Inconel 800
Einführung in Inconel 800
Inconel 800 ist eine durch Mischkristallverfestigung verstärkte Nickel-Eisen-Chrom-Legierung, die für eine überlegene Leistung in hochtemperierten, korrosiven Umgebungen entwickelt wurde. Sie eignet sich besonders für Strukturbauteile, die über längere Zeit Hitze, Oxidation, Aufkohlung und mechanischer Belastung ausgesetzt sind – und ist daher ein bevorzugter Werkstoff in der Energieerzeugung, der chemischen Verfahrenstechnik sowie der petrochemischen Industrie.
Im Gegensatz zu ausscheidungsgehärteten Superlegierungen bewahrt Inconel 800 durch Mischkristallverfestigung seine Maßstabilität und mechanische Integrität. Seine stabile austenitische Struktur sowie der hohe Nickelgehalt (~30–35 %) und der Chromanteil (~19–23 %) bieten eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion und interkristallinen Angriff. Die Legierung arbeitet zuverlässig bei Temperaturen bis zu 800–900 °C in oxidierenden und reduzierenden Umgebungen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 800
Inconel 800 (UNS N08800 / ASTM B409 / ASME SB409) wird typischerweise im geglühten oder kaltgezogenen Zustand geliefert und in gefertigten sowie CNC-bearbeiteten Komponenten für Hochtemperatur-Einsatzanwendungen verwendet.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 30,0–35,0 | Basiselement, gewährleistet Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Zunderbildung |
Chrom (Cr) | 19,0–23,0 | Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen |
Eisen (Fe) | 39,5 min. | Ausgleich von Kosten, Festigkeit und struktureller Integrität |
Kohlenstoff (C) | ≤0,10 | Kontrolliert zur Reduzierung von Sensibilisierung und Karbidausscheidung |
Mangan (Mn) | ≤1,5 | Verbessert die Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤1,0 | Fördert Oxidhaftung und Korrosionsbeständigkeit |
Aluminium (Al) | 0,15–0,60 | Stabilisiert die austenitische Phase und die Oxidationsbeständigkeit |
Titan (Ti) | 0,15–0,60 | Verbessert die mechanische Festigkeit und strukturelle Stabilität |
Schwefel (S) | ≤0,015 | Minimiert zur verbesserten Schweißbarkeit |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 7,94 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1357–1385 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 11,2 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer spezifischer Widerstand | 1,18 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 14,1 µm/m·°C (20–1000 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 460 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 195 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 520–620 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 210–310 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥30 % (25-mm-Messlänge) | ASTM E8/E8M |
Härte | 140–170 HB | ASTM E10 |
Kriechbruchfestigkeit | ≥85 MPa @ 750 °C, 1000 h | ASTM E139 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 800
Hochtemperaturfestigkeit: Behält mechanische Stabilität und Tragfähigkeit im Einsatz bis zu 800–900 °C bei.
Ausgezeichnete Oxidations- und Aufkohlungsbeständigkeit: Bildet stabile Oxidschichten und widersteht der Kohlenstoffdiffusion in Ofen- und Reaktorumgebungen.
Strukturelle Stabilität: Widersteht Versprödung bei langfristiger Wärmebeanspruchung dank der ausgewogenen Ni-Fe-Cr-Matrix.
CNC-Bearbeitbarkeit: Lässt sich im geglühten Zustand gut CNC-bearbeiten mit präziser Maßkontrolle (±0,01–0,02 mm) und sehr guter Oberfläche (Ra ≤ 0,8 µm).
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 800
Bearbeitungsherausforderungen
Moderate Kaltverfestigung
Inconel 800 weist eine moderate Kaltverfestigungsrate auf und erfordert geeignete Vorschübe sowie scharfe Schneidkanten, um Oberflächenschäden zu vermeiden.
Bildung von Aufbauschneiden (BUE)
Neigt bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zur Bildung von Aufbauschneiden, was die Oberflächenintegrität und die Standzeit beeinträchtigen kann, wenn die Schnittparameter nicht optimiert sind.
Werkzeugverschleiß
Längere Bearbeitung bei erhöhten Oberflächentemperaturen führt ohne Hochleistungsbeschichtungen oder eine geeignete Kühlschmierstoffzufuhr zu Flankenverschleiß.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | PVD-beschichtete Hartmetall- oder Cermet-Werkzeuge | Widersteht moderater Kaltverfestigung und Wärme |
Beschichtung | AlTiN oder TiAlN (2–4 µm) | Reduziert Reibung und thermische Schädigung |
Geometrie | 10°–12° positiver Spanwinkel, Schneidkante verrundet | Fördert Spanabfuhr und reduziert BUE |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 30–50 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 70–100 |
Schlichten | 60–90 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-800-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP kann die mechanischen Eigenschaften verbessern und innere Defekte in gegossenen Inconel-800-Komponenten vor dem CNC-Finish beseitigen.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung stabilisiert die Mikrostruktur und stellt durch Glühen bei 980–1000 °C mit anschließender Luftkühlung eine optimale mechanische Leistungsfähigkeit sicher.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen eignet sich für Inconel 800 sehr gut, z. B. mit TIG- oder MIG-Verfahren und kontrollierten Zusatzwerkstoffen, um Korngrenzensensibilisierung zu reduzieren.
Wärmedämmschicht (TBC)
TBC-Beschichtung verlängert die thermische Ermüdungslebensdauer durch das Aufbringen keramischer YSZ-Schichten (bis zu 250 µm), um Heißgasbeanspruchung zu widerstehen.
Funkenerodieren (EDM)
EDM ist ideal zur Herstellung komplexer Merkmale wie Gewinde, Taschen und Sacklöcher mit ±0,01 mm Toleranz in gehärteten oder dickwandigen Teilen.
Tieflochbohren
Tieflochbohren unterstützt präzise innere Kühl- und Gasströmungskanäle mit L/D-Verhältnissen bis zu 50:1 in drucktragenden Komponenten.
Werkstoffprüfung und -analyse
Werkstoffprüfung umfasst interkristalline Korrosionsprüfungen (ASTM G28), mechanische Prüfungen (ASTM E8) sowie die Bewertung der Kornstruktur.
Industrieanwendungen von Inconel-800-Komponenten
Kernreaktoren
Dampferzeugerrohre, Kernkörbe und Stützgitter.
Widersteht chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion und interkristallinem Angriff unter Strahlungsbedingungen.
Chemische und petrochemische Verarbeitung
Wärmetauschergehäuse, Reformer-Auslassverteiler (Manifolds) und Transferleitungen.
Hält aufkohlenden und oxidierenden Umgebungen bei hohen Temperaturen stand.
Industrieöfen
Trays, Vorrichtungen und Muffeln für Wärmebehandlungs- und Aufkohlungsprozesse.
Bewahrt Maßstabilität und Festigkeit über wiederholte thermische Zyklen hinweg.
Luft- und Raumfahrt
Abgaskomponenten, Thermoelement-Schutzhülsen und Gasturbinen-Auskleidungen.
Arbeitet zuverlässig bei Thermoschock- und Zunderbedingungen bis zu 900 °C.
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