 能够在短时间内交付大量粉末
- 定制功能，如根据特定粒度分布进行筛分
- 具有竞争力的稳定价格，尤其适用于大批量订单
- 必要时能够符合法规要求 - ITAR、REACH、RoHS
- 用于客户粉末鉴定和测试的样品
- 粉末处理和储存技术支持
- 地理位置近，物流和支持更快捷
在镍合金粉末领域拥有专业技术的老牌供应商往往能在质量、定制、价格和支持方面最大程度地满足用户需求。
铬镍铁合金 718 与不锈钢的优缺点对比
铬镍铁合金 718 的优点：
- 拉伸强度是 316L 不锈钢的两倍
- 抗蠕变性和抗疲劳性显著提高
- 耐高达 700°C 的氧化和腐蚀
- 高循环疲劳寿命优于钢材
- 镍合金成分带来稳定的性能
- 与标准不锈钢不同，可进行时效硬化处理
- 作为原料涂料使用时，可产生更强的粘结力
- 未使用的粉末更易于回收和再利用
铬镍铁合金 718 的缺点：
- 材料成本远高于不锈钢
- 最高工作温度低于不锈钢
- 在 AM 打印过程中更难完全致密化
- 由于加工硬化，加工难度大
- 合格供应商数量有限
- 在 AM 过程中易发生液态金属脆化
- 更高的后处理要求 - HIP、热处理
- 需要受控惰性气氛处理
与不锈钢相比，Inconel 718 的高温性能明显优于不锈钢，适用于性能高于成本的关键应用。
铬镍铁合金 718 与铬镍铁合金 625 的比较
铬镍铁合金 718 和 625 具有以下显著特点：
| 合金 | 实力 | 耐腐蚀性 | 焊接性 | 费用 | 使用温度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 铬镍铁合金 718 | 非常高 | 中度 | 公平 | 高 | 最高 700°C |
| 铬镍铁合金 625 | 中型 | 优秀 | 优秀 | 非常高 | 高达 980°C |
- 铬镍铁合金 718 的拉伸强度、蠕变强度和疲劳强度都要高得多。
- 铬镍铁合金 625 具有更好的全面耐腐蚀性和抗氧化性。
- 铬镍铁合金 625 具有出色的可焊性，而铬镍铁合金 718 则更具挑战性。
- 铬镍铁合金 625 的成本较高，因为添加了大量的铌合金。
- 铬镍铁合金 625 的最高使用温度等级更高。
Inconel 718 是要求最严格的高强度应用（如航空航天部件）的首选，而 Inconel 625 则是耐腐蚀性能的首要要求。
常见问题
使用 Inconel 718 粉末进行 AM 时，建议采用何种粒度分布？
通常建议在激光粉末床熔融 Inconel 718 时使用 15-45 微米的粒度范围，其中大部分在 20-35 微米之间，以实现良好的流动性和致密压实。
Inconel 718 AM 零件的后处理热处理方法有哪些？
常见的热处理包括 1270°C 固溶退火、960°C 沉淀硬化和 1080°C 应力消除。多步时效处理可进一步提高强度和延展性。
Inconel 718 粉末在航空航天中有哪些典型应用？
铬镍铁合金 718 广泛用于制造飞机发动机部件，如叶片、盘、紧固件、壳体和起落架部件，这些部件在高温和腐蚀性环境下需要很高的强度。
Inconel 718 在 AM 之后是否需要热等静压？
是的，强烈建议在与铬镍铁合金 718 进行激光或电子束粉末床熔合后使用 HIP，以消除内部空隙和气孔，并通过微观结构均匀化提高疲劳寿命。
如何处理未使用的铬镍铁合金 718 粉末？
所有未使用的粉末必须在惰性气氛中处理，以防止氧化和污染。如果在受控环境中保存，粉末最多可重复使用 10 次。超过 10 次后，建议使用新粉末。