增材制造给了工程师们机会航空航天发电和许多其他行业的机会,制造高性能部件,曾经认为是不可能的。
同样,增材制造高性能部件的兴起,导致需要与热处理商合作,以提高这些下一代部件的机械性能。
Inconel 718是一种常见的镍基高温合金,通常用于制造这些关键部件。总结了激光选择性熔炼、热等静压和热处理的主要生产步骤。
添加剂制造的金属零件。

Inconel 718的基础知识

铬镍铁合金718是特种金属公司所拥有的一种高性能成分,一般称为合金718。它以及类似的镍基高温合金,由于其在高热量、高压力环境下(如喷气发动机、火箭发动机和燃气轮机)的优异性能,成为航空航天和发电的首选材料。
Inconel 718配方中含有50 - 55%的镍,17 - 21%的铬,4.75 - 5.5%的铌和2.8 - 3.3%的钼。此外,还有少量的钴、锰、铜、钛、铝、硅、碳、硫、磷和硼。
铬镍铁合金718的生产和加工有许多标准参考,其中一些标准是:

  • AMS5596用于薄板,条状,箔和盘。
  • AMS5662用于棒材、锻件和圆环。
  • AMS2774热处理。
  • ASTM F3055,涵盖了通过粉末床熔合的镍合金添加剂制造。
  • 根据ASTM和SAE采用的统一编号系统,Inconel 718被识别为N07718。

其他常见的高温合金商标,你会遇到各种蒙耐尔,incoly,哈氏,海恩斯,René和Mar。

铬镍铁合金718硬度等机械性能

铬镍铁合金718因其在低温下高达1300华氏度的高强度而备受推崇。当它被设计成喷气发动机的热部件时,它尤其有效,因为它能在长时间的高温下保持机械完整性。铬镍铁合金718的面心立方基底结构和沉淀强化能力使其能够抵抗通常在高应力下的逐渐变形或突然破裂(这种现象被称为)蠕变应力破裂,分别)。
根据其制造和热处理,铬镍铁合金718零件的硬度通常达到36 HRC左右。与其它用于机械加工、压铸或一些汽车应用的高硬度钢相比,这种钢相当软。但在因科耐尔718最适合的航空航天和发电应用中,硬度并不是关键。在高应力和高温下的力学性能是最重要的。

粉床融合

粉末床熔化是一种增材制造技术,有时也被称为选择性激光熔化、直接金属激光烧结或电子束熔化。在这个过程中,当激光或电子束在惰性气体的存在下,精确地向金属粉末发射时,零件被逐层印刷。
一般来说,它被称为增材制造或金属3D打印。
三维金属打印机
近年来,这种工艺受到了广泛的关注,因为它可以制造出非常坚固、形状精确、复杂的零件,而用其他方法很难(有时甚至不可能)制造出这些零件。
铬镍铁合金718是一种很受欢迎的粉末床熔合合金,因为它是一种更容易获得的镍基高温合金粉末。
增材制造——尤其是激光烧结粉末床熔合工艺——对零件施加了很大的压力。在任何进一步的加工开始之前,印刷零件应该消除应力。

热等静压

在关键任务的航空航天和发电应用中,部件的性能必须最大化。选择理想的材料需要很长一段时间,但HIP是整个过程中不可或缺的一步。这种高温高压工艺通过消除制造过程中形成的内部空洞来强化金属部件。
HIP最初被引入是为了对抗铸件孔隙度.它已经发展成为添加剂制造零件的首选热工艺,以最大限度地提高机械性能和寿命。异种金属的扩散连接也通过HIP进行。
对于铬镍铁合金718和类似的高温合金,HIP是在约2200华氏度、1,700 bar (25 ksi)的温度下进行的。虽然HIP可以导致含有大空隙的零件的形状变化,但添加剂制造的零件往往只有非常小的孔隙。其结果是,在HIP完成后,其净形状基本上保持不变。
由于HIP,零件可以显示:

  • 提高了在高温、高疲劳环境下的性能。
  • 增加抗冲击性。
  • 提高耐磨性。
  • 更好的延性。

热处理铬镍铁合金718

铬镍铁合金718的推荐热处理为解决方案治疗紧随其后的是沉淀硬化
在溶液处理中,在真空炉加热到足够的温度,使其可溶性相溶解。这使零件的结构均匀化了。固溶处理之后用氩气淬火。由于固溶处理的结果是较软的部分,它们必须在额外处理或最终使用之前进行硬化处理。
沉淀硬化(也称为时效)是在真空炉中进行了许多小时的较低的温度,相比于溶液处理。这个渐进的过程允许在一个部件内进行一些扩散运动,以增加其强度。零件老化时间的长短会影响其硬度,但热处理人员必须注意不要使零件老化时间过长。过度老化会使零件变软。
有关增材制造零件的热处理的更多信息,请咨询ASTM F3301,涵盖了通过粉末床熔合制成的金属零件的热后处理。

来自Paulo的工艺专业知识

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