Русский

Inconel 713LC

Литой никелевый суперсплав с пониженным содержанием углерода, предназначенный для высокоточных авиационных и турбинных компонентов, требующих высокой прочности при высоких температурах, стойкости к окислению и повышенной усталостной долговечности.

Введение в Inconel 713LC

Inconel 713LC — это низкоуглеродистый литой никель-хромовый суперсплав, разработанный для обеспечения высокой прочности, стойкости к окислению и повышенного ресурса по усталости при повышенных температурах до 980°C (1800°F). Это модифицированная версия Inconel 713C с пониженным содержанием углерода и улучшенной литейностью, что делает его особенно подходящим для высоконадёжных авиационных лопаток турбин, направляющих лопаток и конструкционных компонентов горячей зоны.

Сплав сохраняет базовый состав на основе никеля (~75%) и включает хром (12–14%), алюминий (5.5–6.5%), молибден (4–5%) и ниобий (1.5–2.5%). Благодаря повышенной стойкости к усадочным трещинам Inconel 713LC обеспечивает надёжную структурную целостность и стабильные механические свойства в тонкостенных конструкциях, получаемых литьём по выплавляемым моделям, которые часто требуют ЧПУ-обработки для достижения прецизионных допусков.

Химические, физические и механические свойства Inconel 713LC

Inconel 713LC (UNS N07713 / AMS 5382) обычно поставляется в состоянии литья по выплавляемым моделям с последующим старением, удовлетворяя требованиям к характеристикам компонентов авиационной и энергетической отраслей.

Химический состав (AMS 5382)

Элемент	Диапазон содержания (мас.%)	Ключевая роль
Никель (Ni)	Основа (~75.0%)	Базовый сплав для высокотемпературной прочности
Хром (Cr)	12.0–14.0	Повышает стойкость к окислению
Алюминий (Al)	5.5–6.5	Формирует фазу γ′ для жаропрочности
Молибден (Mo)	4.0–5.0	Улучшает характеристики при разрушении ползучестью
Ниобий (Nb)	1.5–2.5	Упрочнение карбидами и интерметаллидами
Титан (Ti)	0.6–1.2	Стабилизирует структуру γ′
Углерод (C)	0.02–0.06	Пониженное содержание для лучшей свариваемости и литейности
Цирконий (Zr)	0.05–0.15	Повышает прочность по границам зёрен
Бор (B)	0.005–0.015	Улучшает жаропрочность и пластичность
Железо (Fe)	≤3.0	Остаточный элемент
Кремний (Si)	≤0.50	Контролирует окалинообразование при окислении
Марганец (Mn)	≤0.50	Повышает литейность

Физические свойства

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт/условие испытаний
Плотность	8.00 g/cm³	ASTM B311
Диапазон плавления	1250–1330°C	ASTM E1268
Теплопроводность	11.3 W/m·K при 100°C	ASTM E1225
Электрическое сопротивление	1.21 µΩ·m при 20°C	ASTM B193
Тепловое расширение	13.8 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
Удельная теплоёмкость	458 J/kg·K при 20°C	ASTM E1269
Модуль упругости	196 GPa при 20°C	ASTM E111

Механические свойства (литое состояние после старения)

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт испытаний
Предел прочности при растяжении	930–1050 MPa	ASTM E8/E8M
Предел текучести (0.2%)	600–730 MPa	ASTM E8/E8M
Относительное удлинение	≥4–6% (база 25 мм)	ASTM E8/E8M
Твёрдость	320–380 HB	ASTM E10
Длительная прочность (разрушение при ползучести)	≥160 MPa при 871°C, 100 ч	ASTM E139

Ключевые характеристики Inconel 713LC

Работоспособность при высоких температурах: сохраняет структурную целостность выше 950°C при устойчивой длительной прочности (разрушение при ползучести) свыше 160 MPa, что делает сплав подходящим для длительных циклов работы турбин.
Превосходная литейность: низкий углерод и микро-легирование Zr/B уменьшают горячие трещины и усадочную пористость при затвердевании, обеспечивая более точное и сложное литьё по выплавляемым моделям.
Стойкость к термической усталости и окислению: повышенное содержание Cr и Al формирует защитные слои Cr₂O₃ и Al₂O₃, обеспечивая защиту от окисления в динамичных условиях работы двигателя.
ЧПУ-обрабатываемость: механическая обработка после литья позволяет достигать допусков чистовой обработки до ±0.02 мм и шероховатости Ra ≤ 0.8 µm при использовании оптимизированных режимов резания и инструментальных систем.

Сложности и решения ЧПУ-обработки Inconel 713LC

Сложности обработки

Твёрдость материала и износ

Литой и состаренный 713LC демонстрирует твёрдость до 380 HB, что усложняет сохранение стойкости режущего инструмента при длительных операциях.

Хрупкое поведение

При удлинении ~4–6% внезапные удары инструмента или неверно выбранные подачи могут вызывать микротрещины или скалывание.

Концентрация тепла

Теплопроводность остаётся низкой (<12 W/m·K), что повышает температуру в зоне вершины инструмента и способствует кратерному износу при сухой обработке или недостаточном охлаждении.

Оптимизированные стратегии обработки

Выбор инструмента

Параметр	Рекомендация	Обоснование
Материал инструмента	Керамика (SiAlON) или CBN для чистовой обработки	Высокая красностойкость и термостойкость
Покрытие	TiAlN/AlCrN, 3–6 µm методом PVD	Повышает стойкость к окислению и износу
Геометрия	Положительный передний угол (10–12°), фаска на кромке	Предотвращает скалывание кромки и улучшает чистоту поверхности

Режимы резания (ISO 3685)

Операция	Скорость (m/min)	Подача (mm/rev)	DOC (mm)	Давление СОЖ (bar)
Черновая обработка	15–25	0.20–0.30	2.0–3.0	80–120
Чистовая обработка	30–45	0.05–0.10	0.3–0.8	100–150

Поверхностная обработка деталей из Inconel 713LC после механической обработки

Горячее изостатическое прессование (HIP)

HIP уплотняет литую микроструктуру при давлении 100–200 MPa и температуре >1100°C, устраняя внутреннюю пористость и повышая сопротивление усталости более чем на 25%.

Термообработка

Термообработка включает растворяющий отжиг при 1160°C и старение при 845°C для повышения стабильности γ′ и равномерности механических свойств.

Сварка суперсплавов

Сварка суперсплавов с использованием предварительно подогретой TIG или EB-сварки и присадочных материалов на основе Ni-Cr сохраняет прочность шва и снижает склонность к микротрещинообразованию.

Теплозащитное покрытие (TBC)

Покрытие TBC наносит керамику YSZ толщиной 150–300 µm, увеличивая ресурс по термоусталости и снижая температуру поверхности на 150–200°C.

Электроэрозионная обработка (EDM)

EDM обеспечивает высокоточную обработку корней лопаток, охлаждающих каналов и пазов типа fir-tree с допусками до ±0.01 мм.

Глубокое сверление

Глубокое сверление обеспечивает точность отверстий при отношении L/D ≥ 40:1 для литых охлаждающих каналов турбин и деталей камер сгорания.

Испытания и анализ материала

Испытания материала включают ультразвуковой контроль, рентген-контроль и анализ зеренной структуры по AMS 2175 и ASTM E112, обеспечивая соответствие по размерам и металлургическим требованиям.