Genel Bakış
Inconel 718, gaz türbini bileşenleri, roket motorları ve nükleer reaktörler gibi aşırı sıcaklık uygulamaları için yaygın olarak kullanılan yüksek mukavemetli bir nikel-krom süper alaşımdır. Mükemmel mekanik özellikler, korozyon direnci ve işlenebilirliğin birleşimi Inconel 718'i havacılık, petrol ve gaz, enerji üretimi ve otomotiv gibi sektörlerde çok yönlü bir malzeme haline getirir.
Son yıllarda Inconel 718'in katmanlı üretimi (AM) karmaşık, yüksek performanslı metal parçaların imalatı için dönüştürücü bir üretim yöntemi olarak ortaya çıkmıştır. 3D baskı olarak da bilinen AM, geleneksel işleme veya dökümün kısıtlamaları olmadan bileşenleri doğrudan bir 3D modelden katman katman oluşturur.
Bu kılavuz aşağıdakilere derinlemesine bir bakış sağlar Inconel 718 3D baskıalaşım özellikleri, popüler AM işlem türleri, parametreler, mikro yapılar, mekanik davranış, işlem sonrası, uygulamalar ve tedarikçiler dahil olmak üzere. Mühendislere, tasarımcılara ve teknik program yöneticilerine Inconel 718 3D baskıyı uygulamada ve basılı parçaları üretim kullanımı için nitelendirmede yardımcı olmayı amaçlamaktadır.
Inconel 718 Alaşımına Genel Bakış
Inconel 718, niyobyum, molibden, alüminyum ve titanyum gibi önemli alaşım elementleri içeren çökeltme ile sertleştirilmiş bir nikel-krom alaşımıdır.
Inconel 718 Bileşimi
| Element | Ağırlık % | Amaç |
|---|---|---|
| Nikel | 50-55% | Korozyon direnci, süneklik |
| Krom | 17-21% | Oksidasyon direnci |
| Demir | Denge | Maliyet etkinliği |
| Niyobyum | 4.75-5.5% | Yağış güçleniyor |
| Molibden | 2.8-3.3% | Katı çözelti güçlendirme |
Nikel ve krom korozyon direnci ve yüksek sıcaklık kararlılığı sağlar. Niyobyum ve molibden gibi sertleştirici elementler, çökelme ve katı çözelti güçlendirme mekanizmaları yoluyla üstün mukavemet sağlar.
Inconel 718 Özellikleri
- 700°C'ye kadar mükemmel dayanım
- Yüksek darbe tokluğu ve yorulma direnci
- İyi oksidasyon ve korozyon direnci
- Yüksek sürünme kopma mukavemeti
- Standart tekniklerle kolayca şekillendirilebilir ve kaynaklanabilir
- Yoğunluk 8,19 g/cm3
Bu özellik kombinasyonu, Inconel 718'i çeliklerin ve alüminyum alaşımlarının yeteneklerinin ötesinde aşırı ortamlar için uygun hale getirir.
Inconel 718 3D Baskı Süreçler
Çeşitli eklemeli üretim süreçleri Inconel 718 ile başarı göstermiştir ve üretim uygulamaları için giderek daha fazla benimsenmektedir:
Inconel 718 için Popüler AM Prosesleri
| Süreç | Açıklama | Yoğunluk | Mikroyapı | Mekanik Özellikler |
|---|---|---|---|---|
| Lazer Toz Yatağı Füzyonu (L-PBF) | Lazer toz katmanlarını eritir | 99.5%+ | Sütunlu taneler, biraz gözeneklilik | Dövme aralığında gerilme mukavemeti |
| Elektron Işını Toz Yatağı Füzyonu (E-PBF) | Elektron ışını tozu eritir | 99.5%+ | Sütunlu taneler, biraz gözeneklilik | Dövme aralığında gerilme mukavemeti |
| Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme (DED) | Odaklanmış ısı kaynağı toz veya tel beslemesini eritir | 99% | Epitaksiyel taneler, biraz gözeneklilik | Proses parametrelerine göre değişken |
| Binder Jetting | Sıvı bağlayıcı toz partiküllerini seçici olarak birleştirir | 60%+ | Gözenekli, infiltrasyon gerektirir | Baskılı olarak düşük, sızma ile iyileşir |
L-PBF ve E-PBF, işlenmiş Inconel 718'e yaklaşan özelliklerle 99,5%'nin üzerinde yoğunluklara ulaşabilir. DED ve bağlayıcı püskürtme, tam yoğunluğa ulaşmak için işlem sonrası gerektirir.
Her işlem, istenen mikroyapı ve özellikleri elde etmek için baskı parametrelerinin optimizasyonunu gerektirir.
Inconel 718 3D Baskı Parametreleri
Baskı parametreleri, basılan Inconel 718 parçalarının ortaya çıkan mikroyapısını, kusurlarını ve mekanik performansını önemli ölçüde etkiler.
Anahtar Inconel 718 Baskı Parametreleri
| Parametre | Tipik Aralık | Etki |
|---|---|---|
| Katman kalınlığı | 20-100 μm | Yoğunluk, yüzey kalitesi |
| Lazer/ışın gücü | 100-500 W | Eriyik havuzu boyutu, ısıtma hızı |
| Tarama hızı | 100-1000 mm/s | Soğutma hızı, katılaşma |
| Kapak aralığı | 50-200 μm | Kapaklar arasında yapıştırma |
| Işın odağı | 30-100 μm | Erime havuzu genişliği, derinliği |
| Toz boyutu | 10-45 μm | Toz akışkanlığı, yüzey kalitesi |
Daha ince katmanlar ve daha dar kapaklar yoğunluğu ve yapışmayı artırır ancak yapım hızlarını düşürür. Daha hızlı tarama daha ince taneler verir ancak sıcak çatlamaya neden olabilir. Küçük toz boyutları yüzey kalitesini iyileştirir.
Parametrelerin dikkatli optimizasyonu, tane yapısı mukavemetini, sünekliği, yüzey kalitesini ve baskı verimliliğini ayarlar.
Inconel 718 3D Baskı Mikroyapıları
Inconel 718, AM süreçleri kullanılarak basıldığında çeşitli mikroyapılar sergiler:
Baskılı Inconel 718'de Mikroyapısal Özellikler
- Yapı yönüne paralel sütunlu taneler
- Taban plakası yönelimiyle eşleşen epitaksiyel taneler
- Tipik tane genişliği 100-400 μm
- Dendrit çekirdekleri ve interdendritik bölgeler arasında katılaşma ayrışması
- Dövme ürüne kıyasla doku eksikliği
- γ" ve γ' gibi güçlendirici fazların çökelmesi
- Tamamlanmamış füzyondan kaynaklanan gözeneklilik ve mikro çatlaklar
Tane morfolojisi, baskı sırasında ısı akışını ve katılaşma modellerini takip eder. Ayrışma, çatlamaya neden olabilecek kimyasal değişikliklere yol açar. Düzgün, kontrollü bir mikroyapı elde etmek için dikkatli bir işleme gereklidir.
Isıl işlemler olumsuz fazları çözer ve optimum mukavemet için Ni3Nb gamma-double-prime gibi sertleştirici çökeltileri teşvik eder.
Baskılı Inconel 718'in Özellikleri
AM işleme, uygun optimizasyon ile işlenmiş Inconel 718 ile karşılaştırılabilir mekanik özellikler elde edebilir:
Inconel 718 Mekanik Özellikler
| Mülkiyet | Basıldığı Gibi | Dövme Değirmen-Annea led |
|---|---|---|
| Çekme Dayanımı | 1000-1300 MPa | 1000-1200 MPa |
| Akma Dayanımı | 500-1100 MPa | 500-900 MPa |
| Uzama | 10-35% | 20-35% |
| Yorulma Dayanımı | 100-600 MPa | 300-500 MPa |
| Sertlik | 25-50 HRC | 25-35 HRC |
Uzama ve yorulma özellikleri daha düşük ve daha değişken olmasına rağmen, mukavemet dövme seviyelerini karşılar veya aşar.
Dikey ve yatay yapı yönelimleri arasında çekme anizotropisi gözlemlenmiştir. Özellikler, kullanılan belirli AM süreci parametrelerinden büyük ölçüde etkilenir.
Baskılı Inconel 718'in Sonradan İşlenmesi
Baskı sonrası işlemler genellikle yüzey kalitesini, boyutsal doğruluğu ve malzeme özelliklerini iyileştirmek için gereklidir:
Yaygın İşlem Sonrası Yöntemleri
- Isıl işlem - Optimum mikroyapı ve çökelti sertleşmesi geliştirir
- Sıcak izostatik presleme - İç boşlukları ve gözenekliliği kapatır
- Yüzey işleme - Kritik yüzeyler için yüzey pürüzlülüğünü azaltır
- Shot peening - Yorulma ömrünü iyileştirmek için sıkıştırıcı gerilmelere neden olur
- Kaplamalar - Gerektiğinde aşınma veya korozyon direnci sağlayın
Standart Inconel 718 yaş sertleştirme yaygın olarak kullanılır, ancak bazıları AM mikro yapıları için ısıl işlemi değiştirir. Yüzey kalitesi gereksinimlerinin katı olduğu yerlerde işleme, taşlama veya parlatma kullanılır.
Baskılı Inconel 718 Uygulamaları
Inconel 718 3D baskı için çok uygundur:
- Havacılık ve Uzay - Türbin bileşenleri, roket nozulları, motor tertibatları
- Enerji üretimi - Gaz türbini sıcak bölüm parçaları, nükleer yakıt kaplaması
- Otomotiv - Turboşarj tekerlekleri ve muhafazaları
- Petrokimya - Kuyu içi aletler, vanalar, pompalar
- Uzay - Uydu ve fırlatma rampası bileşenleri
- Tıp - Diş implantları, cerrahi aletler
Geleneksel yöntemlere kıyasla faydaları:
- Karmaşık geometriler için tasarım özgürlüğü
- Kafesler ve topoloji optimizasyonu yoluyla ağırlık azaltma
- Parça konsolidasyonu, azaltılmış montaj
- Talep üzerine üretim için daha kısa teslim süreleri
- Özelleştirilmiş şekiller, dijital olarak yönlendirilen envanterler
Sınırlamalar arasında düşük üretim hacimleri için proses maliyetleri ve düzenlemeye tabi endüstrilerdeki sertifikasyon zorlukları yer almaktadır.
Baskılı Inconel 718 Tedarikçileri
Birçok üretici dünya çapında Inconel 718 3D baskı hizmetleri sunmaktadır:
Hizmet Sağlayıcıları Seçin
| Şirket | AM Süreçleri | Ek Malzemeler | Üretim Kapasitesi |
|---|---|---|---|
| GE Katkı Maddesi | DED, Binder Jetting | Titanyum alaşımları, çelikler, süper alaşımlar | Büyük hacimler |
| Materialise | Lazer PBF | Titanyum, alüminyum, çelikler | Orta hacimler |
| 3D Sistemler | Lazer PBF, Binder Jetting | Titanyum, paslanmaz çelik, CoCr, AlSi10Mg | Orta hacimlere kadar prototipleme |
| Eş Küreler | Lazer PBF | Titanyum, çelikler, alüminyum | Küçük hacimler |
| Marangoz Katkısı | Lazer PBF, E-PBF | Titanyum, paslanmaz, takım çelikleri | Orta hacimler |
Hem büyük OEM'ler hem de niş AM hizmet büroları Inconel 718 baskısı sunmaktadır. Birçoğu ikincil son işlem operasyonları sağlar.
Parça maliyetleri sipariş boyutuna, kalite gereksinimlerine ve kullanılan işleme yöntemine bağlı olarak tahmini $100-500/lb arasında değişmektedir.
Nitelikli Baskılı Inconel 718 Parçaları
Havacılık ve diğer düzenlenmiş uygulamalar için sıkı yeterlilik protokolleri geçerlidir:
- Çeşitli baskı yönlerinde mekanik testler
- Bileşim uygunluğu için kimyasal analiz
- Kusur tespiti için tahribatsız değerlendirme (NDE)
- Isıl işlem, sıcak izostatik presleme, işleme denemeleri yoluyla uzun vadeli performans değerlendirmesi
- Süreç tekrar üretilebilirlik değerlendirmeleri
- Parametre optimizasyonu, mikroyapılar, kusur önleme dokümantasyonu
Çekme çubukları, yorulma numuneleri ve malzeme kuponları gibi test artifaktları, basılı özelliklerin karakterizasyonunu optimize eder.
Geçerli endüstri spesifikasyonlarına uymak, sertifikasyon ve üretim onayını destekler.
SSS
Inconel 718 baskısı için hangi partikül boyutu önerilir?
10-45 mikron toz tipiktir, daha ince ~15 mikron toz yoğunluğu ve yüzey kalitesini iyileştirir ancak akış ve geri kazanımdan ödün verir.
Inconel 718 basılırken gözenekliliğe ne sebep olur?
Yetersiz erime, katmanlar arasında füzyon eksikliği ve sıkışmış gaz boşluklara neden olur. Enerji girdisini, tarama modellerini, katman kalınlığını ve gaz akışını optimize etmek gözenekliliği azaltır.
Baskılı Inconel 718'in yorulma ömrünü hangi son işlem iyileştirir?
Shot peening, çatlak başlangıcını ve büyümesini engelleyen faydalı basınç gerilmelerine neden olur. HIP ve işleme de yüzey gözeneklerini kapatarak yardımcı olur.
Baskılı Inconel 718, döküm ve dövme 718 ile nasıl karşılaştırılır?
AM, döküm ve dövme malzemenin mekanik özelliklerine yaklaşır, ancak daha ince, daha ayrışmış mikro yapıya sahiptir. Isıl işlem, dövme ürünle karşılaştırılabilir çökelme güçlendirmesi sağlayabilir.
3D baskı için Inconel 718'e bazı alternatifler nelerdir?
Kobalt krom, 625 ve 686 gibi nikel süper alaşımları ve çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler benzer yüksek sıcaklık özellikleri sunar. Titanyum alaşımları, düşük yoğunluğun kritik olduğu yerlerde mükemmeldir.
Inconel 718 ve paslanmaz çelik bimetal parçayı 3D yazdırabilir misiniz?
Evet, yönlendirilmiş enerji biriktirme, çok malzemeli bileşenler oluşturmak için hassas toz veya tel geçişi ile farklı alaşımlar arasında geçiş yapabilir.
Sonuç
Özetle, Inconel 718 3D baskı, bu yüksek mukavemetli süper alaşım kullanılarak olağanüstü tasarım özgürlüğü ve performans iyileştirmelerini ortaya çıkarır. Parça gereksinimlerini proses yetenekleriyle eşleştirmek ve baskı parametrelerini optimize etmek, geleneksel yöntemlere kıyasla avantajlardan yararlanmanın anahtarıdır. Kalite, özellikler, çok malzemeli yapılar ve maliyette devam eden ilerlemeler, zorlu endüstriyel uygulamalarda Inconel 718 AM'nin benimsenmesini genişletmeye devam ediyor.
