Werkstoff 718 ist eine Superlegierung auf Nickelbasis, die sich durch außergewöhnliche Hochtemperaturfestigkeit, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Er wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, in der Energieerzeugung und in industriellen Anwendungen eingesetzt, wo Materialien extremen Umgebungen standhalten müssen. Dieser umfassende Leitfaden enthält wichtige Details über den Werkstoff 718, die Ingenieuren, Konstrukteuren und Beschaffungsexperten helfen, seine Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Installation und vieles mehr zu verstehen.
Übersicht über das Material 718
Werkstoff 718, auch bekannt unter Handelsnamen wie Inconel 718, IN718 und NS163, ist eine ausscheidungsgehärtete Nickel-Chrom-Legierung, die erhebliche Mengen an Eisen, Niob und Molybdän sowie Spuren von Aluminium und Titan enthält.
Die wichtigsten Eigenschaften und Merkmale des Werkstoffs 718:
Tabelle 1: Eigenschaften und Merkmale des Werkstoffs 718
| Eigenschaften | Einzelheiten |
|---|---|
| Zusammensetzung | Nickel-Chrom-Legierung mit Niob, Molybdän, Eisen, Aluminium, Titan |
| Dichte | 8,19 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 1260-1335°C |
| Stärke | Ausgezeichnete Festigkeit von -253 bis 704°C |
| Härte | 36-41 HRC |
| Zähigkeit | Widersteht Vibrationen, Temperaturschocks und Ermüdung |
| Korrosionsbeständigkeit | Widersteht Lochfraß und Spaltkorrosion auch bei hohen Temperaturen |
| Oxidationsbeständigkeit | Bildet eine schützende Oxidschicht bei bis zu 1000°C |
| Schweißeignung | Gut schweißbar mit GTAW, GMAW, SMAW |
| Herstellbarkeit | Warm- oder kaltverformt in verschiedenen Formen |
| Kosten | Höhere Kosten als Kohlenstoffstähle |
Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eignet sich der Werkstoff 718 gut für den Einsatz in Umgebungen mit extremen Temperaturen, Druck, Korrosion und hoher Belastung, in denen hohe Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind.
Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten des Werkstoffs 718
Die außergewöhnlichen Eigenschaften des Werkstoffs 718 machen ihn ideal für den Einsatz in anspruchsvollen Anwendungen:
Tabelle 2: Anwendungen und Verwendungen des Werkstoffs 718
| Anmeldung | Verwendet |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Triebwerks- und Flugwerkskomponenten, Schaufeln, Scheiben, Befestigungselemente, Gehäuse, Halterungen |
| Öl & Gas | Bohrlochwerkzeuge, Bohrgestänge, Bohrlochkopfausrüstung, Ventile, Pumpen |
| Stromerzeugung | Gasturbinenschaufeln, Generatoren, Dampfturbinenteile, Wärmetauscher |
| Automobilindustrie | Turboladerteile, Ventile, Auspuffkomponenten |
| Chemische Verarbeitung | Reaktoren, Rohrleitungen, Wärmetauscher, Druckbehälter |
| Kontrolle der Umweltverschmutzung | Schornsteinwäscher, Müllverbrennungsanlagen, Heißgasfilter |
| Werkzeugbau | Extrusionswerkzeuge, Spritzgießformen für Kunststoffe, Heißarbeitswerkzeuge |
| Medizinische | Implantate, Prothesen, die den Knochen berühren |
| Marine | Seewasserpumpen, Entsalzungsanlagen, Offshore-Bohrinseln |
| Wärmebehandlung | Vorrichtungen, Tabletts, Körbe, Werkzeuge für Heißarbeiten |
Die Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturleistung macht 718 zu einem unschätzbaren Wert für kritische Teile, die in Schlüsselindustrien extremen Bedingungen ausgesetzt sind.
Spezifikationen von Material 718
Der Werkstoff 718 wird nach strengen Spezifikationen hergestellt, die seine chemische Zusammensetzung, seine mechanischen Eigenschaften, sein Gefüge und andere Qualitätsparameter bestimmen.
Tabelle 3: Spezifikationen und Normen für den Werkstoff 718
| Spezifikation | Einzelheiten |
|---|---|
| UNS-Nummer | N07718 |
| AMS-Spezifikation | AMS 5662, AMS 5663, AMS 5664 |
| ASTM-Spezifikation | ASTM B637 |
| ISO-Spezifikation | ISO 6207 |
| Chemische Zusammensetzung | Ni 50-55%, Cr 17-21%, Nb 4,75-5,5%, Mo 2,8-3,3%, Ti 0,65-1,15%, Al 0,2-0,8%, C 0,08% max |
| Dichte | 8,19 g/cm3 |
| Schmelzbereich | 1260-1335°C |
| Mechanische Eigenschaften | Zugfestigkeit 1241 MPa, Streckgrenze 1034 MPa, Dehnung 12% |
| Größe der Körner | ASTM 6 oder feiner |
| Härte | 36-41 HRC |
| Mikrostruktur | Austenitische kubisch-flächenzentrierte (FCC) Matrix mit Ausscheidungshärtung |
Die Einhaltung der zertifizierten Spezifikationen stellt sicher, dass der Werkstoff 718 bei allen Anwendungen gleichbleibende Leistungen erbringt. Während der Herstellung werden strenge Qualitätskontrollen und Tests durchgeführt.
Wichtige Konstruktionsüberlegungen für den Werkstoff 718
Um das Potenzial des Werkstoffs 718 voll ausschöpfen zu können, müssen Ingenieure bei der Konstruktion von Bauteilen Faktoren wie die folgenden berücksichtigen:
Tabelle 4: Wichtige Konstruktionsfaktoren für den Werkstoff 718
| Entwurfsüberlegungen | Einzelheiten |
|---|---|
| Anforderungen an die Stärke | Gleichgewicht zwischen hoher Festigkeit und Verarbeitbarkeit, Anpassung an das erforderliche Festigkeitsniveau |
| Ermüdungswiderstand | Konstruktion für zyklische Belastungsbedingungen, Ausscheidungshärtung nutzen |
| Korrosionsbeständigkeit | Berücksichtigung der Betriebsumgebung, Temperaturen, Belastungen |
| Toleranzen | Einhaltung enger Toleranzen für Passform, Spiel und Abmessungen |
| Gewichtsreduzierung | Optimierung der Konstruktionen zur Gewichtsreduzierung, wo immer möglich |
| Kostenreduzierung | Abwägen von Leistungsanforderungen und Kosten, Nutzung von Kompromissen zwischen Bearbeitung und Gießen/Schmieden |
| Herstellbarkeit | Berücksichtigung von Umform-, Bearbeitungs- und Verbindungseigenschaften |
| Inspektion | Zugang für die Inspektion kritischer Bereiche einplanen |
| Prüfung | Validierung von Entwürfen gemäß den Spezifikationen durch Tests |
| Codes | Einhaltung der für die Anwendung erforderlichen Industrievorschriften |
Eine durchdachte Konstruktion, die diese Faktoren berücksichtigt, ermöglicht es den Ingenieuren, die Vorteile von 718 voll zu nutzen und gleichzeitig die Einschränkungen zu verringern.
Formen und Verarbeitung von Material 718
Der Werkstoff 718 ist bei den Anbietern in einer breiten Palette von Formen und Verarbeitungsbedingungen erhältlich, die den spezifischen Konstruktionsanforderungen entsprechen:
Tabelle 5: Formen und Verarbeitungsmöglichkeiten für Material 718
| Formular/Verarbeitung | Einzelheiten | Anwendungen |
|---|---|---|
| Bargeldbestand | Warmgewalzte, kaltgezogene Rundstäbe, Vierkantstäbe, Sechskantstäbe | Bearbeitete Teile, Pumpenwellen, Befestigungselemente |
| Platte | Warmgewalztes Blech, geschertes Blech | Strukturelle Teile, Gehäuse, Halterungen |
| Blatt | Warmgewalztes, kaltgewalztes, geschertes Blech | Ummantelungen, Kanäle, Abdeckungen |
| Schläuche | Nahtlos, geschweißt | Rohrleitungen, Wärmetauscher, Zylinder |
| Gussteile | Feinguss, Sandguss | Komplexe Formteile, Gehäuse |
| Strangpressprofile | Heiß extrudiert | Luftfahrzeugstreben, Kanäle |
| Formteile | Geschlossene Gesenkschmiedestücke | Ringe, Scheiben, Verschlüsse |
| Schweißen | GTAW, GMAW, SMAW | Gefertigte Komponenten und Baugruppen |
| Wärmebehandlung | Lösungsglühen und Altern, Stabilisieren | Optimieren der endgültigen Eigenschaften |
| Beschichtungen | Galvanische Beschichtungen, Konversionsbeschichtungen | Korrosionsschutz |
| Zusatzstoff Mfg | Pulverbett, gerichtete Energieabscheidung | Komplexe Geometrien |
Die Wahl der optimalen Form und des optimalen Verarbeitungsprozesses ermöglicht es den Konstrukteuren, das richtige Gleichgewicht zwischen Eigenschaften, Leistung und Kosten für ihre spezifische Anwendung zu finden.
Lieferanten und Verfügbarkeit von Material 718
Als eine weit verbreitete Superlegierung ist der Werkstoff 718 bei den weltweit führenden Anbietern von Hochleistungslegierungen leicht erhältlich:
Tabelle 6: Führende Lieferanten von Material 718
| Anbieter | Produktbezeichnungen | Verfügbare Formulare |
|---|---|---|
| Haynes International | Haynes 718 Alloy | Stange, Blech, Platte, Rohr |
| Carpenter Technologies | Pyromet 718 | Stange, Knüppel, Draht |
| Sondermetalle Corp. | Inconel 718 | Stange, Platte, Blech, Rohr, Schweißdraht |
| VSMPO | EI-718 | Platten, Bleche, Stangen |
| Allegheny-Technologien | U718 | Stange, Knüppel, Platte, Blech |
| Sandvik Werkstoffe | Sanicro 718 | Stange, Draht |
Der Werkstoff 718 ist mit kurzen Vorlaufzeiten bei Händlern in verschiedenen Formen erhältlich, darunter Stangen, Platten, Bleche, Rohre und Schweißzusatzwerkstoffe. Kundenspezifische Schmiedeteile, Gussteile und Verbindungselemente sind ebenfalls von zugelassenen Lieferanten erhältlich.
Tabelle 7: Preisspannen für Material 718
| Form | Preisspanne |
|---|---|
| Platte | 8-12 Dollar pro Pfund |
| Bar | 7-10 Dollar pro Pfund |
| Blatt | $12-18 pro Pfund |
| Tube | 15-22 Dollar pro Pfund |
| Schmieden | $15-25 pro Pfund |
| Gussteile | 18-30 Dollar pro Pfund |
Die Preise variieren je nach Auftragsvolumen, Größe, Vorlaufzeit, Test-/Inspektionsanforderungen und Lieferant. OEM-Vereinbarungen für große Mengen können die Kosten erheblich senken.
Einbau von Material 718 Komponenten
Der ordnungsgemäße Einbau von Bauteilen aus Material 718 erfordert die Einhaltung der Spezifikationen, die Anwendung qualifizierter Verfahren und eine sorgfältige Dokumentation:
Tabelle 8: Material 718 Einbaurichtlinien
| Parameter | Empfehlungen |
|---|---|
| Handhabung | Geeignete Hebevorrichtungen verwenden, Oberflächenbeschädigungen vermeiden |
| Lagerung | In geschlossenen Räumen aufbewahren, fern von Chemikalienexposition |
| Befestigung | Verwenden Sie die angegebenen Drehmomente, Anti-Seize-Mittel |
| Dichtungen | Kompatible Dichtungsmaterialien auswählen, bei Bedarf ersetzen |
| Versiegeln | Sicherstellung von leckdichten Dichtungen, Qualitätsschweißnähte zur Druckeindämmung |
| Verbindungen | Doppelte Prüfwerte für Rohre, Ventile, Fittings |
| Dokumentation | Aufzeichnung von Drehmomentwerten, Dichtheitsprüfungen, Anomalien |
| Prüfung | Validierung von Drucktests und Integritätstests vor dem Betrieb |
| Sicherheit | Persönliche Schutzausrüstung tragen, sichere Arbeitserlaubnis |
Die Einhaltung qualifizierter Installationsverfahren ist unerlässlich, um Lecks, Schäden oder unsichere Bedingungen bei der Inbetriebnahme von 718-Systemen zu vermeiden. Eine sorgfältige Dokumentation sorgt für Qualitätsnachweise.
Betrieb und Wartung von Material 718 Ausrüstung
Um eine zuverlässige Leistung und eine lange Lebensdauer von Geräten aus Material 718 zu erreichen, müssen ordnungsgemäße Betriebs- und Wartungsprotokolle eingeführt werden:
Tabelle 9: Richtlinien für Betrieb und Wartung von Material 718
| Tätigkeit | Empfehlungen |
|---|---|
| Überwachung | Kontinuierliche Überwachung von Druck, Durchfluss, Temperatur und Vibration |
| Inspektion | Regelmäßige Inspektion auf Verschleiß, Korrosion, Risse |
| Schmierung | Aufrechterhaltung des richtigen Ölstands, Filterwechsel |
| Siegel | Ersetzen Sie verschlissene oder beschädigte Dichtungen und Dichtungsringe |
| Befestigungselemente | Prüfen und Nachziehen kritischer Befestigungselemente |
| Reinigung | Befolgen Sie die richtigen Verfahren, um Ablagerungen zu entfernen und Schäden zu vermeiden. |
| Overhaul | Demontage, Inspektion und Reparatur von Komponenten nach Plan |
| Dokumentation | Aufzeichnung von Betriebsparametern, Wartungsmaßnahmen |
| Ausbildung | Sicherstellen, dass das Personal ordnungsgemäß in den Verfahren geschult ist |
| Sicherheit | Verriegelung, Kennzeichnung und persönliche Schutzausrüstung verwenden |
Der Betrieb und die Wartung von 718-Geräten gemäß den OEM-Richtlinien gewährleistet eine sichere und zuverlässige Langzeitleistung.
Auswahl eines zuverlässigen Lieferanten für Material 718
Bei der Vielzahl von Lieferanten, die den Werkstoff 718 anbieten, ist die Wahl einer zuverlässigen Quelle der Schlüssel zur Gewährleistung qualitativ hochwertiger, konsistenter Komponenten:
Tabelle 10: Auswahl eines zuverlässigen Lieferanten für den Werkstoff 718
| Betrachtung | Bewährte Praktiken |
|---|---|
| Reputation | Auswahl etablierter Lieferanten mit nachgewiesener Erfolgsbilanz |
| Qualitätssysteme | Zertifizierungen nach ISO 9001 und AS9100 |
| Prüffähigkeiten | Der Lieferant sollte über umfangreiche interne Labortestmöglichkeiten verfügen. |
| Bestandsaufnahme | Suchen Sie nach Händlern mit einem großen Lagerbestand an Standardgrößen, um eine schnelle Lieferung zu ermöglichen. |
| Vorlaufzeiten | Fragen Sie nach den aktuellen Lieferzeiten und der Verfügbarkeit für Ihren speziellen Bedarf |
| Technische Unterstützung | Der Lieferant sollte sachkundige technische Unterstützung bieten |
| Dokumentation | Werkszertifikate des Herstellers sollten vorgelegt werden |
| Sicherung der Qualität | Fähigkeit zur Erbringung von Inspektionsdienstleistungen durch Dritte |
| Verlässlichkeit | Pünktliche Lieferung und vollständige Aufträge sind entscheidend |
| Wertschöpfung | Einige bieten zusätzliche Dienstleistungen wie Wärmebehandlung, Bearbeitung, Beschichtung |
Durch die Wahl von Lieferanten mit fundierten Kenntnissen und Fähigkeiten in Bezug auf den Werkstoff 718 wird sichergestellt, dass die Käufer Produkte erhalten, die durchweg den Spezifikationen entsprechen.
Vor- und Nachteile des Werkstoffs 718
Der Werkstoff 718 bietet eine hervorragende Leistung bei anspruchsvollen Anwendungen, hat jedoch einige Einschränkungen, die zu beachten sind:
Tabelle 11: Vor- und Nachteile von Werkstoff 718
| Profis | Nachteile |
|---|---|
| Ausgezeichnete Festigkeit bei hohen Temperaturen | Teurer als niedrigere Legierungen |
| Widerstandsfähig gegen Kriechen, Bruch und Ermüdungsbruch | Unterliegt der Rissbildung durch Dehnungsalterung während der Umformung |
| Widersteht Temperaturschocks und Temperaturschwankungen | Geringere Korrosionsbeständigkeit als bei nichtrostenden Stählen |
| Oxidationsbeständig bis zu 1000°C | Erfordert Wärmebehandlung, um volle Eigenschaften zu erreichen |
| Lässt sich leicht schweißen und verarbeiten | Empfindlich gegen Verunreinigungen bei der Verarbeitung |
| Bearbeitbar mit Hochleistungswerkzeugen | Schwierig, unterschiedliche Metalle zu verbinden |
| Zu komplexen Formen formbar | Begrenzt auf Dauerbetrieb bei bis zu 704°C |
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen Konstruktions- und Verfahrensingenieure daran arbeiten, die Vorteile von 718 zu maximieren und gleichzeitig die Einschränkungen durch eine ordnungsgemäße Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Bedienung zu minimieren.
Werkstoff 718 im Vergleich zu anderen Superlegierungen
Der Werkstoff 718 gehört zur Familie der Nickel-Chrom-Superlegierungen. Er bietet im Vergleich zu anderen Superlegierungen ein optimales Gleichgewicht der Eigenschaften:
Tabelle 12: Der Werkstoff 718 im Vergleich zu anderen Superlegierungen
| Legierung | Stärke | Zähigkeit | Schweißeignung | Korrosionsbeständigkeit | Temperaturbeständigkeit | Kosten |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 718 | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Mäßig | Ausgezeichnet | Mäßig |
| Waspaloy | Ausgezeichnet | Gut | Messe | Mäßig | Ausgezeichnet | Hoch |
| Rene 41 | Gut | Mäßig | Gut | Mäßig | Ausgezeichnet | Mäßig |
| Hastelloy X | Mäßig | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Gut | Sehr hoch |
| Haynes 230 | Ausgezeichnet | Mäßig | Gut | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Hoch |
| Inconel 625 | Mäßig | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Mäßig | Mäßig |
Der Werkstoff 718 bietet die beste Kombination aus Festigkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit für viele anspruchsvolle Anwendungen, insbesondere wenn die Kosten eine Rolle spielen.
Werkstoff 718 und Additive Fertigung
Die additive Fertigung (AM) ermöglicht die Herstellung komplexer 718-Teile, die mit herkömmlichen Methoden nur sehr schwer oder gar nicht zu realisieren wären. AM mit 718 bietet Vorteile wie:
- Fähigkeit zur Herstellung komplexer Geometrien, die beim Gießen oder Schmieden nicht möglich sind
- Geringere Vorlaufzeiten und Kosten für kleine Produktionsmengen
- Fähigkeit, Entwürfe eher im Hinblick auf Leistung als auf Herstellbarkeit zu optimieren
- Geringerer Abfall im Vergleich zu subtraktiven Fertigungsmethoden
- Fähigkeit, bestehende Komponenten zu reparieren oder mit neuen Funktionen zu versehen
- Möglichkeit der Konsolidierung von Baugruppen zu einzelnen gedruckten Teilen
Zu den Einschränkungen von AM mit 718 gehören:
- Höhere Kosten für große Produktionsmengen
- Langsamere Herstellungsraten als bei der traditionellen Fertigung
- Um die endgültigen Eigenschaften zu erreichen, kann eine Nachbearbeitung erforderlich sein.
- Anisotrope Materialeigenschaften können Konstruktionsanpassungen erfordern
- Qualifizierungstests zur Validierung der Leistung gedruckter Teile erforderlich
- Der Reifegrad der Lieferkette hinkt der konventionellen Produktion hinterher
Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird AM mit 718 zunehmend für komplexe, hochwertige Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor und in der Industrie eingesetzt werden.
FAQs
F: Wofür wird der Werkstoff 718 verwendet?
A: Der Werkstoff 718 wird am häufigsten in Düsentriebwerken, Gasturbinen, chemischen und petrochemischen Anlagen und anderen Anwendungen eingesetzt, die eine außergewöhnliche Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen erfordern.
F: Ist der Werkstoff 718 schweißbar?
A: Ja, 718 lässt sich mit dem Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW), dem Metall-Schutzgasschweißen (GMAW), dem Metall-Schutzgasschweißen (SMAW) und anderen Schweißverfahren problemlos schweißen. Um Risse zu vermeiden, müssen die richtigen Verfahren befolgt werden.
F: Was ist der Unterschied zwischen Inconel 718 und Haynes 718?
A: Beides sind geschützte Namen für die Legierung 718. Inconel 718 wird von Special Metals Corporation hergestellt, während Haynes 718 von Haynes International produziert wird. Die Legierungen haben nahezu identische Zusammensetzungen und Eigenschaften.
F: Wie hoch ist die Zugfestigkeit von 718?
A: Die angegebene Mindestzugfestigkeit von geglühtem und gealtertem 718 beträgt 1241 MPa. Die tatsächliche Festigkeit kann je nach Verarbeitung 1370 MPa oder mehr erreichen.
F: Mit welchen Metallen kann 718 geschweißt werden?
A: 718 kann mit geeigneten Verfahren an Stähle, rostfreie Stähle und ungleiche Nickellegierungen geschweißt werden. Verbindungsdesign, Schweißzusatzwerkstoff und Wärmebehandlung nach dem Schweißen sind entscheidende Faktoren.
F: Was ist die maximale Betriebstemperatur von 718?
A: 718 hat zwar eine brauchbare Festigkeit bis zu 1095°C, ist aber für die meisten Anwendungen auf einen Dauereinsatz bis zu 704°C beschränkt. Höhere Temperaturen sind je nach Belastung und Umgebung möglich.
F: Ist der Werkstoff 718 mit Edelstahl 316 kompatibel?
A: Ja, 718 und 316 Edelstahl können erfolgreich miteinander verbunden und verwendet werden, wenn die richtige Konstruktion, Oberflächenvorbereitung und unterschiedliche Schweißverfahren befolgt werden.
F: Was ist der Unterschied zwischen den Legierungen 718 und 725?
A: Die Legierung 725 weist dank der Zusätze von Tantal und Niob eine leicht verbesserte Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. 725 ist teurer, bietet aber Vorteile für anspruchsvolle Anwendungen in der chemischen Prozessindustrie.