Overzicht
Inconel 718 is een superlegering met een hoge sterkte van nikkel en chroom die veel wordt gebruikt voor toepassingen bij extreme temperaturen, zoals gasturbineonderdelen, raketmotoren en kernreactoren. De combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid en verwerkbaarheid maken van Inconel 718 een veelzijdig materiaal in industrieën zoals lucht- en ruimtevaart, olie en gas, energieopwekking en de auto-industrie.
In de afgelopen jaren heeft additive manufacturing (AM) van Inconel 718 zich ontpopt als een transformatieve productiemethode om complexe, hoogwaardige metalen onderdelen te maken. AM, ook bekend als 3D-printen, bouwt componenten laag voor laag direct op vanuit een 3D-model zonder de beperkingen van traditioneel machinaal bewerken of gieten.
Deze gids biedt een diepgaande kijk op Inconel 718 3D printeninclusief legeringseigenschappen, populaire AM-procestypen, parameters, microstructuren, mechanisch gedrag, nabewerking, toepassingen en leveranciers. Het is bedoeld om ingenieurs, ontwerpers en technische programmamanagers te helpen bij het implementeren van Inconel 718 3D-printen en het kwalificeren van geprinte onderdelen voor productiegebruik.
Inconel 718 Alloy Overzicht
Inconel 718 is een precipitatiegeharde nikkel-chroomlegering die belangrijke legeringselementen bevat zoals niobium, molybdeen, aluminium en titanium.
Inconel 718 Samenstelling
| Element | Gewicht % | Doel |
|---|---|---|
| Nikkel | 50-55% | Corrosiebestendigheid, vervormbaarheid |
| Chroom | 17-21% | Oxidatie weerstand |
| Ijzer | Evenwicht | Kosten efficiëntie |
| Niobium | 4.75-5.5% | Neerslag versterking |
| Molybdeen | 2.8-3.3% | Versterking van solide oplossingen |
Nikkel en chroom zorgen voor corrosiebestendigheid en stabiliteit bij hoge temperaturen. Hardende elementen zoals niobium en molybdeen zorgen voor superieure sterkte door precipitatie en vaste oplossing versterkende mechanismen.
Inconel 718 eigenschappen
- Uitstekende sterkte tot 700°C
- Hoge slagvastheid en weerstand tegen vermoeiing
- Goede oxidatie- en corrosieweerstand
- Hoge kruip-breeksterkte
- Gemakkelijk gevormd en gelast met standaardtechnieken
- Dichtheid van 8,19 g/cm3
Deze combinatie van eigenschappen maakt Inconel 718 geschikt voor extreme omgevingen die de mogelijkheden van staal en aluminiumlegeringen te boven gaan.
Inconel 718 3D afdrukken Processen
Verscheidene additieve productieprocessen zijn succesvol gebleken met Inconel 718 en worden steeds meer gebruikt voor productietoepassingen:
Populaire AM-processen voor Inconel 718
| Proces | Beschrijving | Dikte | Microstructuur | Mechanische eigenschappen |
|---|---|---|---|---|
| Laserpoederbedfusie (L-PBF) | Laser smelt poederlagen | 99.5%+ | Zuilvormige korrels, enige porositeit | Treksterkte binnen het smeedbereik |
| Elektronenbundel poederbedfusie (E-PBF) | Elektronenbundel smelt poeder | 99.5%+ | Zuilvormige korrels, enige porositeit | Treksterkte binnen het smeedbereik |
| Gerichte energiedepositie (DED) | Gerichte warmtebron smelt poeder of draadtoevoer | 99% | Epitaxiale korrels, enige porositeit | Variabel op basis van procesparameters |
| Binder jetting | Vloeibaar bindmiddel verbindt selectief poederdeeltjes | 60%+ | Poreus, vereist infiltratie | Laag as-print, verbetert met infiltratie |
L-PBF en E-PBF kunnen dichtheden bereiken van meer dan 99,5% met eigenschappen die in de buurt komen van gesmeed Inconel 718. DED en binder jetting vereisen nabewerking om de volledige dichtheid te bereiken.
Elk proces vereist optimalisatie van de printparameters om de gewenste microstructuur en eigenschappen te verkrijgen.
Inconel 718 3D drukparameters
Drukparameters beïnvloeden de resulterende microstructuur, defecten en mechanische prestaties van geprinte Inconel 718 onderdelen aanzienlijk.
Zeer belangrijke Inconel 718 Drukparameters
| Parameter | Typisch bereik | Invloed |
|---|---|---|
| Laagdikte | 20-100 µm | Dichtheid, oppervlakteafwerking |
| Laser-/straalvermogen | 100-500 W | Grootte smeltbad, verwarmingssnelheid |
| Scansnelheid | 100-1000 mm/s | Koelsnelheid, stolling |
| Hatch-afstand | 50-200 µm | Verlijming tussen luiken |
| Straalfocus | 30-100 μm | Smeltbad breedte, diepte |
| Poedergrootte | 10-45 µm | Vloeibaarheid van poeder, oppervlakteafwerking |
Dunnere lagen en smallere luiken verbeteren de dichtheid en hechting, maar verlagen de bouwsnelheid. Sneller scannen geeft fijnere korrels maar kan warmscheuren veroorzaken. Kleine poederformaten verbeteren de oppervlakteafwerking.
Zorgvuldige optimalisatie van parameters zorgt voor een aangepaste korrelstructuur, sterkte, taaiheid, oppervlaktekwaliteit en drukproductiviteit.
Inconel 718 3D afdrukken van microstructuren
Inconel 718 vertoont verschillende microstructuren bij het printen met AM-processen:
Microstructurele kenmerken in gedrukt Inconel 718
- Kolomvormige korrels parallel aan de bouwrichting
- Epitaxiale korrels die overeenkomen met oriëntatie basisplaat
- Typische korrelbreedte van 100-400 μm
- Stollingssegregatie tussen dendrietkernen en interdendritische gebieden
- Gebrek aan textuur vergeleken met gesmeed product
- Neerslag van versterkende fasen zoals γ" en γ'
- Poreusheid en microscheurtjes door onvolledige fusie
De korrelmorfologie volgt de warmtestroom en stolpatronen tijdens het printen. Segregatie leidt tot chemische variaties die scheurvorming kunnen veroorzaken. Zorgvuldige verwerking is nodig om een uniforme, gecontroleerde microstructuur te verkrijgen.
Warmtebehandelingen lossen ongunstige fasen op en bevorderen verhardende precipitaten zoals Ni3Nb gamma-dubbele-priem voor optimale sterkte.
Eigenschappen van afgedrukt Inconel 718
AM-verwerking kan mechanische eigenschappen bereiken die vergelijkbaar zijn met die van gesmeed Inconel 718 met de juiste optimalisatie:
Inconel 718 mechanische eigenschappen
| Eigendom | Zoals gedrukt | Smeedijzeren gegloeid |
|---|---|---|
| Treksterkte | 1000-1300 MPa | 1000-1200 MPa |
| Opbrengststerkte | 500-1100 MPa | 500-900 MPa |
| Verlenging | 10-35% | 20-35% |
| Vermoeidheid Sterkte | 100-600 MPa | 300-500 MPa |
| Hardheid | 25-50 HRC | 25-35 HRC |
De sterkte komt overeen met of overtreft die van gesmeed materiaal, hoewel de rek en vermoeiingseigenschappen lager en variabeler blijven.
Trekanisotropie wordt waargenomen tussen verticale en horizontale bouworiëntaties. De eigenschappen worden sterk beïnvloed door de specifieke parameters van het AM-proces.
Nabewerking van afgedrukt Inconel 718
Er zijn vaak nabewerkingen nodig om de oppervlakteafwerking, maatnauwkeurigheid en materiaaleigenschappen te verbeteren:
Gebruikelijke nabewerkingsmethoden
- Hittebehandeling - Ontwikkelt optimale microstructuur en precipitaatharding
- Heet isostatisch persen - Sluit interne holtes en porositeit
- Oppervlaktebewerking - Vermindert oppervlakteruwheid voor kritische afwerkingen
- Shot peening - Induceert drukspanning om de vermoeiingslevensduur te verbeteren
- Coatings - Waar nodig slijtage- of corrosieweerstand bieden
Standaard Inconel 718 veroudering wordt meestal gebruikt, hoewel sommige de warmtebehandeling aanpassen voor AM microstructuren. Machinaal bewerken, slijpen of polijsten worden gebruikt als de eisen voor oppervlakteafwerking streng zijn.
Toepassingen van afgedrukt Inconel 718
Inconel 718 3D printen is zeer geschikt voor:
- Lucht- en ruimtevaart - Turbineonderdelen, raketstraalpijpen, motoronderdelen
- Stroomopwekking - Onderdelen voor hete secties van gasturbines, bekleding van nucleaire brandstof
- Automobiel - Turbolader wielen en behuizingen
- Petrochemisch - Downhole gereedschap, kleppen, pompen
- Ruimte - Onderdelen voor satelliet en lanceerplatform
- Geneesmiddel - Tandheelkundige implantaten, chirurgische instrumenten
Voordelen ten opzichte van conventionele methoden:
- Ontwerpvrijheid voor complexe geometrieën
- Gewichtsreductie door roosters en topologieoptimalisatie
- Consolidatie van onderdelen, minder assemblage
- Kortere doorlooptijden voor productie op aanvraag
- Aangepaste vormen, digitaal gestuurde voorraden
Beperkingen zijn proceskosten voor lage productievolumes en certificeringsproblemen in gereguleerde industrieën.
Leveranciers van bedrukte Inconel 718
Veel fabrikanten bieden wereldwijd Inconel 718 3D printdiensten aan:
Selecteer serviceproviders
| Bedrijf | AM-processen | Extra materialen | Productiecapaciteit |
|---|---|---|---|
| GE-additief | DED, Binderstralen | Titaanlegeringen, staal, superlegeringen | Grote volumes |
| Materialiseren | Laser-PBF | Titanium, aluminium, staal | Middelgrote volumes |
| 3D-systemen | Laser-PBF, binder-jetting | Titanium, roestvrij staal, CoCr, AlSi10Mg | Prototyping tot middelgrote volumes |
| Equispheres | Laser-PBF | Titanium, staal, aluminium | Kleine volumes |
| Timmerman additief | Laser PBF, E-PBF | Titanium, roestvrij, gereedschapsstaal | Middelgrote volumes |
Zowel grote OEM's als niche AM servicebureaus bieden Inconel 718 drukwerk aan. Velen bieden secundaire afwerking.
De deelkosten variëren van naar schatting $100-500/lb, afhankelijk van de grootte van de bestelling, de kwaliteitseisen en de gebruikte verwerkingsmethode.
In aanmerking komende Gedrukte Inconel 718 Delen
Voor luchtvaart en andere gereguleerde toepassingen gelden strenge kwalificatieprotocollen:
- Mechanisch testen op verschillende printoriëntaties
- Chemische analyse voor samenstelling conformiteit
- Niet-destructieve evaluatie (NDE) voor het opsporen van defecten
- Prestatie-evaluatie op lange termijn door warmtebehandeling, heet isostatisch persen, bewerkingsproeven
- Procesreproduceerbaarheidsbeoordelingen
- Documentatie van parameteroptimalisatie, microstructuren, defectpreventie
Testobjecten zoals trekstaven, vermoeiingsmonsters en materiaalcoupons optimaliseren de karakterisering van gedrukte eigenschappen.
Voldoen aan de toepasselijke industriespecificaties ondersteunt de certificering en goedkeuring van de productie.
FAQ
Welke deeltjesgrootte wordt aanbevolen voor het bedrukken van Inconel 718?
Poeders van 10-45 micron zijn gebruikelijk, waarbij fijner poeder van ~15 micron de dichtheid en oppervlakteafwerking verbetert, maar ten koste gaat van de doorstroming en terugwinning.
Wat veroorzaakt poreusheid bij het bedrukken van Inconel 718?
Onvoldoende smelten, gebrek aan fusie tussen lagen en ingesloten gas veroorzaken holtes. Het optimaliseren van de energie-input, scanpatronen, laagdikte en gasstroom vermindert porositeit.
Welke nabewerking verbetert de vermoeiingslevensduur van bedrukt Inconel 718?
Door middel van shotpeening worden gunstige drukspanningen opgewekt die het ontstaan en de groei van scheuren tegengaan. HIP en machinale bewerking helpen ook door oppervlakteporiën te sluiten.
Hoe verhoudt bedrukt Inconel 718 zich tot gegoten en gesmeed 718?
AM benadert de mechanische eigenschappen van gegoten en gesmeed materiaal, maar met een fijnere, meer gesegregeerde microstructuur. Warmtebehandeling kan precipitatieversterking bereiken die vergelijkbaar is met gesmeed product.
Wat zijn enkele alternatieven voor Inconel 718 voor 3D printen?
Kobaltchroom, nikkelsuperlegeringen zoals 625 en 686 en precipitatiehardend roestvast staal bieden vergelijkbare eigenschappen bij hoge temperaturen. Titaanlegeringen blinken uit waar een lagere dichtheid essentieel is.
Kun je een bimetaal onderdeel van Inconel 718 en roestvrij staal 3D-printen?
Ja, met gerichte energiedepositie is het mogelijk om over te schakelen tussen ongelijke legeringen door nauwkeurig poeder of draad te wisselen om componenten van meerdere materialen te maken.
Conclusie
Kortom, Inconel 718 3D-printen biedt uitzonderlijke ontwerpvrijheid en prestatieverbeteringen door gebruik te maken van deze superlegering met hoge sterkte. Het afstemmen van de onderdeelvereisten op de procesmogelijkheden en het optimaliseren van de printparameters is de sleutel tot het benutten van de voordelen ten opzichte van conventionele methoden. Voortdurende vooruitgang in kwaliteit, eigenschappen, multi-materiaal structuren en kosten blijven de toepassing van Inconel 718 AM in veeleisende industriële toepassingen uitbreiden.
