Inconel 718: De Ultieme Superlegering voor Additieve Productie

Onze Materials Science-blogpostserie toont veelgebruikte productiematerialen, hun eigenschappen, en andere relevante kenmerken. Deze post kijkt naar het go-to additieve productiemateriaal Inconel 718, en onderzoekt de eigenschappen en veelvoorkomende additieve toepassingen van deze nikkel-gebaseerde superlegering.

Wat is Inconel?

Inconel wordt beschouwd als een "superlegering". In de nasleep van de Tweede Wereldoorlog, ontstond de term superlegering om een groep hoogpresterende legeringen te beschrijven die ontwikkeld waren om de prestatietijd van vliegtuigcomponenten die blootgesteld waren aan extreme hitte te verlengen.

Deze verbrandingskamer gemaakt voor een luchtvaart-OEM was additief geproduceerd met Inconel 718.

Legeringen zijn een mengsel van metalen gecombineerd om een super mengsel van metallische kenmerken te bereiken, zoals sterkte en corrosieweerstand. Superlegeringen – ook bekend als hoogpresterende legeringen, hittebestendige legeringen, of hoge-temperatuur legeringen – zijn vaststaande materialen voor diverse industrieën zoals luchtvaart, petrochemie, autoraces, en olie en gas.

Inconel 718, wat in 1965 opgeschaald werd tot massaproductie, is een bekende, nikkel-chroom-werkpaardmateriaal voor de additieve productie-industrie. Het afkoelen van de Carnot-cyclus, of de meest efficiënte warmtemotorcyclus, leidt tot het feit dat hetere verbranding resulteert in energie-efficiëntie. Energie-efficiëntie resulteert in brandstof-efficiëntie.

Dit is waarom superlegeringen, zoals Inconel 718, zo cruciaal zijn voor efficiënte en kosteneffectieve ontwerpen. Hun stabiliteit in extreme omgevingen en vermogen om weerstandig te blijven tegen corrosie, kruip, en thermische schok, maken ze ideale kandidaten voor de luchtvaartindustrie.

Deze grafiek toont specifieke sterkte van hoogpresterende materialen. Afbeelding met dank aan laserchirp.com

Deze nikkel-chroom-molybdeen superlegering wordt gebruikt in warme-sectie componenten van turbinenschaufelen, afvoersystemen, en motoruitlaatsystemen. Feitelijk, 50% van de materialen gebruikt in vliegtuig- en raketmotoren zijn nikkel-gebaseerde superlegeringen.

Inconel 718 en vergelijkbare legeringen worden ook gevonden in niet-vliegtuig- en rakettoepassingen. Chemische en petrochemische installaties (vaten, pompen, kleppen, buizen), elektriciteitscentrales (industriële gasturbines), onderzeeboten (schroefbladen, snelle-koppelingen, hulpaandrijvingsmotoren), kernreactoren (warmtewisselaarbuizen, koppelingen), en de olie- en gasindustrie (boorgaten, putkop-hardware, fakkelbuizen) dragen bij aan de productie en productie van Inconel 718.

Cryogene toepassingen gebruiken ook Inconel 718 vanwege de vermogen om breukbreuk in erg lage temperaturen te weerstaan.

Inconel vs. Titaan vs. Staal

Zoals getoond in de grafiek hierboven, aan de rechterkant, kunnen nikkel-gebaseerde legeringen zoals Inconel 718 het juiste materiaalkandidaat zijn boven titaan of staal wanneer het gaat om prestaties in harde-temperatuuromgevingen. Geoxideerde beschermende lagen in nikkel-gebaseerde legeringen verhogen de mechanische prestaties nog verder. De tabellen hieronder listen de eigenschappen van Inconel 718, roestvrij staal, en titaan. Meer details over al onze materialen bij Protolabs vindt u in onze Materiaalvergelijkingsgids.

EIGENSCHAPPEN VAN ADDITIEF INCONEL 718

EIGENSCHAPPEN VAN ADDITIEF 17-4 PH ROESTVRIJ STAAL

EIGENSCHAPPEN VAN ADDITIEF 316L ROESTVRIJ STAAL

EIGENSCHAPPEN VAN ADDITIEF TITAAN/Ti6 AL-4V

Waar Additieve Productie in het Beeld Past

Het verkrijgen van gewenste ontwerpen met niet-additief Inconel kan uitdagend zijn. Naamelijk, componentprestaties kunnen lijden wanneer traditionele productiemethoden gebruikt worden omdat ze mechanische prestatiekenmerken zoals hoge temperatuurcorrosie en kruipweerstand kunnen beïnvloeden. Een glooiingsstap is ook vereist aan het begin van elk bewerkings-, smeed-, of lasproces. Additieve productie van Inconel 718 heeft getoond dat mechanische eigenschappen niet geofferd worden, en zelfs de eigenschappen van gegoten of gesmede onderdelen kunnen overschrijden.

De luchtvaartindustrie, en bedrijven als GE Aviation, produceren al additief geproduceerde onderdelen voor vliegtuigstraalmotoren. Ontwerpvrijheid, onderdeelreductie, en supply chain-efficiëntie plaatsen additief geproduceerde luchtvaartcomponenten in de schijnwerpers wanneer brandstof- en kostenbesparing uiteindelijk bereikt worden.

Een paper uit 2017 gepresenteerd op een Institute of Physics (IOP) conferentie over materialenwetenschap en engineering, rapporteerde dat diverse additieve superlegering cryogene toepassingen ook additieve productie gebruiken. Buizen en schalen, cryogene opschorting- en ondersteuningssystemen, structuren voor wieltjes of pompen, klepstelen, koelbuizen, heat pipes, thermische isolatie-ontwerpen, warmtewisselaars, en gasopslag in hoge porositeitssystemen zijn allen goed geschikt voor toepassingen die hoge sterkte superlegeringen vereisen waar temperaturen kunnen variëren van cryogeen (-460 graden F / -273°C) tot 1.400 graden F (760°C).

De ontwikkeling van poedermetalen, gekoppeld met de vooruitgang in industriële metaal 3D-printmachines, heeft het gesprek binnen veel industrieën gevorderd om de voordelen van additieve productie van superlegeringen te ontgrendelen. De mogelijkheid om onderdelen te ontwikkelen, is in feite een realiteit voor iedereen die onderdelen wil fabriceren uit Inconel 718.

Bij Protolabs bieden we Inconel 718 als een additieve materiaaloptie beschikbaar om onderdeelvolumes te bouwen tot 31,5 in x 15,7 in. x 19,7 in. (800mm x 398mm x 500mm). Met de introductie van de GE Additive X Line 2000R machine in onze lineup, banen we de weg voor industrieën om te vertrouwen op een enkele leverancier voor grote additieve Inconel 718-onderdelen.

Verder kunnen warmtebehandelingsopties die de mechanische eigenschappen van Inconel verbeteren, uitgevoerd worden. Een van de vele warmtebehandelopties omvat hot isostatic pressing (HIP), wat ook uitgevoerd kan worden om mechanische eigenschappen te verbeteren door dichtheid te verhogen en porositeit in onderdelen te verminderen.

Rachel Hunt is de marketingmanager voor 3D-printen bij Protolabs. Een vroegere Protolabs-klant, heeft ze ingenieurs- en marketingposities binnen de medische apparaatindustrie bekleed. Hunt heeft wereldwijd gewerkt met eindgebruikers en productieleveranciers om chirurgische apparaten te commercialiseren. Ze heeft een B.S. in Biomedische Engineering van North Carolina State University en een Master's in Engineering Management van Duke University.