إنكونيل 625وإنكونيل 718هما السبائكتان الفائقتان اللتان تعتمدان على النيكل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في العالم، ويشكلان معًا حصة كبيرة من الاستهلاك العالمي للسبائك الفائقة. على الرغم من مشاركة اسم عائلة Inconel®، فقد تم تصميمهما لوظائف أساسية مختلفة بشكل أساسي: يعطي Inconel 625 الأولوية لمقاومة التآكل والأكسدة في درجات الحرارة القصوى، بينما يعطي Inconel 718 الأولوية للقوة الميكانيكية الاستثنائية في ظل الأحمال الهيكلية الصعبة.
يوفر هذا التقرير للمهندسين ومتخصصي المشتريات والمشترين الفنيين مقارنة دقيقة مبنية على البيانات-تشمل التركيب الكيميائي، والخواص الميكانيكية والفيزيائية، وسلوك التآكل، وقابلية اللحام، والتطبيقات الصناعية، والتكلفة الإجمالية للملكية. يتم تضمين مصفوفة اختيار نهائية لتسريع عملية اتخاذ القرار بشأن السبائك-.
|
مفتاح |
625=ملك التآكل ودرجة الحرارة (حتى 982 درجة)|718=بطل القوة والتعب (UTS حتى 1,380 ميجا باسكال). يمكن أن يؤدي الاختيار الخاطئ إلى الفشل المبكر أو التكلفة غير الضرورية. |
ما هي سبائك النيكل الفائقة؟
سبائك النيكل الفائقة هي فئة من{0}المواد المعدنية عالية الأداء المصممة للاحتفاظ بالقوة الميكانيكية، وثبات السطح، ومقاومة التآكل عند درجات الحرارة التي قد تتسبب في فشل الفولاذ التقليدي وسبائك الألومنيوم تمامًا. فهي العمود الفقري للفضاء الحديث والطاقة والمعالجة الكيميائية وهندسة البحار العميقة.
يعد مصطلح "Inconel" علامة تجارية مسجلة لشركة Special Metals Corporation (التي أصبحت الآن جزءًا من PCC، Precision Castparts Corp.)، ويتم تطبيقها على عائلة من سبائك النيكل الأوستنيتي- الفائقة والكروم. ضمن هذه العائلة، هيمنت الدرجة 625 والدرجة 718 على الاستهلاك العالمي لعقود من الزمن بسبب خصائصهما العقارية الاستثنائية والمتكاملة.
التركيب الكيميائي
تعود اختلافات الأداء بين 625 و718 مباشرةً إلى مخططاتها الكيميائية المميزة. إن فهم التركيب هو الخطوة الأولى لفهم السلوك.
|
عنصر |
ني |
كر |
شهر |
ملحوظة + تا |
الحديد |
|
إنكونيل 625 |
أكبر من أو يساوي 58% |
20–23% |
8–10% |
3.15–4.15% |
أقل من أو يساوي 5% |
|
إنكونيل 718 |
50–55% |
17–21% |
2.8–3.3% |
4.75–5.50% |
بال. |
يحتوي إنكونيل 625 على قدر أكبر بكثير من الموليبدينوم (8-10%) مقارنة بـ 718 (2.8-3.3%). Mo هو المحرك الأساسي لمقاومة التآكل والشقوق في بيئات الكلوريد، مما يمنح 625 أداءً فائقًا في مياه البحر.
يستخدم Inconel 718 محتوى أعلى من النيوبيوم (4.75–5.5%) لتكوين مرحلة الراسب Ni3Nb gamma-double-prime ( '') - مصدر استجابة التصلب غير العادية -.
يعكس توازن الحديد في 718 (مقابل الحد الأدنى للنيكل في 625) مصدر التكلفة -المحسن باعتباره سبيكة هيكلية فضائية حيث كان هدف التصميم هو القوة، وليس المقاومة القصوى للتآكل.
كلا السبيكتين أوستنيتيتان بالكامل (بنية بلورية FCC) وغير-مغناطيسية في الحالة الملدنة.
الخواص الميكانيكية
تُعد الخواص الميكانيكية عامل التمييز الأكثر أهمية لتطبيقات الآلات الهيكلية والدوارة-. تعكس البيانات الواردة أدناه القيم النموذجية لظروف المنتجات الصناعية الأكثر شيوعًا.
|
ملكية |
حالة |
625 قيمة |
718 القيمة |
وحدة |
Δ |
|
قوة الشد |
صلب/العمر |
930 |
1,380 |
MPa |
↑48% |
|
قوة الخضوع (0.2%) |
صلب/العمر |
517 |
1,170 |
MPa |
↑126% |
|
استطالة |
صلب/العمر |
42.5 |
12 |
% |
↓71% |
|
صلابة |
صلب/العمر |
أقل من أو يساوي 25 HRC |
38-44 لجنة حقوق الإنسان |
لجنة حقوق الإنسان |
- |
|
أقصى درجة حرارة الخدمة. |
مستمر |
982 |
704 |
درجة |
- |
|
قوة التعب (10⁸) |
مسن |
~380 |
~620 |
MPa |
↑63% |
يحقق Inconel 718 old أكثر من ضعف قوة الشد والخضوع للملدن 625 - مما يجعله الاختيار الواضح للمكونات الهيكلية أو المحمل- أو الكلال- الحرجة.
Inconel 625 retains outstanding ductility (>استطالة بنسبة 40%) حتى في حالة التلدين، وهو أمر بالغ الأهمية للتشكيل، والعمل على البارد-، والتطبيقات الخاضعة لتحميل الصدمات.
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة 625 (982 درجة متواصلة) أعلى بحوالي 280 درجة من 718 (704 درجة)، مما يعكس مقاومة الأكسدة الفائقة التي يمنحها محتواها العالي من الكروم والموليبدينوم.
|
ملحوظة |
يمكن استخدام Inconel 718 حتى ~980 درجة لمدة قصيرة- أو للتطبيقات غير الهيكلية-، ولكن التحميل الميكانيكي المستدام فوق 704 درجة يسبب زيادة سريعة في الوزن وفقدان القوة. |
مقاومة التآكل
مقاومة التآكل هي القوة الأساسية لـ Inconel 625 وقدرة كبيرة (وإن كانت ثانوية) لـ Inconel 718. يتفوق كلاهما على الفولاذ المقاوم للصدأ في معظم البيئات العدوانية، لكن تفوقهما النسبي يختلف بشكل كبير حسب نوع البيئة.
|
البيئة / متري |
إنكونيل 625 |
إنكونيل 718 |
|
مياه البحر / كلوريد |
ممتاز (بدون حفر) |
Good (moderate risk at >400 درجة) |
|
الأحماض المؤكسدة |
ممتاز |
جيد |
|
تقليل الأحماض |
جيد جدًا |
معتدل |
|
حمض الفوسفوريك (85%) |
ممتاز |
معتدل |
|
حمض الهيدروفلوريك |
جيد |
محدود |
|
تآكل الشقوق |
مقاومة ممتازة |
مقاومة معتدلة |
|
الإجهاد-تكسير التآكل |
مقاومة عالية |
عرضة للحساسية |
|
PREN (مقاومة التنقر) |
~52 |
~38 |
يؤدي ارتفاع الموليبدينوم (8-10٪) إلى رفع PREN من ~ 38 (718) إلى ~ 52 (625)، مما يضعه فوق العتبة الحرجة لمقاومة موثوقة للتنقر في مياه البحر.
625 محصن ضد إجهاد الكلوريد-التكسير الناتج عن التآكل (SCC) الذي يهاجم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ويشكل خطرًا على 718 في الظروف الحساسة.
يتم استخدام 625 كمادة مرجعية NACE MR0175/ISO 15156 لبيئات الخدمة الحامضة - (H₂S + CO₂) في النفط والغاز.
الخصائص الفيزيائية
تتحكم الخصائص الفيزيائية في الإدارة الحرارية، واستقرار الأبعاد، ووزن المكون - وهو أمر مهم لتصميم النظام حتى عندما تكون ثانوية بالنسبة للأداء الميكانيكي.
|
ملكية |
إنكونيل 625 |
إنكونيل 718 |
|
الكثافة (جم/سم³) |
8.44 |
8.19 |
|
نطاق الانصهار (درجة) |
1,290–1,350 |
1,260–1,336 |
|
الموصلية الحرارية (W/m·K @ 21 درجة) |
9.8 |
11.4 |
|
المقاومة الكهربائية (μΩ·m) |
1.29 |
1.25 |
|
معامل المرونة (GPa) |
207 |
200 |
|
معامل التمدد الحراري (ميكرومتر/م· درجة، 21–93 درجة ) |
12.8 |
13.0 |
|
السعة الحرارية النوعية (J/kg·K) |
410 |
435 |
تتمتع كلا السبيكتين بخصائص فيزيائية متشابهة إلى حد كبير، كما هو متوقع من السبائك التي تشترك في مصفوفة الأوستينيت-التي يغلب عليها النيكل. إن فرق الكثافة المتواضع (8.44 مقابل 8.19 جم/سم³) يفضل قليلاً 718 في الوزن-التطبيقات الهيكلية الفضائية الحساسة.
قابلية اللحام والتصنيع
قابلية التصنيع - إن السهولة التي يمكن بها لحام السبيكة وتشكيلها وتصنيعها - لها تأثير مباشر على إجمالي تكلفة التصنيع وقابلية الإصلاح الميداني. وهذا مجال ذو اختلاف عملي كبير بين 625 و718.
|
عامل قابلية اللحام |
إنكونيل 625 |
إنكونيل 718 |
|
قابلية اللحام الأساسية |
ممتاز |
جيد (يتطلب رعاية) |
|
ما بعد-المعالجة الحرارية للحام |
ليس مطلوبا عادة |
مطلوب للقوة الكاملة |
|
خطر التكسير الساخن |
قليل |
معتدل (فصل ملحوظة) |
|
حشو معدني (AWS) |
إرنيكرمو-3 |
ارنيفيكر-2 |
|
مطلوب التسخين المسبق |
لا |
Sometimes (>قسم 50 ملم) |
|
درجة الحرارة البينية. حد |
لم يتم تحديد أي شيء |
أقل من أو يساوي 177 درجة الموصى بها |
الآثار المترتبة على تكلفة التصنيع
يعتبر لحام Inconel 625 أسهل بكثير، مما يلغي الحاجة إلى المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) الباهظة الثمن في معظم التطبيقات. وهذا يترجم إلى انخفاض مهلة التصنيع وتكاليف التجميعات الملحومة.
تضيف متطلبات Inconel 718 لـ PWHT (والأفران الجوية-المرتبطة) تكلفة وتعقيدًا، إلا أن البنية الدقيقة المقوية لهطول الأمطار-توفر مستويات القوة التي تبرر هذا الاستثمار في تطبيقات الفضاء الجوي وتطبيقات الأحمال العالية-.
يعد تصنيع كلا السبائك أمرًا صعبًا بسبب تصلب العمل. تعد الأدوات الحادة، والتغذية المنخفضة، ومبرد الغمر من الآلات الأساسية. 625 بسهولة أكبر قليلاً من 718 في الحالة القديمة.
الأسئلة المتداولة
لا. على الرغم من أن 625 يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل في درجات الحرارة العالية، إلا أن قوة الخضوع الملدنة (~517 ميجا باسكال) أقل من نصف قوة 718 (~1,170 ميجا باسكال). يتطلب قرص التوربين الذي يدور بعشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة أن يكون الترسيب-بنية مجهرية صلبة تبلغ 718 لمقاومة ضغوط الطرد المركزي. 625 قد تفشل بسبب الخضوع والتعب عند مستويات ضغط تشغيل المحرك-.
718 is not the preferred choice for continuous seawater immersion. Its PREN (~38) falls below the >تعتبر عتبة 40 آمنة بشكل عام لمقاومة التآكل في الشقوق في مياه البحر الراكدة. في مياه البحر المتدفقة أو مع الحماية الكاثودية، قد يكون أداء 718 مقبولًا، ولكن Inconel 625 (PREN ~52) هو الحل الهندسي للتطبيقات البحرية وفقًا لمعايير NACE/ISO.
لا. في الظروف المثالية للمعالجة الحرارية-، يكون Inconel 718 أقوى بنسبة 48% تقريبًا في قوة الشد وأكثر من 100% في مقاومة الخضوع. 625 ويمكن تقويته عن طريق العمل البارد، ولكن لا يمكن أن يطابق خصائص الترسيب-المتصلبة لـ 718 بأي معالجة حرارية.
يتم إنشاء كلا السبائك في التصنيع الإضافي عبر دمج طبقة مسحوق الليزر (LPBF) وترسيب الطاقة الموجهة (DED). يمتلك Inconel 718 مجموعة بيانات منشورة أكبر وتاريخًا أوسع لتأهيل العمليات، خاصة في مجال الطيران. يُفضل Inconel 625 لأجزاء AM التي تتطلب مقاومة للتآكل كوظيفة أساسية. يعكس الاختيار التطبيقات التقليدية: 625 للتآكل-الحرج، 718 للقوة-مكونات AM الحرجة.
نعم. العديد من السبائك تحتل مواقع وسيطة. يضيف Inconel 625 Plus (UNS N07716) قدرة التصلب-العمرية إلى التركيب الأساسي 625-مثل، مما يحقق قوة إنتاج تصل إلى ~827 ميجا باسكال - مفيدة عندما تكون هناك حاجة إلى مقاومة التآكل وقوة أعلى. السبائك 725 (UNS N07725) هي سبيكة أخرى من سبائك الموليبدينوم -نيكل قابل للتصلب-كروم- مؤهلة للخدمة الحامضة بموجب NACE MR0175. استشر مهندس مواد عندما لا يلبي المعيار 625 أو 718 متطلبات التآكل/القوة المزدوجة بشكل كامل.
خاتمة
إن Inconel 625 وInconel 718 هما حلول متكاملة وليست متنافسة للتحديات الهندسية المختلفة. لا توجد سبيكة واحدة متفوقة عالميًا؛ إن السبائك "الأفضل" هي دائمًا تلك التي تتوافق بشكل مثالي مع المجموعة المحددة من درجة الحرارة والإجهاد وبيئة التآكل وطريقة التصنيع وقيود التكلفة لتطبيقك.
في ملخص:
إن Inconel 625 هي السبائك-الرائدة عالميًا في مقاومة التآكل وثبات الأكسدة في درجات الحرارة العالية-، على حساب القوة الميكانيكية المنخفضة. إنه الاختيار الافتراضي للمعالجة الكيميائية والبحرية وأي تطبيق يكون فيه التآكل هو وضع الفشل السائد.
إن Inconel 718 هو السبائك الفائقة الأكثر استخدامًا على مستوى العالم -للتطبيقات الهيكلية عالية القوة، خاصة في الدفع الفضائي والآلات الدوارة. توفر بنيتها المجهرية المتصلبة -خصائص ميكانيكية لا يمكن تحقيقها بواسطة 625 تحت أي ظرف.
عندما تكون هناك حاجة إلى كل من مقاومة التآكل والقوة المرتفعة في وقت واحد، يجب إجراء تحليل السبائك الوسيطة أو المقايضة الهندسية-مع مهندس مواد مؤهل.
|
الحكم النهائي |
625=التميز في التآكل ودرجة الحرارة|718=التميز في القوة الميكانيكية. ولا يوجد أي منهما متفوق عالميًا. قم بمطابقة السبائك مع وضع الفشل السائد في تطبيقك - وتحقق من ذلك باستخدام البيانات، وليس الافتراضات. |
