Inconel 718C
Einführung in Inconel 718C
Inconel 718C ist eine Variante der standardmäßigen, nickelbasierten Superlegierung Inconel 718, die speziell für Gießprozesse optimiert wurde, dabei jedoch die Hochtemperatur-Mechanikeigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Ausscheidungshärtbarkeit beibehält, die die Grundlegierung zu einem etablierten Werkstoff in Luft- und Raumfahrt, Energie sowie Hochleistungs-Engineering machen. Ausgelegt für nahezu endkonturnahe Bauteile durch Feinguss (Investment Casting), eignet sich Inconel 718C besonders für große oder geometrisch komplexe Teile, die eine abschließende CNC-Bearbeitung erfordern.
Mit Nickel (50–55 %), Chrom (17–21 %), Niob (4,75–5,50 %), Molybdän (2,80–3,30 %) und Eisen (Rest) gewinnt Inconel 718C seine Festigkeit durch die Ausscheidung der γ′- und γ″-Phasen nach dem Auslagern. Es liefert eine stabile mechanische Leistung bis 704 °C (1300 °F), und seine gute Gießbarkeit macht es ideal für Turbinenleitschaufeln, Brennkammer-Ringe und andere Strukturbauteile, die sowohl mechanischer als auch thermischer Beanspruchung ausgesetzt sind.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 718C
Inconel 718C (UNS N07718C / ASTM B670 Gussgüte) wird in der Regel im gegossenen, lösungsbehandelten und ausgelagerten Zustand geliefert und erfüllt strenge Anforderungen für Luftfahrt- sowie industrielle Gasturbinenanwendungen.
Chemische Zusammensetzung (typische Gussanalyse)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 50,0–55,0 | Grundelement; Hochtemperatur-Mechanikfestigkeit |
Chrom (Cr) | 17,0–21,0 | Sorgt für Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Eisen (Fe) | Rest | Strukturelle Unterstützung und Stabilität |
Niob (Nb) + Tantal (Ta) | 4,75–5,50 | Schlüssel für γ″-Verfestigung und Stabilität |
Molybdän (Mo) | 2,80–3,30 | Kriechbeständigkeit und Mischkristallverfestigung |
Titan (Ti) | 0,65–1,15 | Bildet die γ′-Phase für zusätzliche Ausscheidungshärtung |
Aluminium (Al) | 0,20–0,80 | Bildet mit Ti die γ′-Phase für Hochtemperaturfestigkeit |
Kobalt (Co) | ≤1,00 | Optional zur Verbesserung der Warmfestigkeit |
Kohlenstoff (C) | ≤0,08 | Kontrolliert zur Verringerung des Heißrissrisikos |
Mangan (Mn) | ≤0,35 | Verbessert die Gießbarkeit |
Silizium (Si) | ≤0,35 | Erhöht die Oxidationsbeständigkeit |
Schwefel (S) | ≤0,015 | Minimiert, um Rissbildung und Schweißfehler zu vermeiden |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,19 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1260–1336 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 11,0 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,23 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 13,0 µm/m·°C (20–1000 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 435 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 198 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Guss + ausgelagerter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 1120–1260 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 960–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥6–10 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 320–360 HB | ASTM E10 |
Kriechbruchfestigkeit | ≥160 MPa @ 650 °C, 1000 h | ASTM E139 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 718C
Hochtemperatur-Mechanikfestigkeit: Behält eine Zugfestigkeit von über 1100 MPa sowie eine stabile γ′/γ″-Ausscheidungsstruktur bis 704 °C bei – geeignet für anspruchsvolle thermische und strukturelle Umgebungen.
Gießbarkeit und Bauteilintegrität: Sehr gut für präzisen Feinguss geeignet; geringere Heißrissneigung und verbessertes Speisungsverhalten gegenüber schmiedbaren Varianten.
Korrosionsbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen Chlorid-Lochfraß, Sulfid-Spannungsrisskorrosion und Oxidationsbedingungen bei hohem Druck.
Bearbeitbarkeit nach dem Guss: CNC-Bearbeitung wird typischerweise eingesetzt, um Endtoleranzen (±0,02 mm) und Oberflächenqualitäten (Ra ≤ 0,8 µm) zu erreichen.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 718C
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Festigkeit im ausgelagerten Zustand
Eine Werkstoffhärte bis zu 360 HB führt zu hohen Werkzeugverschleißraten und begrenzt die Schnittgeschwindigkeiten, insbesondere beim Schlichten.
Einschränkungen der Wärmeleitfähigkeit
Erzeugt intensive Wärmezonen während der Zerspanung, wodurch eine effektive Kühlschmierstoffzufuhr und werkzeugseitige Thermoschockbeständigkeit erforderlich werden.
Kerbempfindlichkeit und Aufbauschneide
Duktiles, zugleich abrasives Verhalten führt zu Aufbauschneidenbildung und Kerbverschleiß, insbesondere an Schnitttiefen-Übergängen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | Hochleistungs-Hartmetall oder Keramik-Wendeschneidplatten | Hält Wärme stand und erhält die Schneidkantenstabilität |
Beschichtung | TiAlN-, AlCrN-PVD-Beschichtungen (3–6 µm) | Verbessert thermische Beständigkeit und Standzeit |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (8–12°), verrundete Schneidkantenprofile | Kontrolliert Schnittkräfte und verhindert Schneidkantenversagen |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 20–30 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Schlichten | 35–50 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-718C-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP beseitigt Guss-Porosität und erhöht die Ermüdungsfestigkeit um bis zu 25 %, was für luftfahrtgeeignete Bauteilintegrität entscheidend ist.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst Lösungsglühen bei 980–1065 °C und Auslagern bei ~718 °C, um γ′/γ″-Verfestigung und Maßstabilität zu optimieren.
Schweißen von Superlegierungen
Schweißen von Superlegierungen mit Nb-stabilisierten Zusatzlegierungen und präziser Lichtbogenführung ermöglicht feste Verbindungen ohne Mikrorisse oder WEZ-Rissbildung (HAZ).
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung trägt YSZ-Keramikschichten (125–300 µm) auf, um die Thermoermüdungslebensdauer in Hochgeschwindigkeits-Gasumgebungen zu verlängern.
Funkenerosion (EDM)
EDM ist ideal für die Endkonturierung von Turbinensegmenten, Kühlbohrungen und feinen Konturen mit ±0,01 mm Präzision.
Tieflochbohren
Tieflochbohren unterstützt die Herstellung von Kühlkanälen und Rohrmerkmalen mit L/D-Verhältnissen ≥ 40:1 in Gussquerschnitten.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung stellt die vollständige Konformität mit ASTM E139, AMS 5663 und E112 für mechanische Eigenschaften, Mikrostruktur sowie Fehlstellenprüfung sicher.
Industrieanwendungen von Inconel-718C-Bauteilen
Luftfahrt-Gasturbinen
Turbinenleitschaufeln, Düsenringe und Brennkammer-Tragstrukturen.
Bietet hohe Ermüdungsfestigkeit und thermische Beständigkeit in rotierenden und statischen Bauteilen.
Energieerzeugung
Dampfturbinen-Gussteile der Heißzone und Übergangsteile.
Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen und zyklischen Lasten.
Öl- & Gasförderung
Ventile, Laufräder und Dichtungskomponenten in Bohrlochwerkzeugen.
Beständig gegen H₂S-reiche Korrosion und Chlorid-Lochfraß in Tiefbohranwendungen.
Verteidigung und Raketentechnik
Schubkammern, Düsenverlängerungen und Steuerleitflächen.
Behält Festigkeit und Geometrie während Start- und Wiedereintritts-Thermocycling bei.
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