Inconel 718:用于增材制造的主力材料

  第二次世界大战后,出现了高温合金一词来描述一种特殊开发的高性能合金,以延长暴露在极端高温下的飞机部件的使用寿命。以镍、铁、钴为基础的高温合金,通过添加合金元素实现各种金属特性的超融合,可达600℃长期工作已成为航空航天、石化、赛车等行业的支柱材料。

  Inconel 718的特点和应用领域

  Inconel 1965年开始批量生产含铌、钼沉淀硬化镍铬铁合金。它能溶解多种合金元素,避免低延性有害阶段的沉淀,保持高屈服强度、良好的塑性、良好的加工性能和组织稳定性,成为多领域工业应用的理想选择。据统计,当代航空航天发动机总质量的一半以上是镍基高温合金Inconel 718的使用量已超过镍基合金的三分之一。

  飞机发动机中的材料分布

  根据卡诺循环,以更高的温度运行发动机可以提高能源效率,使发动机更加节能。从压气机、燃烧室、涡轮机到保护和支撑发动机的底盘,从航空航天发动机中的许多静态旋转部件到各种螺栓紧固件,Inconel 718广泛应用于制造航空发动机的高温部件。尤其是今天处于领先地位的航空航天发动机,Inconel 718的使用量更大,GE公司着名的CF6合金是发动机质量的三分之一P&W公司的PW4000发动机中Inconel 718合金的使用量超过了发动机质量的一半。

  Inconel 718已成为航空航天应用的基石。同时,还在核反应堆(换热器管道)、潜艇(螺旋桨叶片、快速断开装置、辅助推进电机)、化工(容器、泵、阀门、管道)、发电(工业燃气轮机)、石油天然气工业(地下管道、井口硬件、火炬臂)等领域得到了重要应用。

  Inconel 718不锈钢和钛合金

  镍基合金(如Inconel 镍基合金的氧化保护层可能优于钛合金或钢,进一步提高了机械性能。下表列出Inconel 718.不锈钢和钛合金的性能。

  高性能材料的比强度

  3D打印Inconel 718的性能

  3D打印17-4 PH不锈钢的性能

  3D打印316L不锈钢的性能

  3D打印Ti6Al4V的性能

  3D打印为Inconel 718带来加工和应用潜力

  采用非3D镍基高温合金所需的设计可能具有挑战性。传统的制造方法,如机械加工、锻造或焊接,往往需要在工艺开始前退火,影响零件的高温腐蚀和抗蠕变性。传统的制造方法,如机械加工、锻造或焊接,往往需要在工艺开始前退火,影响零件的高温腐蚀和抗蠕变性。Inconel 718合金的增材制造结果表明,机械性能没有牺牲,甚至可以超过铸件或锻件的性能。

  除此之外,Inconel 718是典型的难加工材料,因为切削温度高,加工硬化严重。在航空航天应用中通常需要复杂的几何形状,Inconel 制造718部件往往非常困难和昂贵。

  3D打印的Inconel 718发动机燃烧室衬套

  3D镍基高温合金热交换器用于高温高压环境

  3D镍基高温合金火箭发动机印刷

  如GE航空航天等航空航天企业已在飞机发动机制造中使用3D打印的Inconel 718。在最终实现燃料和成本节约的同时,设计自由、零部件减少和供应链效率的提高使增材制造成为航空航天行业关注的焦点。

  3D印刷超合金的低温性能也具有应用潜力。管道及外壳、低温悬架及支撑系统、叶轮或泵结构、阀杆、冷却管、热管、隔热设计、换热器及高孔系统中的气体储存非常适合高强度高温合金,温度范围为-273℃的低温到760℃的高温。

  D打印机的发展促进了许多行业之间的对话,从而释放了制造超级合金的优势。

  注:本文内容来自3D打印技术参考。