Inconel 625
Einführung in Inconel 625
Inconel 625 ist eine lösungsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung, die für ihre hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion, Spannungsrisskorrosion sowie Hochtemperaturoxidation bekannt ist. Dank ihrer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in einem breiten Spektrum extremer Umgebungen – von Meerwasser bis zur sauren chemischen Verfahrenstechnik – arbeitet die Legierung zuverlässig von kryogenen Temperaturen bis etwa 980°C (1800°F).
Die außergewöhnliche Performance basiert auf einer ausgewogenen chemischen Zusammensetzung: Nickel (mind. 58%), Chrom (20–23%), Molybdän (8–10%) und Niob (3,15–4,15%). Inconel 625 ist in der Luft- und Raumfahrt, Offshore/Marine, chemischen Industrie und Kerntechnik ein bevorzugter Werkstoff, weil er mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermische Ermüdungsstabilität in einzigartiger Weise kombiniert.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 625
Inconel 625 (UNS N06625 / W.Nr. 2.4856) entspricht Spezifikationen wie ASTM B443, B446 und B564 und wird häufig in korrosiven sowie hochfestigkeitskritischen Industrieumgebungen eingesetzt.
Chemische Zusammensetzung (ASTM B446)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | mind. 58,0 | Basismetall; Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität |
Chrom (Cr) | 20,0–23,0 | Verbessert Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Molybdän (Mo) | 8,0–10,0 | Erhöht Lochfraßbeständigkeit und mechanische Festigkeit |
Niob (Nb + Ta) | 3,15–4,15 | Verbessert Kriech- und Ermüdungsfestigkeit |
Eisen (Fe) | ≤5,0 | Ausgleichselement |
Kobalt (Co) | ≤1,0 | Restelement |
Kohlenstoff (C) | ≤0,10 | Begrenzt, um Karbidausscheidungen zu vermeiden |
Mangan (Mn) | ≤0,50 | Verbessert die Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤0,50 | Erhöht die Oxidationsbeständigkeit |
Schwefel (S) | ≤0,015 | Minimiert das Risiko von Rissbildung |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,44 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1290–1350°C | ASTM E1268 (DTA) |
Wärmeleitfähigkeit | 9,8 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,30 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,8 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 427 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 207 GPa bei 20°C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand – ASTM B446)
Eigenschaft | Wert | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 827–960 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 414–517 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥30% (50 mm Messlänge) | ASTM E8/E8M |
Härte | 200–240 HB | ASTM E10 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 625
Hohe Festigkeit bei Temperatur: Behält eine Zugfestigkeit von über 600 MPa bei 800°C und zeigt gute Kriechbeständigkeit bis 980°C; übertrifft damit die meisten rostfreien Stähle und Incoloy-Legierungen unter thermischer Last.
Vielseitige Korrosionsbeständigkeit: Beständig gegen Chlorid-Lochfraß (CPT > 85°C in 6% FeCl₃), Schwefelsäureangriff und Meerwasserkorrosion (Korrosionsrate < 0,025 mm/Jahr in ASTM-G31-Tests).
Oxidationsbeständigkeit: Stabile Oxidschichtbildung bis 1000°C in Luft sowie in maritimen Gasturbinenumgebungen, nachgewiesen durch zyklische Oxidationsprüfungen gemäß ASTM G54.
Schweißbarkeit und Fertigung: Erfordert keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen und eignet sich daher für geschweißte Druckbehälter und komplexe Baugruppen.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 625
Bearbeitungsherausforderungen
Kaltverfestigung
Hoher Kaltverfestigungsindex (~0,45) führt während der Bearbeitung zu einer verfestigten Randschicht.
Erhöht Schnittkräfte und Werkzeugverschleiß, wenn dies nicht gezielt beherrscht wird.
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Schlechte Wärmeabfuhr führt zu lokalen Werkzeugspitzentemperaturen > 900°C und verursacht thermische Ermüdung sowie Kolkverschleiß.
Zähigkeit und Duktilität
Erzeugt lange, kontinuierliche Späne mit hoher Scherfestigkeit, was die Spanbeherrschung erschwert und zu Schmieren/Anklebungen auf der Oberfläche führen kann.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | Hartmetall mit AlTiN- oder TiAlN-Beschichtung | Beständig gegen hohe Wärme und Abrasion |
Beschichtung | Dicke 2–5 µm, per PVD aufgebracht | Reduziert Verschleiß und thermische Rissbildung |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (10°), scharfe Schneide, verrundete Freifläche | Minimiert Verformung und verbessert die Oberflächengüte |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Schnittgeschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe DOC (mm) | Kühlmitteldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 20–30 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–120 |
Schlichten | 40–55 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-625-Teile
Passivierung (ASTM A967)
Entfernt freie Eisenpartikel nach der Bearbeitung und erhöht die Lochfraßbeständigkeit in maritimen oder sauren Umgebungen.
Eintauchen in Salpetersäure (20–50%) oder Zitronensäurelösung bei 40–60°C für 30–60 Minuten.
Elektrochemisches Polieren
Reduziert die Oberflächenrauheit (von Ra 1,6 µm auf Ra 0,3 µm) – wichtig für ermüdungskritische und Reinraum-Anwendungen.
PVD-Beschichtung
Bringt eine TiN- oder AlCrN-Schicht für verschleißkritische Teile auf, z. B. Turbinenringe oder Ventilkomponenten im Betrieb bei 600–800°C.
Kugelstrahlen (Shot Peening)
Erhöht Druckeigenspannungen an der Oberfläche und verbessert die Ermüdungslebensdauer – besonders bei dynamischer Belastung, z. B. in der maritimen Antriebstechnik.
Industrieanwendungen von Inconel-625-Komponenten
Offshore- und Marine Engineering
Unterwasser-Verbinder, Steigleitungen (Risers) und Pumpenwellen.
Beständig gegen Biofouling, Korrosion und zyklische Belastung in Meerwasser.
Luft- und Raumfahrt sowie Turbomaschinen
Triebwerks-Abgaskomponenten, Hitzeschilde und Faltenbälge (Bellows).
Leistungsfähig unter zyklischer Erwärmung und Oxidationsbeanspruchung.
Kerntechnik und Energieerzeugung
Reaktorkern-Befestiger, Dampfleitungsbälge und Wärmetauscherrohre.
Zuverlässig unter Strahlung und korrosivem Kühlmittelstrom.
Chemische Verfahrenstechnik
Reaktorbehälter, Dehnungsausgleicher und Gaswäscher-Komponenten.
Beständig gegenüber gemischten Säureumgebungen und Chloridangriff.
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