Inconel X-750
Einführung in Inconel X-750
Inconel X-750 ist eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Legierung, die für ihre außergewöhnliche Hochtemperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit sowie Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion bekannt ist. Durch γ′-Ausscheidungshärtung (Gamma-Prime) mittels Zusätzen von Aluminium und Titan verstärkt, bietet diese Legierung stabile mechanische Eigenschaften bei Temperaturen bis 700 °C sowie intermittierende Temperaturbelastungen bis 980 °C.
Mit Ursprung in Strahltriebwerks- und Kerntechnik-Anwendungen wird Inconel X-750 häufig für Federn, Verbindungselemente, Gasturbinenschaufeln und Druckbehälterkomponenten eingesetzt. Es ist in schmied- (wrought) und gegossener Ausführung verfügbar und wird in der Regel im lösungsbehandelten oder ausscheidungsgehärteten Zustand CNC-bearbeitet – abhängig von den Leistungsanforderungen der Endanwendung.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel X-750
Inconel X-750 (UNS N07750 / AMS 5667 / ASTM B637) wird in mehreren wärmebehandelten Zuständen geliefert, darunter lösungsgeglüht, ausscheidungsgehärtet oder spannungsausgeglichen, für Struktur- und ermüdungskritische Bauteile.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | ≥70,0 | Basiselement; gewährleistet Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 14,0–17,0 | Sorgt für Oxidationsbeständigkeit und stabile Passivierung |
Eisen (Fe) | 5,0–9,0 | Trägt zu Kosteneffizienz und struktureller Zähigkeit bei |
Titan (Ti) | 2,25–2,75 | Bildet γ′-verstärkende Ausscheidungen |
Aluminium (Al) | 0,40–1,0 | Wirkt mit Ti zusammen zur Erhöhung der Hochtemperaturfestigkeit |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Verbessert die Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤0,5 | Verbessert die Oxidationsbeständigkeit |
Kupfer (Cu) | ≤0,5 | Niedrig gehalten, um Korrosionsrisiken zu vermeiden |
Kohlenstoff (C) | ≤0,08 | Kontrolliert für Duktilität und Schweißbarkeit |
Schwefel (S) | ≤0,01 | Minimiert, um Heißrissbildung zu verhindern |
Niob (Nb+Ta) | 0,5–1,0 | Fördert strukturelle Stabilität unter Belastung |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,28 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1390–1430 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 11,2 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer spezifischer Widerstand | 1,25 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 13,3 µm/m·°C (20–1000 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 460 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 214 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (ausscheidungsgehärtet, AMS 5667)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 750–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥15 % (25-mm-Messlänge) | ASTM E8/E8M |
Härte | 320–370 HB | ASTM E10 |
Spannungsbruchfestigkeit | ≥120 MPa @ 704 °C, 1000 h | ASTM E139 |
Wesentliche Merkmale von Inconel X-750
Hohe Kriech- und Spannungsbruchbeständigkeit: Behält mechanische Eigenschaften bei längerer Exposition bei 600–700 °C, ideal für Strahltriebwerks- und Federanwendungen.
Ausgezeichnete Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit: Widersteht Chlorid- und Sulfidangriff; bewährte Leistung in maritimen und nuklearen Umgebungen.
Vielseitigkeit durch Ausscheidungshärtung: Mechanische Eigenschaften können durch Lösungsglühen und Auslagern an die Anwendung angepasst werden.
CNC-Bearbeitbarkeit: Erfordert sorgfältige Werkzeugführung, bietet jedoch Präzision und Stabilität für kritische Bauteile mit Toleranzen bis ±0,01 mm und Ra ≤ 1,0 µm.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel X-750
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Kaltverfestigungsrate
Die Legierung erhöht während der Bearbeitung schnell die Oberflächenhärte, was zu Werkzeugverschleiß und Maßungenauigkeit führt, wenn Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten nicht optimiert sind.
Abrasive Verstärkungsphasen
Ausgeschiedene γ′-Phasen und Karbide (insbesondere im ausgehärteten Zustand) nutzen Schneidkanten und Beschichtungen ab, besonders bei unterbrochenen Schnitten.
Wärmerückhaltung
Die geringe Wärmeleitfähigkeit konzentriert Wärme in der Schnittzone, weshalb Hochdruckkühlung und fortschrittliche Werkzeugwerkstoffe erforderlich sind.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | PVD-beschichtetes Hartmetall oder CBN-Werkzeuge | Widersteht thermischer Ermüdung und abrasiven Phasen |
Beschichtung | AlTiN oder TiSiN (2–5 µm) | Reduziert Reibung und verlängert die Standzeit |
Geometrie | 10–12° Spanwinkel, Schneidkante verrundet oder angefast | Verbessert Spanabfuhr und reduziert Schnittkraft |
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 | 40–60 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-X-750-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP erhöht Kriechbruch- und Ermüdungsbeständigkeit bei gegossenen oder additiv gefertigten Inconel-X-750-Teilen, indem Porosität eliminiert wird.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst Lösungsglühen bei 1095 °C, gefolgt vom Auslagern bei 705 °C für 16–20 Stunden, um γ′-Ausscheidung und Zugfestigkeit zu optimieren.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen nutzt GTAW mit kontrollierter Wärmeeinbringung und Inconel-X-Schweißzusatz, um die Anfälligkeit für Mikrorisse zu reduzieren.
Wärmedämmschicht (TBC)
TBC-Beschichtung trägt 125–250 µm YSZ auf, um Turbinenringe und Hitzeschilde zu schützen, die oberhalb von 900 °C betrieben werden.
Funkenerodieren (EDM)
EDM ermöglicht präzises Schlitzen und Profilieren in gehärtetem X-750 mit Toleranzen bis ±0,01 mm.
Tieflochbohren
Tieflochbohren unterstützt interne Kühlkanäle in Luftfahrtaktuatoren und Reaktorfedersystemen mit L/D ≥ 40:1.
Werkstoffprüfung und -analyse
Werkstoffprüfung umfasst Spannungsbruchprüfungen (ASTM E139), Kornstrukturanalysen (ASTM E112) sowie Korrosionsqualifizierung (NACE, ASTM G28).
Industrieanwendungen von Inconel-X-750-Komponenten
Luft- und Raumfahrt
Turbinenräder, Abgaskomponenten und Strahltriebwerksfedern.
Ausgezeichnete thermische Ermüdungsbeständigkeit bei zyklischer Belastung bei 600–700 °C.
Kernreaktoren
Kernfedern, Verschraubungen und Strukturstützen.
Widersteht Neutronenexposition und Hochdruckdampfkorrosion.
Gasturbinen
Brennkammer-Hardware, Übergangskanäle (Transition Ducts) und Stützbügel.
Behält strukturelle Integrität und Zunderbeständigkeit unter extremer Hitze.
Öl & Gas
Ventilsitze, Downhole-Federn und Completion-Equipment.
Leistung unter Schwefelwasserstoff, Chlorid und Hochdruck-Zyklierung.
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