Inconel 800HT
Einführung in Inconel 800HT
Inconel 800HT ist eine hochfeste, mischkristallverfestigte Nickel-Eisen-Chrom-Legierung, die für eine optimale Leistung in Hochtemperatur- und Hochspannungsumgebungen entwickelt wurde. Als fortschrittlichste Variante der Inconel-800-Serie vereint Inconel 800HT die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von Inconel 800 mit einer überlegenen Kriechbruchfestigkeit sowie einer langfristigen Maßstabilität oberhalb von 600 °C.
Die Legierung wird mit einer engeren Kontrolle der Gehalte an Kohlenstoff (0,06–0,10 %), Aluminium (0,25–0,60 %) und Titan (0,25–0,60 %) als Inconel 800H hergestellt, wodurch eine höhere strukturelle Zuverlässigkeit bei zyklischem oder grundlastnahem Wärmebetrieb erreicht wird. Sie wird широко in hocheffizienten Wärmetauschern, Kraftwerkskesselrohren, Reformersystemen sowie strukturellen Ofenbauteilen eingesetzt. Die CNC-Bearbeitung von Inconel-800HT-Teilen gewährleistet präzise Toleranzen und eine hohe mechanische Integrität für missionskritische Baugruppen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 800HT
Inconel 800HT (UNS N08811 / ASTM B409 / ASME SB409 / DIN 1.4959) wird im lösungsgeglühten Zustand geliefert und in Anwendungen eingesetzt, die eine verbesserte mechanische Leistungsfähigkeit bei dauerhaft hohen Temperaturen erfordern.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 30,0–35,0 | Basislegierung; обеспечивает Oxidations- und Aufkohlungsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 19,0–23,0 | Fördert Oxidschichtbildung und Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit |
Eisen (Fe) | Rest (≥39,5 %) | Strukturelle Matrix und thermische Stabilität |
Kohlenstoff (C) | 0,06–0,10 | Erhöht die Kriechbruchfestigkeit |
Aluminium (Al) | 0,25–0,60 | Verstärkt die γ′-Phase und verbessert die Oxidationsbeständigkeit |
Titan (Ti) | 0,25–0,60 | Stabilisierung der Korngrenzen und γ′-Bildung |
Mangan (Mn) | ≤1,5 | Unterstützt die Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤1,0 | Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen |
Schwefel (S) | ≤0,015 | Minimiert für Schweißbarkeit und Oberflächenintegrität |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 7,94 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1357–1385 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 11,0 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer spezifischer Widerstand | 1,18 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 14,5 µm/m·°C (20–1000 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 460 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 190 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (lösungsgeglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 520–650 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 230–320 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥30 % (25-mm-Messlänge) | ASTM E8/E8M |
Härte | 160–190 HB | ASTM E10 |
Kriechbruchfestigkeit | ≥110 MPa @ 815 °C, 1000 h | ASTM E139 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 800HT
Überlegene Kriechbruchfestigkeit: Durch engere Kontrolle von Kohlenstoff, Aluminium und Titan verbessert – für höhere Beständigkeit gegen langfristige thermische Lasten bei 750–950 °C.
Hochtemperatur-Oxidations- und Aufkohlungsbeständigkeit: Erhält Oberflächenintegrität und mechanische Festigkeit in Ofen-, Reformer- und Kraftwerkskesselumgebungen.
Thermische Ermüdungsstabilität: Beständig gegen Versprödung und Korngrenzenschwächung bei zyklischer Wärmebeanspruchung.
CNC-Bearbeitbarkeit: Der geglühte Zustand ermöglicht enge Toleranzen (±0,01 mm) bei Oberflächenwerten von Ra ≤ 0,8 µm.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 800HT
Bearbeitungsherausforderungen
Thermische Verfestigung und Zähigkeit der Legierung
Hohe Festigkeit und ein erhöhter γ′-Phasenanteil steigern die Schnittkräfte und führen zu schnellem Schneidkantenverschleiß, wenn Werkzeugwahl und Vorschübe nicht optimiert sind.
Kaltverfestigung
Empfindlich gegenüber zu geringem Vorschub oder mehrpassigem Schlichten, was zu Oberflächenverfestigung und verminderter Maßgenauigkeit führt.
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Verursacht lokale Wärmeanstauung an der Werkzeugspitze und erhöht den Werkzeugverschleiß ohne Hochdruck-Kühlschmierstoffsysteme.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | PVD-beschichtetes Hartmetall oder Keramik (SiAlON) | Erhält die Schneidkantenintegrität bei hoher Wärme |
Beschichtung | AlTiN oder AlCrN (2–5 µm) | Reduziert Adhäsion und Oxidation an der Werkzeug-Werkstück-Schnittstelle |
Geometrie | 10–12° positiver Spanwinkel, verstärkte Schneidkantenpräparation | Fördert ruhigeren Schnitt und bessere Span-/Chipkontrolle |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 25–40 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Schlichten | 45–70 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-800HT-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP beseitigt Mikroporosität und erhöht die Kriechbeständigkeit in Guss- oder dickwandigen Teilen für Energie- und Prozessanlagen.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst Lösungsglühen bei 1120–1150 °C mit anschließender schneller Luftkühlung, um mechanische Eigenschaften und Kornstruktur zu optimieren.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen verwendet GTAW sowie passende Zusatzdrähte (ERNiCr-3), um metallurgische Kompatibilität und Beständigkeit gegen interkristallinen Angriff sicherzustellen.
Wärmedämmschicht (TBC)
TBC-Beschichtung trägt 125–250 µm YSZ-Keramik mittels APS oder EB-PVD auf, um Oberflächen in Reformern und Strahlungskesseln vor extremer Strahlungswärme zu schützen.
Funkenerodieren (EDM)
EDM ermöglicht eng toleriertes Konturieren und Schlitzen mit einer Präzision bis zu ±0,01 mm, insbesondere in gealterten oder gehärteten Inconel-800HT-Bereichen.
Tieflochbohren
Tieflochbohren ermöglicht interne Kanäle mit L/D ≥ 40:1 für Wärmetauscherrohre und Verteiler-/Manifold-Systeme.
Werkstoffprüfung und -analyse
Werkstoffprüfung umfasst Langzeit-Kriechsimulationen, Gefügeuntersuchungen (ASTM E112) sowie die Validierung der Zeitstandfestigkeit (Stress Rupture).
Industrieanwendungen von Inconel-800HT-Komponenten
Petrochemische Reaktoren
Strahlrohre, Auslass-Manifolds, Transferleitungen.
Betrieb unter 800–1000 °C mit wasserstoffreichen oder aufkohlenden Gasen.
Energieerzeugung
Kesselkomponenten, Zwischenüberhitzer-Spiralen und Überhitzerrohre.
Lange Lebensdauer unter Kriechbeanspruchung und thermischer Ermüdung.
Chemische Verarbeitung
Hochtemperatur-Druckbehälter und Ethylen-Cracking-Rohre.
Erhält Korrosionsbeständigkeit und strukturelle Integrität in zweiphasigen Umgebungen.
Kerntechnik & Wärmebehandlung
Kerninnenteile, Trays, Körbe und Thermowells.
Bietet Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit in halidreichen und thermisch zyklischen Anwendungen.
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