Inconel 718:用于增材制造的主力材料

  在第二次世界大战以后,出现“高温合金”一词来描述一种高性能合金,该类材质是专业为了增加暴露在极端高温中的飞机部件的使用期而开发。高温合金以镍、铁、钴为基,根据添加合金原素完成多种金属特性的超级融合,可以在600℃以上高温及一定应力作用下长期工作,变成航空航天、石油化工、跑车等多个行业的支撑材料。

  Inconel 718的特点与主要用途

  Inconel 718是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金,于1965年逐渐批量生产,它可以固溶多种合金原素且防止析出低延性有害相,在高温环境里可保持较高的抗拉强度、较好的塑性以及良好的加工性能机构可靠性,使其成为多领域工业应用的理想选择。据调查,当今航空航天发动机用料总质量的一半以上全是镍基高温合金,而Inconel 718的使用量已经超过全部镍基合金使用量的三分之一。

  飞机发动机里的材料遍布

  依据卡诺循环,以更高的温度运行发动机能提高能源效率,从而使发动机更节能。从压气机、燃烧仓、涡轮到维护和支撑发动机的机匣,从航空航天发动机里的众多静止转动件到各种螺栓紧固件,Inconel 718被广泛用于制造航空发动机的高温构件。特别是当今处于领先地位的航空航天发动机,Inconel 718的使用量更高,GE公司有名的CF6发动机品质的三分之一全是该合金,而P&W企业的PW4000发动机中Inconel 718合金的使用量也是超出了该发动机品质的一半。

  Inconel 718成为了航空航天运用的基石,同时,它仍在核反应堆(换热器管路)、潜艇(螺旋桨叶片、迅速断掉设备、协助推动电机)、化工(器皿、泵、闸阀、管路)、发电(工业气轮机)、石油和天然气工业(矿井管路、井筒硬件、火把臂)等领域有着关键运用。

  Inconel 718与不锈钢和钛合金

  在严苛温度条件下的性能方面,镍基合金(如Inconel 718)可能要优于钛合金或钢,镍基合金的氧化防护层进一步提高了物理性能。下表列出了Inconel 718、不锈钢和钛合金性能。

  高性能材料的强度

  3D打印Inconel 718性能

  3D打印17-4 PH不锈钢的特性

  3D打印316L不锈钢的特性

  3D打印Ti6Al4V性能

  3D打印为Inconel 718产生加工及应用潜力

  选用非3D打印工艺完成镍基高温合金所需的设计可能出现趣味性。当使用机械加工、煅造或焊接等传统制造方式时,在工艺开始前通常需要淬火,部件的高温浸蚀、抗蠕变性等会受到影响。Inconel 718合金的增材制造结果显示,物理性能并没有被放弃,甚至可以超出锻造或煅造零件的特性。

  此外,Inconel 718因其切削温度高、冷作硬化严重等问题,属于典型的难加工材料。针对航空航天运用中一般所需的繁杂几何结构,Inconel 718零件的制造通常很困难且成本高昂。

  3D打印的Inconel 718发动机燃烧仓轴套

  3D打印的镍基高温合金换热器用以高温髙压环境里

  3D打印的镍基高温合金火箭发动机

  如GE航空这种航空航天企业已经在飞机发动机制造中应用3D打印的Inconel 718。在从而实现然料和成本节省的同时,设计随意、零件降低和供应链效率的提升使增材制造变成航空航天业关注的重点。

  3D打印非常合金的低温性能也具备运用潜力,管道和机壳、低温悬架和支撑系统、叶轮或泵结构、阀座、冷凝器、热管、隔热设计、换热器,以及高孔隙系统中汽体贮存都非常适合高韧性高温合金的应用,其环境温度遮盖从-273℃的低温到760℃的高温。

  粉末金属发展及其工业型金属3D打印机的发展,促进了很多领域中间的对话,进而释放了增材制造非常合金的优点。

  注:文中内容来自3D打印技术参照。