铬镍铁合金 718 粉末概述

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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。

因钢 718 粉末

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。

因钢 718 粉末

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。

因钢 718 粉末

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。

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