Slitina 718, plech Inconel 718, UNS N07718

Slitina 718, drát Inconel 718, UNS N07718

Úvod do slitiny 718 (drát Inconel 718, UNS N07718)

Slitina 718, komerčně známá jako Inconel 718 a klasifikovaná jako UNS N07718, je všestranná precipitačně vytvrzovaná superslitina nikl-chrom-niob-molybden. Je proslulý svou výjimečnou kombinací pevnosti při vysokých teplotách, vynikající odolnosti proti korozi a vynikající svařitelnosti a spolehlivě funguje v širokém teplotním rozsahu – od kryogenních podmínek (-269 °C/-452 °F) až po 650 °C/1202 °F. Jeho síla je primárně odvozena od tvorby sraženin gamma-double-prime (γ", Ni₃Nb) a gamma-prime (γ′, Ni₃Al, Ti) během řízeného stárnutí, zatímco jeho obsah chrómu a molybdenu zajišťuje robustní odolnost proti oxidaci, důlkové korozi a štěrbinové korozi. Drát Inconel 718, klíčová forma této slitiny, je široce používán v průmyslových odvětvích vyžadujících přesnost, odolnost a výkon v extrémních podmínkách, jako je letecký průmysl, energetika a námořní inženýrství. Na rozdíl od mnoha vysokoteplotních slitin si zachovává vynikající tažnost a obrobitelnost, takže je vhodný jak pro složité konstrukční součásti, tak pro jemné přesné díly.

1. Chemické složení (typické, hm%)

Chemické složení UNS N07718 dodržuje přísné průmyslové normy včetně ASTM B625 (pro drát ze slitiny niklu), ASTM B637 (pro tyče ze slitiny niklu) a ASME SB625, což zajišťuje konzistentní chování při precipitačním vytvrzování, svařitelnost a korozní výkon. Typické složení je následující:

Element

Rozsah obsahu (hm%)

Funkce

Nikl (Ni)

50.0 - 55.0

Slouží jako slitinová matrice, stabilizuje austenitickou strukturu a umožňuje tvorbu γ" a γ′ sraženin; Zvyšuje odolnost vůči redukčnímu prostředí.

Chrom (Cr)

17.0 - 21.0

Vytváří hustou ochrannou vrstvu oxidu chromitého (Cr₂O₃), která poskytuje odolnost proti oxidaci až do 650 °C a odolnost proti důlkové/štěrbinové korozi vyvolané chloridy.

Železo (Fe)

Rovnováha

Zlepšuje zpracovatelnost a svařitelnost za tepla (kritické pro výrobu drátů a výrobu součástí); Snižuje náklady na slitinu bez kompromisů ve výkonu.

Niob (Nb) + tantal (Ta)

4.75 - 5.50

Primární zpevňující prvek – tvoří γ" sraženiny (Ni₃Nb), která hlavní přispívá k vysoké pevnosti v tahu a při tečení; tantal zvyšuje stabilitu při vysokých teplotách.

Molybden (Mo)

2.80 - 3.30

Zvyšuje lokalizovanou odolnost proti korozi (např. v kyselém plynu nebo kyselých médiích) a doplňuje pevnost při vysokých teplotách při tečení; Zlepšuje svařitelnost snížením rizika praskání za tepla.

Titan (Ti)

0.65 - 1.15

Napomáhá tvorbě γ′ sraženiny (Ni₃Ti), doplňuje γ" pro optimalizaci rovnováhy pevnosti a tažnosti; Řídí růst zrna během tepelného zpracování.

Hliník (Al)

0.20 - 0.80

Spolupracuje s titanem k upřesnění velikosti a distribuce γ′ sraženiny; Podporuje celistvost ochranné oxidové vrstvy.

Uhlík (C)

≤ 0,08

Minimalizováno, aby se zabránilo srážení karbidů na hranicích zrn, které může způsobit mezikrystalové praskání v korozivním nebo cyklickém tepelném prostředí; Malá množství zlepšují pevnost svaru.

Mangan (Mn)

≤ 0,35

Pomáhá při dezoxidaci během tavení a zlepšuje zpracovatelnost za studena pro jemné tažení drátu; kontrolované, aby se zabránilo křehkosti.

Křemík (Si)

≤ 0,35

Řídí tvorbu oxidů během zpracování za tepla a snižuje viskozitu roztavené slitiny pro odlitek; omezeno, aby se zabránilo nadměrným oxidovým inkluzím.

Fosfor (P)

≤ 0,015

Přísně omezeno, aby se zabránilo křehkosti, zejména u svařovaných spojů nebo součástí při cyklickém zatížení.

Síra (S)

≤ 0,010

Minimalizováno, aby se zabránilo praskání za tepla během výroby (nezbytné pro tažení drátu a svařování) a snížila se náchylnost ke korozi.

Měď (Cu)

≤ 0,30

Řízeno, aby se zabránilo interferenci s tvorbou sraženin γ"/γ′ a byla zachována odolnost proti oxidaci.

Bór (B)

≤ 0,006

Stopový prvek, který posiluje hranice zrn, zlepšuje odolnost proti tečení a snižuje riziko mezikrystalového praskání ve svařovaných součástech.

2. Fyzikální vlastnosti

Drát Inconel 718 vykazuje stabilní fyzikální vlastnosti v rozsáhlém rozsahu provozních teplot, přičemž mechanický výkon je optimalizován díky vytvrzování stárnutím. Klíčové vlastnosti (měřeno při pokojové teplotě, pokud není uvedeno jinak) jsou:

Vlastnost

Hodnota

Zkušební podmínky

Hustota

8,19 g/cm³

Pokojová teplota (25°C)

Rozsah bodu tání

1260 - 1320°C

-

Koeficient tepelné roztažnosti

12.2 × 10⁻⁶/°C

20 - 100°C; 15.4 × 10⁻⁶/°C (20 - 600°C)

Tepelná vodivost

11.4 W/(m·K)

100°C; 18.8 W/(m·K) (600°C)

Elektrický odpor

1.29 × 10⁻⁶ Ω·m

Pokojová teplota (25 °C); 1.51 × 10⁻⁶ Ω·m (600°C)

Modul pružnosti

206 GPa

Pokojová teplota (tahová); 167 GPa (600°C)

Poissonův poměr

0.30

Pokojová teplota

Curieova teplota

≈ -196°C

Pod touto teplotou slabě feromagnetické (irelevantní pro většinu teplot aplikace).

Pevnost v tahu (po stárnutí)

≥ 1310 MPa

Pokojová teplota; ≥ 965 MPa (600 °C)

Mez kluzu (0,2% posun, po stárnutí)

≥ 1170 MPa

Pokojová teplota; ≥ 860 MPa (600 °C)

Prodloužení (po stárnutí)

≥ 15%

Pokojová teplota

Tvrdost (po stárnutí)

38 - 44 HRC

Pokojová teplota

Mez pevnosti při tečení

240 MPa

1000 hodin při 600 °C; 105 MPa (1000 hodin při 650 °C)

3. Výrobní proces drátu Inconel 718

Výroba drátu Inconel 718 vyžaduje přesné řízení chemie, tepelného zpracování a tváření, aby se optimalizovalo precipitační vytvrzování, svařitelnost a rozměrová přesnost. Mezi klíčové kroky patří:

3.1 Tavení a odlévání surovin

Tažení: Vysoce čisté suroviny (nikl, chrom, niob, molybden atd.) se taví vakuovým indukčním tavením (VIM) a následným přetavením vakuovým obloukem (VAR) nebo přetavením elektronovým paprskem (EBM). Tento proces dvojitého/trojitého tavení odstraňuje plynné nečistoty (O₂ < 20 ppm, N₂ < 40 ppm) and ensures uniform distribution of niobium, titanium, and boron—critical for consistent γ″/γ′ precipitate formation and grain boundary strength.

Odlévání: Roztavená slitina se odlévá do ingotů (500 - 3000 kg) nebo květů, které procházejí homogenizačním žíháním při teplotě 1100 - 1160°C po dobu 8 - 12 hodin. Tento krok eliminuje chemickou segregaci (zejména niobu) a zjemňuje mikrostrukturu odlitku, čímž se materiál připravuje pro tváření za tepla.

3.2 Tváření za tepla a výroba válcovaného drátu

Válcování za tepla: Ingoty / výkvěty se válcují za tepla při 1050 - 1150 °C do válcovaných drátů (průměr: 8 - 20 mm). Válcování za tepla rozkládá hrubá zrna a zlepšuje zpracovatelnost; Tyče jsou chlazeny vzduchem na pokojovou teplotu, aby se zabránilo předčasné tvorbě sraženin (což by mohlo snížit tažnost při tažení za studena).

Odstraňování vodního kamene: Tyče válcované za tepla procházejí tryskáním (k odstranění uvolněného vodního kamene) a následným mořením kyselinou (roztok kyseliny dusičné-fluorovodíkové), aby se odstranily zbytkové oxidové vrstvy – kritické pro prevenci povrchových vad v konečném drátu.

3.3 Tažení za studena (tvorba drátu)

Víceprůchodové tažení za studena: Válcované dráty jsou taženy za studena diamantovými matricemi v 6 - 10 průchodech, aby se dosáhlo požadovaného průměru (obvykle 0,1 mm - 10 mm). Každý průchod zmenšuje průměr o 12 - 20 %, přičemž mezi průchody dochází k mezilehlému žíhání v roztoku (950 - 1000 °C po dobu 30 - 60 minut, kalené vodou). Tento krok žíhání rozpouští stávající sraženiny, zmírňuje mechanické zpevnění a obnovuje tažnost – zabraňuje přetržení drátu během tažení.

Rozměrová kontrola: Napětí, vyrovnání matrice a rychlost tažení jsou přesně regulovány tak, aby byla zachována úzká tolerance průměru (±0,015 mm pro přesný drát) a kulatost (≤0,008 mm). Pro aplikace, jako jsou spojovací prvky pro letecký průmysl nebo lékařská zařízení, se k zajištění konzistence používá monitorování průměru laseru.

3.4 Zpevnění věkem (optimalizace pevnosti)

Vytvrzování stárnutím je základním krokem k aktivaci γ" a γ′ srážek a dosažení cílové pevnosti. Proces se řídí standardizovaným třístupňovým cyklem (podle ASTM B625):

Žíhání v roztoku: Zahřátí drátu na 980 - 1020 °C po dobu 1 - 2 hodin, následované rychlým kalením vodou. Tento krok zajišťuje jednotnou austenitickou mikrostrukturu a rozpouští všechny precipitáty.

První stárnutí (střední): Zahřívání na 715 - 745 °C po dobu 8 hodin, poté chlazení pece na 600 - 630 °C rychlostí 55 - 85 °C/hod. Tento krok iniciuje tvorbu jemných γ" sraženin.

Druhé stárnutí (konečné): Udržování při teplotě 600 - 630 °C po dobu 8 hodin, poté chlazení vzduchem. Tento krok podporuje růst γ" (primární zpevňovač) a γ′ (sekundární zpevňovač), což má za následek charakteristickou vysokou pevnost a houževnatost slitiny.

Poznámka: Pro ultrajemný drát (průměr < 0.5 mm), aging times are reduced by 2 - 3 hours to avoid excessive hardening, which could compromise flexibility for applications like springs or sensor wires.

3.5 Povrchová úprava a kontrola kvality

Povrchová úprava:

Moření: Moření po stárnutí v kyselině dusičné-fluorovodíkové k odstranění oxidových okují a zvýšení odolnosti proti korozi.

Pasivace: Volitelná pasivace chromátem nebo kyselinou dusičnou pro posílení ochranné oxidové vrstvy – ideální pro námořní nebo chemické aplikace vystavené slané vodě nebo agresivním médiím.

Leštění: Pro vysoce přesné aplikace (např. lékařské nástroje, letecké senzory) se drát leští do hladké povrchové úpravy (Ra ≤ 0,15 μm) pomocí brusných pásů nebo elektrochemického leštění.

Kontrola kvality:

Chemická analýza: Optická emisní spektroskopie (OES) a hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) k ověření obsahu niobu, molybdenu a boru – rozhodující pro precipitační vytvrzování a svařitelnost.

Mechanické testování: Zkouška tahem (pevnost/prodloužení), zkouška tvrdosti (HRC), únavové zkoušky (pro součásti s cyklickým zatížením, jako jsou pružiny) a zkoušky tečení (pro vysokoteplotní aplikace).

Korozní testování: Testování solnou mlhou (ASTM B117), testování štěrbinové koroze (ASTM G48) a testování mezikrystalové koroze (ASTM A262 Practice E) k ověření odolnosti vůči drsnému prostředí.

Nedestruktivní testování: Zkoušení vířivými proudy (pro povrchové vady, jako jsou trhliny nebo důlky), ultrazvukové testování (pro vnitřní vady) a testování magnetických částic (pro feromagnetické inkluze – vzácné u Inconel 718, ale zkontrolované pro kritické aplikace).

Kontrola rozměrů: Laserové měření pro potvrzení průměru, přímosti (≤0,08 mm/m) a přesnosti délky. U drátu cívky se provádí testování výplatního napětí, aby bylo zajištěno konzistentní odvíjení.

4. Aplikace produktů

Jedinečná kombinace vysoké pevnosti, odolnosti proti korozi, svařitelnosti a teplotní všestrannosti drátu Inconel 718 jej činí nepostradatelným v náročných průmyslových odvětvích:

4.1 Letectví a obrana

Letecké motory: Jemný drát (0,2 - 1,5 mm) pro upevňovací prvky lopatek turbíny, pružiny rotoru kompresoru a součásti vstřikovačů paliva - odolává 600 - 650 °C a cyklickému tepelnému namáhání. Jeho svařitelnost umožňuje opravu dílů motoru na místě.

Komponenty kosmické lodi: Drát pro konstrukční podpěry satelitů, pohony raketových trysek a upevňovací prvky kryogenního palivového potrubí – udržuje pevnost při -269 °C (teplota kapalného helia) a odolává kosmickému záření.

Spojovací materiál pro letecký průmysl: Drát tažený za studena pro vysokopevnostní nýty, šrouby a matice v trupech a křídlech – odolává atmosférické korozi (např. vlhkostí nebo znečišťujícími látkami) a zachovává integritu ve vysokých nadmořských výškách.

4.2 Výroba energie

Plynové turbíny: Drát pro lopatky rotoru turbín, statorové lopatky a trubky výměníků tepla v elektrárnách s kombinovaným cyklem – odolává korozi spalin a deformaci tečením 550 - 650 °C. Jeho svařitelnost zjednodušuje montáž turbíny.

Jaderná energie: Drát pro pohony regulačních tyčí, potrubí cirkulace chladicí kapaliny a součásti parního generátoru – nízká absorpce neutronů, odolnost proti korozi boraté vody a stabilita při záření.

Obnovitelná energie: Drát pro trubky absorbérů tepla koncentrované solární energie (CSP) a cívky generátorů větrných turbín – odolává korozi roztavenými solemi (CSP) 600 - 650 °C a korozi mořské atmosféry (větrné elektrárny na moři).

4.3 Chemický a petrochemický průmysl

Zpracování kyselého plynu: Drát pro kabely senzorů hlubinných vrtů, dříky ventilů a hřídele čerpadel ve vrtech na kyselý plyn – odolává H₂S a korozi vyvolané chloridy při 400 - 500 °C.

Vysokoteplotní reaktory: Filtry s drátěným pletivem a míchací pružiny pro reaktory na výrobu polymerů (např. syntéza polyethylenu) – odolávají 500 - 600 °C a agresivním monomerům, jako je ethylen.

Farmaceutická výroba: Sanitární drát pro míchací lopatky, senzorové sondy a balicí zařízení – vyhovuje standardům FDA (21 CFR část 177) pro styk s potravinami a léčivy a odolává čisticím prostředkům (např. hydroxidu sodnému, kyselině dusičné).

4.4 Námořní inženýrství

Pobřežní plošiny: Drát pro napínače kotevního vedení, podmořské ventilové pružiny a součásti stoupaček – odolává korozi mořské vody (3,5 % NaCl) a biologickému znečištění v hlubokomořském prostředí (až do hloubky 3000 metrů).

Námořní plavidla: Dráty pro součásti pohonného systému (např. hřídele lodních šroubů) a upevňovací prvky trupu – překonávají nerezovou ocel ve slané vodě, snižují náklady na údržbu a prodlužují životnost.

4.5 Zdravotnické prostředky

Chirurgické nástroje: Ultrajemný drát (0,05 - 0,2 mm) pro laparoskopické nástroje, ortopedické šrouby implantátů a zubní rovnátka – biokompatibilní (ISO 10993), odolává korozi tělesných tekutin (např. sliny, krev) a poskytuje dostatečnou pevnost pro nosné aplikace.

Diagnostické vybavení: Drát pro senzory katétrů a součásti kompatibilní s MRI – nemagnetické (nad Curieovou teplotou) a stabilní při sterilizaci (autoklávování při 134 °C).

4.6 Průmyslové stroje

Vysokoteplotní pece: Drát pro podpěry topných těles, pláště termočlánků a pružiny dveří pece – pracují při 600 - 650 °C na vzduchu nebo inertním plynu (např. argonu).

Automobilový průmysl (vysoký výkon): Drát pro součásti turbodmychadla, pružiny výfukového systému a konektory baterií elektrických vozidel (EV) – odolává korozi výfukových plynů 550 - 600 °C a udržuje vodivost v systémech EV.

Závěr

Slitina 718 (drát Inconel 718, UNS N07718) je špičkový precipitačně vytvrzovaný superslitinový drát, který se vyznačuje bezkonkurenční rovnováhou pevnosti při vysokých teplotách, odolnosti proti korozi, svařitelnosti a všestrannosti. Jeho přísné výrobní kontroly – od dvojitého tavení až po přesné kalení věkem – zajišťují spolehlivost v kritických aplikacích v leteckém, energetickém a lékařském průmyslu. Ať už se používá v leteckých turbínách, jaderných reaktorech nebo chirurgických nástrojích, drát Inconel 718 poskytuje konzistentní výkon v extrémních podmínkách. Pro zakázkové požadavky, jako je ultra přesný drát (až do průměru 0,01 mm), specializované povrchové úpravy (např. elektrolytické leštění) nebo cykly stárnutí na míru pro specifické potřeby pevnosti – nabízejí výrobci přizpůsobená řešení, která splňují jedinečné výzvy aplikace.

Balení Standardní balení:

Typické hromadné balení zahrnuje paletizovaný plast o objemu 5 galonů/25 kg. kbelíky, vláknité a ocelové sudy až po 1 tunové super pytle v plném kontejneru (FCL) nebo nákladním nákladu (T/L). Výzkumná množství a množství vzorků a hygroskopické, oxidační nebo jiné materiály citlivé na vzduch mohou být baleny v argonu nebo ve vakuu. Roztoky jsou baleny v polypropylenových, plastových nebo skleněných nádobách až do paletizovaných 790 galonových tekutých přepravek. Speciální balení je k dispozici na vyžádání.