Inconel 617
Einführung in Inconel 617
Inconel 617 ist eine lösungsgehärtete Nickel-Chrom-Kobalt-Molybdän-Legierung, die für Hochtemperaturanwendungen entwickelt wurde, bei denen außergewöhnliche Kriechbeständigkeit, thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind. Mit Einsatzmöglichkeiten oberhalb von 1000°C (1832°F) eignet sich diese Legierung ideal für extreme Betriebsbedingungen, z. B. in Gasturbinen, petrochemischen Reaktoren und Wärmetauschern in kerntechnischen Anlagen.
Mit einem Hauptanteil aus Ni (44–62%), Cr (20–24%), Co (10–15%) und Mo (8–10%) bietet Inconel 617 eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation, Karburierung und verschiedene korrosive Gase. Seine sehr gute Kriechbruchfestigkeit sowie die gute Schweißbarkeit machen es zu einer führenden Werkstoffwahl für Komponenten, die über lange Zeiträume hohen thermischen Spannungen ausgesetzt sind.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 617
Inconel 617 (UNS N06617 / W.Nr. 2.4663) ist u. a. in ASTM B166, B167 und B168 definiert. Seine Eigenschaften ermöglichen den Einsatz in fortschrittlichen Energie- und Luftfahrtsystemen.
Chemische Zusammensetzung (ASTM B166)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | mind. 44,5 | Basiselement für Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit |
Chrom (Cr) | 20,0–24,0 | Sorgt für Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Kobalt (Co) | 10,0–15,0 | Erhöht die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen |
Molybdän (Mo) | 8,0–10,0 | Steigert Kriechfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit |
Aluminium (Al) | 0,8–1,5 | Verbessert die Oxidationsbeständigkeit |
Kohlenstoff (C) | 0,05–0,15 | Erhöht die Kriechbruchfestigkeit |
Eisen (Fe) | ≤3,0 | Geringer Anteil zur Festigkeitsunterstützung und Kostenkontrolle |
Silizium (Si) | ≤1,0 | Verbessert das Oxidationsverhalten |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Verbessert die Warmumformbarkeit |
Schwefel (S) | ≤0,015 | Begrenzt, um Heißrisse zu vermeiden |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,36 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1330–1380°C | ASTM E1268 (DTA) |
Wärmeleitfähigkeit | 11,2 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,13 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 13,8 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 450 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 215 GPa bei 20°C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand – ASTM B166)
Eigenschaft | Wert | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 540–755 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 275–365 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥30% (50 mm Messlänge) | ASTM E8/E8M |
Härte | 170–210 HB | ASTM E10 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 617
Hochtemperaturfestigkeit: Behält eine Zugfestigkeit von über 540 MPa bei 800°C und 320 MPa bei 1000°C – ideal für Langzeiteinsatz in Gasturbinen und Energiereaktoren.
Hervorragende Oxidationsbeständigkeit: Bildet aufgrund des Zusammenspiels von Cr, Al und Co eine stabile Oxidschicht – beständig bis 1100°C in Luft ohne Abblättern oder Abplatzungen.
Kriechbeständigkeit: Hält Spannungen bis zu 80 MPa über 10.000 Stunden bei 900°C stand und übertrifft Inconel 625 sowie 800H in Spannungsbruchtests.
Korrosionsbeständigkeit: Sehr gute Beständigkeit gegen Chlorid-Lochkorrosion, aufkohlende Gase sowie reduzierende/oxidierende Umgebungen. Korrosionsrate unter 0,05 mm/Jahr in siedender 65% HNO₃.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 617
Bearbeitungsherausforderungen
Werkzeugverschleiß und Kaltverfestigung
Ein Verfestigungsexponent von ca. ~0,4 führt zu schneller Oberflächenkaltverfestigung.
Kann die Standzeit von Hartmetallwerkzeugen beim konventionellen Schruppen auf 10–20 Minuten reduzieren.
Thermische Belastung
Erzeugt Schnitt-Temperaturen über 950–1050°C.
Kann Mikrorisse und Maßinstabilität verursachen.
Spanbildung
Zähe, kontinuierliche Späne; hohe Werkzeugbelastung und schwierige Spanabfuhr.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | PVD-beschichtetes Hartmetall (z. B. GC4325) oder Keramik | Beständig gegen hohe Schnitttemperaturen |
Beschichtung | TiAlN oder AlCrN (2–4 µm) | Reduziert thermischen und abrasiven Verschleiß |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (6°–10°), verrundete Schneide | Senkt Schnittkräfte |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Schnittgeschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe DOC (mm) | Kühlmitteldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 15–25 | 0,15–0,25 | 2–3 | 80–120 |
Schlichten | 30–45 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-617-Teile
PVD-Beschichtung
TiAlN/AlCrN-Beschichtungen erhöhen die Verschleißbeständigkeit für Bauteile, die oberhalb von 900°C betrieben werden.
Härte bis ca. 3000 HV, reduziert Reibung und Diffusionsverschleiß.
Passivierung (ASTM A967)
Entfernt Eisenkontamination nach der Bearbeitung und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
Wichtig für Marine-, petrochemische und kerntechnische Anwendungen.
Laserauftragsschweißen (Laser Cladding)
Auftrag von Inconel 625 oder kobaltbasierten Legierungen zur Oberflächenverstärkung.
Ideal zur Reparatur verschleißkritischer Teile wie Turbinenscheiben oder Übergangskanäle (Transition Ducts).
Elektrochemisches Polieren
Erreicht Spiegelglanz mit Ra < 0,3 µm.
Entfernt bearbeitungsbedingte Mikrodefekte für ermüdungskritische Bauteile.
Industrieanwendungen von Inconel-617-Komponenten
Gasturbinen und Energieerzeugung
Brennkammerauskleidungen, Übergangskanäle (Transition Ducts) und Turbinengehäuse.
Beständig gegen thermische Gradienten und hochzyklische Ermüdung.
Kerntechnik und chemische Verfahrenstechnik
Wärmetauscherrohre und Überhitzer-Spiralen (Superheater Coils).
Beständig gegenüber Strahlung, Dampf und hochdruck-korrosiven Gasen.
Luft- und Raumfahrt
Nachbrennerauskleidungen und Leitschaufeln (Nozzle Guide Vanes).
Kombiniert geringes Gewicht mit extremer thermischer Dauerfestigkeit.
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