Inconel 718LC
Einführung in Inconel 718LC
Inconel 718LC ist eine kohlenstoffarme Variante der weit verbreiteten Superlegierung Inconel 718, die für verbesserte Schweißbarkeit, geringere Seigerungen und eine höhere strukturelle Integrität in kritischen Luft- und Raumfahrt- sowie industriellen Gasturbinen-Gussteilen entwickelt wurde. Durch die Reduzierung von Kohlenstoff und bestimmten Spurenelementen minimiert Inconel 718LC die Heißrissbildung und ermöglicht eine fehlerfreie Schweißung sowie das Gießen großwandiger Bauteile, die eine präzise CNC-Endbearbeitung erfordern.
Mit einer Basis aus Nickel (50–55 %) und Zusätzen von Chrom (17–21 %), Niob (4,75–5,50 %), Molybdän (2,80–3,30 %) und Eisen (Rest) bietet Inconel 718LC eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bis 704 °C (1300 °F). Seine Eignung für Feinguss- und Nachbearbeitungsprozesse macht es zu einer zuverlässigen Wahl für hochleistungsfähige, maßstabile Bauteile.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 718LC
Inconel 718LC (UNS N07718LC / AMS 5383) wird typischerweise im gegossenen, lösungswärmebehandelten und ausscheidungsgehärteten Zustand geliefert und erfüllt die anspruchsvollen Leistungsanforderungen von Luftfahrt-, Nuklear- sowie industriellen Gasturbinenbauteilen.
Chemische Zusammensetzung (typische Gussanalyse)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 50,0–55,0 | Grundelement für Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 17,0–21,0 | Erhöht Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Eisen (Fe) | Rest | Strukturelle Matrix und Kosteneffizienz |
Niob (Nb) + Tantal (Ta) | 4,75–5,50 | Verfestigung durch Bildung von γ″-Ausscheidungen |
Molybdän (Mo) | 2,80–3,30 | Verbessert die Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen |
Titan (Ti) | 0,65–1,15 | Bildet die γ′-Phase zur Festigkeitserhaltung |
Aluminium (Al) | 0,20–0,80 | Trägt zur Ausscheidung der γ′-Phase bei |
Kohlenstoff (C) | ≤0,02 | Verringert Heißrissanfälligkeit und Seigerungen |
Kobalt (Co) | ≤1,00 | Verbessert Warmfestigkeit (optional) |
Mangan (Mn) | ≤0,35 | Verbessert die Gießbarkeit |
Silizium (Si) | ≤0,35 | Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen |
Schwefel (S) | ≤0,010 | Kontrolliert für Schweißbarkeit und Warmduktilität |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,19 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1260–1336 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 11,2 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 | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 950–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥6–10 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 310–360 HB | ASTM E10 |
Kriechbruchfestigkeit | ≥160 MPa @ 650 °C, 1000 h | ASTM E139 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 718LC
Vorteil durch niedrigen Kohlenstoffgehalt: Reduziert das Risiko der Heißrissbildung beim Gießen und Schweißen und verbessert zugleich die Schweißbarkeit sowie die mikrostrukturelle Homogenität in großwandigen Bauteilen.
Hochtemperaturleistung: Behält Zug- und Streckgrenzenwerte von >1100 MPa bzw. ≥950 MPa bei erhöhten Temperaturen bis 704 °C bei.
Ausscheidungsverfestigung: Doppelte Verfestigung über γ′ (Ni₃(Al, Ti)) und γ″ (Ni₃Nb) ermöglicht eine langfristige Festigkeitserhaltung unter zyklischen thermischen und mechanischen Lasten.
Bearbeitbarkeit nach dem Guss: Unterstützt enge CNC-Toleranzen (±0,02 mm) und feine Oberflächen (Ra ≤ 0,8 µm) bei Zerspanung mit optimierten Parametern und Werkzeugen.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 718LC
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Festigkeit und Ausscheidungshärtung
Brinellhärte bis zu 360 HB im ausgelagerten Zustand verkürzt die Werkzeugstandzeit und erfordert steife Aufspannungen mit geringen Durchbiegungstoleranzen.
Wärmerückhalt und Werkzeugverschleiß
Geringe Wärmeleitfähigkeit (~11 W/m·K) führt zu hohen Temperaturen an der Werkzeugspitze, wodurch Hochdruck-Kühlsysteme und verschleißfeste Beschichtungen erforderlich werden.
Oberflächenqualität und Kerbverschleiß
γ′- und γ″-Ausscheidungen begünstigen Aufbauschneidenbildung und Kerbverschleiß, wenn eine ungeeignete Werkzeuggeometrie oder verschlissene Wendeschneidplatten eingesetzt werden.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | Beschichtetes Hartmetall oder SiAlON-Keramik für Hochtemperaturbearbeitung | Erhält Härte und Stabilität unter Wärmebelastung |
Beschichtung | TiAlN, AlCrN (PVD 3–6 µm) | Beständig gegen Verschleiß, Oxidation und Diffusion |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (8–12°), verrundete/angefaste Schneidkante | Reduziert Schnittkräfte und verhindert Schneidkantenabplatzungen |
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-718LC-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP schließt innere Poren in Gussgefügen und steigert die Ermüdungsfestigkeit um 25–30 % – entscheidend für Luftfahrt- und Turbinenbauteile.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst eine Lösungsglühbehandlung bei 980–1065 °C und ein Auslagern nahe 718 °C, um γ′/γ″-Phasen auszuscheiden und die Hochtemperatureigenschaften zu optimieren.
Schweißen von Superlegierungen
Schweißen von Superlegierungen nutzt WIG-/EB-Schweißverfahren mit kohlenstoffarmen, nickelbasierten Zusatzwerkstoffen für fehlerfreie Verbindungen und minimale WEZ-Rissbildung (HAZ).
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung trägt 125–300 µm YSZ mittels APS oder EB-PVD auf, um vor Thermozyklen und Oxidation zu schützen.
Funkenerosion (EDM)
EDM erreicht ±0,01 mm Genauigkeit für Kühlbohrungen, Tannenbaum-Nuten (Fir-Tree Slots) und komplexe Gusdetails.
Tieflochbohren
Tieflochbohren erzeugt präzise Bohrungsmerkmale mit L/D ≥ 40:1 für Turbinenkühlsysteme und strukturelle Gussteile.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst mechanische Prüfungen, Ultraschall- und Röntgen-NDT sowie metallographische Analysen gemäß AMS 5383 und ASTM E112.
Industrieanwendungen von Inconel-718LC-Bauteilen
Luft- und Raumfahrttriebwerke
Turbinenleitschaufeln, Statorringe und Düsenleitschaufel-Gussteile.
Zuverlässiger Betrieb unter hohen Schub-, Temperatur- und Oxidationsbeanspruchungszyklen.
Energieerzeugung
Schaufeln der Heißsektion und Brennkammer-Übergangsgussteile.
Lange Lebensdauer bei 650–700 °C unter Hochzyklus-Ermüdungslasten.
Öl & Gas sowie Marine
Pumpengehäuse, Hochdruckverteiler und Unterwasserkomponenten.
Beständig gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion (SCC), Soleexposition und H₂S-Korrosion.
Verteidigung und Raketenantrieb
Tragstrukturen für Triebwerke und Elemente zur Temperaturführung.
Behält mechanische Festigkeit bei extremen Temperaturwechseln und Vibrationen.
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