سوپر آلياژ اینکونل 718 چيست؟

inconel 718 superalloy

مقدمه

اینکونل 718 یکی از مهم‌ترین سوپرآلیاژهای بر پایه نیکل است که در سال 1962 توسط شرکت سپسیال متالز کورپوریشن توسعه یافت. این آلیاژ از ترکیب نیکل، کروم، مولیبدن، نیوبیوم، تیتانیوم و آلومینیوم تشکیل شده است و دارای خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فردی است. اینکونل 718 به دلیل داشتن استحکام بالا در دماهای بالا، مقاومت به خوردگی و خزش، جوش پذیری فوق العاده و قابلیت عملیات حرارتی پیر سختی، در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله، می‌خواهیم به معرفی این آلیاژ، ترکیب شیمیایی آن، استانداردهای مربوط به آن، کاربردهای آن و خواص آن بپردازیم.

ترکیب شیمیایی اینکونل 718

اینکونل 718 یک آلیاژ آستنیتی است که حداقل 50 درصد وزنی آن از نیکل تشکیل شده است.

عناصر دیگری که در ترکیب این آلیاژ وجود دارند عبارتند از :

کروم (17 تا 21 درصد)، مولیبدن (2.8 تا 3.3 درصد)، نیوبیوم (4.75 تا 5.5 درصد)، تیتانیوم (0.65 تا 1.15 درصد)، آلومینیوم (0.2 تا 0.8 درصد)، کبالت (حداکثر 1 درصد)، مس (حداکثر 0.3 درصد)، کربن (حداکثر 0.08 درصد)، منگنز (حداکثر 0.35 درصد)، سیلیسیم (حداکثر 0.35 درصد)، فسفر (حداکثر 0.015 درصد) و گوگرد (حداکثر 0.015 درصد). این عناصر به افزایش استحکام، مقاومت به خوردگی و خزش، جوش پذیری و قابلیت عملیات حرارتی این آلیاژ کمک می‌کنند.

استانداردهای مربوط به اینکونل 718

اینکونل 718 دارای چندین استاندارد صنعتی است که بر اساس شکل، اندازه، خواص و کاربرد آن تعیین می‌شوند.

برخی از این استانداردها عبارتند از :

– استانداردهای AMS : این استانداردها توسط انجمن مواد هوافضا (Aerospace Material Specification) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: AMS 5596، AMS 5597، AMS 5583، AMS 5589، AMS 5590، AMS 5662، AMS 5663، AMS 5664 و AMS 5832.

– استانداردهای ASTM : این استانداردها توسط انجمن آزمایش و مواد آمریکا (American Society for Testing and Materials) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: ASTM B670، ASTM B637، ASTM B1014 و ASTM B6S37.

– استانداردهای ASME : این استانداردها توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (American Society of Mechanical Engineers) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: ASME SB-637 و ASME SFA-5.14.

– استانداردهای GE : این استانداردها توسط شرکت جنرال الکتریک (General Electric) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: GE-S400/1000، GE-B50TF14 و GE-B50TF15.

کاربرد های فولاد 718

توربین‌های موتور هواپیما : فولاد 718 به دلیل تحمل دماهای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی، در قطعات مختلف توربین‌های موتور هواپیما مانند بلیدها، دیسک‌ها، شفت‌ها و مهره‌ها استفاده می‌شود.

توربین‌های گازی : فولاد 718 به دلیل تحمل دماهای بالا و مقاومت در برابر خزش و خوردگی، در قطعات مختلف توربین‌های گازی مانند بلیدها، دیسک‌ها، شفت‌ها و مهره‌ها استفاده می‌شود.

بست‌ها (اتصال دهنده‌ها) : فولاد 718 به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی و خزش، در بست‌هایی که در محیط‌های سخت و دماهای بالا کار می‌کنند مانند بست‌های نیروگاه‌های هسته‌ای، نفت و گاز و هوافضا استفاده می‌شود.

اسپیسرها یا فاصله دهنده‌ها : فولاد 718 به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی و خزش، در اسپیسرها یا فاصله دهنده‌هایی که در محیط‌های سخت و دماهای بالا کار می‌کنند مانند اسپیسرهای موتور هواپیما، توربین‌های گازی و نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود .

ویژگی های آلیاژ 718

این آلیاژ می‌تواند در دماهای بالا، شرایط خوردگی و خزش، و محیط‌های کرایوژنیک کار کند. این آلیاژ همچنین دارای مقاومت و استحکام بالایی در برابر کشش و ضربه است. این آلیاژ در شرایط پیری نیز از جوش پذیری فوق العاده برخوردار است و امکان جوشکاری و تعمیر فولاد را فراهم می‌کند.

همچنین میتوانید با مطالعه مقالات زیر درباره دیگر آلیاژ های اینکونل اطلاعات کسب کنید :

آلیاژ اینکونل 600 چیست؟

آلیاژ اینکونل 800 چیست؟

آلیاژ اینکونل 718 چیست؟

سوپر آلياژ اینکونل X750 چيست؟

آلیاژ اینکونل 718 چیست؟

 Inconel 718 alloy

اینکونل 718 یک آلیاژ پیر سختی از نیکل و کروم است که با عملیات حرارتی خواص خود را بهبود می‌بخشد. این آلیاژ حاوی عناصری مانند نیوبیوم، مولیبدن، تیتانیوم و آلومینیوم است که باعث افزایش مقاومت به خوردگی، مقاومت مکانیکی و خواص خزشی آن می‌شوند. این آلیاژ تا دمای 650∘C خواص مناسبی دارد.

آلیاژ اینکونل 718 یک فولاد ضد زنگ است که دارای مقاومت و استحکام بالایی در برابر نیروهای کششی و تا و ضربه است. این خاصیت حتی در شرایط دمایی سرد و گرم نیز حفظ می‌شود. برای افزایش استحکام این آلیاژ، از عملیات حرارتی رسوبی استفاده می‌شود که در آن آلیاژ را در دمای 1325∘F (718∘C) گرم می‌کنند و سپس آن را سریعاً خنک می‌کنند (کوئنچ). در مرحله بعد، آلیاژ را در دمای 1150∘F(621∘C) نگهداری می‌کنند تا رسوبات مورد نظر تشکیل شوند.

آلیاژ 718 یک نوع فولاد ضد زنگ است که دارای کاربردهای متنوعی است.

برخی از کاربردهای آن عبارتند از :

• توربینهای موتور هواپیما : این آلیاژ برای ساخت قطعات توربینی که در معرض دماهای بالا و فشارهای زیاد هستند، مناسب است.
• توربینهای گازی : این آلیاژ برای ساخت قطعات توربینی که در معرض دماهای بالا و گازهای خورنده هستند، مناسب است.
• بستها (اتصال دهنده ها) : این آلیاژ برای ساخت بستها و اتصال دهنده هایی که باید مقاومت بالایی در برابر کشش و ضربه داشته باشند، مناسب است.
• اسپیسرها یا فاصله دهنده ها : این آلیاژ برای ساخت اسپیسرها و فاصله دهنده هایی که باید مقاومت بالایی در برابر حرارت و سایش داشته باشند، مناسب است.

ویژگی های آلیاژ 718 عبارتند از :

• مقاومت و استحکام بالا در برابر نیروهای کششی و تاو ضربه : این آلیاژ توانایی تحمل نیروهای بالا را در شرایط دمایی سرد و گرم دارد.
• قابلیت جوشکاری و تعمیر در شرایط پیری : این آلیاژ از روش عملیات حرارتی رسوبی برای افزایش استحکام خود استفاده می‌کند. این روش اجازه می‌دهد که آلیاژ را در شرایط پیری نیز جوشکاری و تعمیر کرد.

ورق اینکونل 718 یک نوع آلیاژ اینکونل 718 است که برای ساخت قطعات مختلف استفاده می‌شود.ورق اینکونل 718 دارای استانداردهای مختلفی از سازمان‌های معتبر است.

ترکیبات شیمیایی ورق اینکونل 718 عبارتند از :

• 0.08% کربن
• 0.35% منیزیم
• 0.015% فسفر
• 0.015% سولفور
• 0.35% سیلیسیم
• 17-21% کروم
• 50-55% نیکل
• 17-21% مولیبدن
• 4.75-5.50% نیوبیوم
• 0.65-1.15% تیتانیوم
• 0.20-0.80% آلومینیوم
• 1% کبالت 
• 0.30% مس

ورق اینکونل 718 یک آلیاژ از فولاد ضد زنگ است که دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است.

برخی از این ویژگی‌ها عبارتند از :

• قابلیت جوشکاری : این آلیاژ را می‌توان به راحتی جوشکاری کرد و از ترک‌خوردگی پس از جوشکاری جلوگیری کرد.
• قابلیت ماشینکاری : این آلیاژ را می‌توان با استفاده از ابزارهای ماشینکاری معمولی شکل داد و قطعات مورد نظر را تولید کرد.
• مقاومت در برابر کشش : این آلیاژ توانایی تحمل نیروهای کششی بالا را دارد و در شرایط دمایی مختلف خاصیت مکانیکی خود را حفظ می‌کند.
• استحکام بالا : این آلیاژ دارای استحکام تسلیم 725MPaو استحکام کششی 1035MPa است که نشان دهنده قدرت بالای آن است.
• قابلیت تعمیر در شرایط پیری : این آلیاژ از روش عملیات حرارتی رسوبی برای افزایش استحکام خود استفاده می‌کند. این روش اجازه می‌دهد که آلیاژ را در شرایط پیری نیز جوشکاری و تعمیر کرد.
• چگالی مناسب : این آلیاژ دارای چگالی 8.19g/cm3 است که برای ساخت قطعات سبک و مقاوم مناسب است.

کاربرد در صنعت هوافضا :

این آلیاژ به دلیل داشتن ویژگی‌های بالا، یکی از بهترین گزینه‌ها برای ساخت سازه‌های هوافضا است. این آلیاژ در توربین‌های موتور هواپیما، اسپیسرها، بستها و اتصال دهنده‌ها استفاده می‌شود.

شما همچنین میتوانید از طریق لینک های زیر مقالات ما را درباره دیگر الیاژ های اینکونل مطالعه کنید:

اینکونل 800

فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ، که به عنوان Stainless Steel نیز شناخته می‌شود، نوعی آلیاژ آهن است که حداقل دارای 10.5 درصد کروم است. استفاده از کروم در ترکیب این فولاد به منظور جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی آن می‌باشد. نکته مهم اینجا این است که با افزایش درصد کروم در ترکیب فولاد، مقاومت آن در برابر خوردگی نیز افزایش می‌یابد.

به طور کلی، درصد کروم موجود در فولاد ضد زنگ حدود 12 تا 20 درصد است. علاوه بر کروم، این نوع فولاد حاوی مقادیری از عناصر دیگر نیز می‌باشد، از جمله کربن، سیلیسیم و منگنز که ویژگی‌های برجسته‌ای به فولاد ضد زنگ می‌بخشند. عناصر دیگری مانند نیکل و مولیبدن نیز به منظور بهبود خصوصیات مثل شکل‌پذیری و افزایش مقاومت در برابر خوردگی به ترکیب فولاد ضد زنگ اضافه می‌شوند.

انواع فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ، در انواع مختلفی تولید می‌شود، که به شرح زیر می‌باشند :

1.فولادهای ضد زنگ آستنیتی (سری 200 و 300) :

– این نوع فولادها از حداقل 16 تا 26 درصد کروم و حداقل 8 تا 24 درصد نیکل تشکیل شده‌اند.

– آنها دارای مقاومت بسیار بالا در برابر زنگ زدگی و خوردگی هستند و به عنوان فولادهای ضد زنگ استاندارد شناخته می‌شوند.

2.فولادهای ضد زنگ Ferritic (سری 400) :

– این نوع فولادها دارای حداقل 10.5 درصد کروم هستند و نیکل بسیار کمتری نسبت به فولادهای آستنیتی دارند.

– آنها بیشتر در محیط‌هایی با اکسیژن محدود مورد استفاده قرار می‌گیرند و به عنوان فولادهای ضد زنگ فریتیک شناخته می‌شوند.

3.فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (سری 400 و 500) :

– این فولادها حاوی حداقل 11.5 درصد کروم هستند و نیکل محدودی دارند.

– آنها بیشتر برای مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی در محیط‌هایی با ارتفاع دما مورد استفاده قرار می‌گیرند.

4.آلیاژهای دوبلکس :

– این نوع فولادها از ترکیب آستنیتی و مارتنزیتی تشکیل شده‌اند.

– آنها مقاومت بالایی در برابر خوردگی و شکست دارند و به عنوان آلیاژهای دوبلکس شناخته می‌شوند.

5.فولاد ضد زنگ رسوب سختی (Precipitation-Hardening یا PH) :

– این نوع فولادها دارای ترکیبات آلیاژی خاصی هستند که از جمله‌ی آنها می‌توان به نیکل، کروم، مس و منگنز اشاره کرد.

– آنها از رسوب سختی بهره می‌برند که مقاومت آنها را در برابر خوردگی افزایش می‌دهد.

تنوع این انواع فولاد ضد زنگ به افراد و صنایع مختلف امکان می‌دهد تا فولاد مناسب برای نیازهای خود را انتخاب کنند.

فولادهای ضد زنگ آستنیتی

فولادهای ضد زنگ آستنیتی از محبوب‌ترین انواع فولاد ضد زنگ هستند که حداقل دارای 16٪ کروم هستند. این میزان کروم موجود در این فولاد‌ها، آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی تبدیل کرده است. فولادهای ضد زنگ آستنیتی دارای یک ساختار اصلی هستند که با افزودن نیکل، منگنز و نیتروژن به آن شکل می‌گیرد.

نکته قابل توجه در مورد این نوع فولادها این است که با انجام عملیات حرارتی، نمی‌توان آن‌ها را سخت کرد؛ زیرا ساختار آن‌ها در هر دما یکسان است. همچنین، ساختار آستنیتی آن‌ها شکل‌پذیری و قابلیت جوشکاری بسیار خوبی به آن‌ها می‌دهد.

فولادهای ضد زنگ آستنیتی را می‌توان به دو گرید 200 و 300 تقسیم کرد :

گرید 200 : این گرید‌ها از آلیاژهایی تشکیل شده‌اند که حاوی کروم، منگنز و نیکل هستند و البته بیشتر از همه منگنز و نیتروژن دارند. به علت وجود نیتروژن در این گرید، مقاومت تسلیمی آنها نسبت به گرید 300 بیشتر است. به عنوان مثال، نوع 201 از این گرید‌ها، توسط فرآیند نورد سرد، قابلیت سخت‌شدن دارد. اهمیت این نکته اینجاست که با کاهش میزان نیکل و افزایش منگنز، مقاومت آنها در برابر خوردگی نیز کاهش می‌یابد.

گرید 300 : این گرید‌ها از آلیاژهای کروم و نیکل تشکیل شده و به عنوان پرکاربردترین گرید از این نوع فولاد شناخته می‌شوند. گرید 304 از این گرید‌ها، عملکرد عالی دارد و با ترکیب 18/8 و 18/10 شناخته می‌شود. این نامگذاری به این دلیل است که دارای 18٪ کروم و 8٪ یا 10٪ نیکل است.

علاوه بر گرید 304، نوع دیگری از فولاد ضد زنگ با نام 316 وجود دارد که نسبت به 304، کاربردهای خاص و متفاوتی دارد. فولاد ضد زنگ گرید 316، به عنوان متداول‌ترین نوع فولاد ضد زنگ آستنیتی شناخته می‌شود و حاوی مقادیر نیکل (بین 8 تا 10.5 درصد وزن فولاد) و کروم (بین 18 تا 20 درصد وزن فولاد) می‌باشد. همچنین فولادهای ضد زنگ 316 نیز مقادیر بالایی از سیلیکون، منگنز و کربن دارند و ترکیب اصلی آنها آهن است.

فولادهای ضد زنگ Ferritic (سری 400)

فولادهای ضد زنگ Ferritic از سری 400 دارای 10.5 تا 27٪ کروم و مقادیر قابل توجهی نیکل هستند که مقاومت آن‌ها را در برابر خوردگی کاهش می‌دهد. فولادهای ضد زنگ Ferritic به عنوان نوعی فولاد ضد زنگ معمولاً مغناطیسی هستند و گریدهای این نوع فولاد شامل 430 و 434 می‌شوند.

بسیاری از افراد پرسش می‌کنند که آیا فولاد ضد زنگ می‌تواند مغناطیسی باشد یا نه. در پاسخ به این سوال باید گفت که برخی از آلیاژهای فولاد ضد زنگ می‌توانند مغناطیسی باشند و این به این معناست که در این نوع فولاد، آهن به شکلی یا دیگر در ترکیب آن موجود است و ساختار آن به فریتی یا مارتنزیتی نزدیک است.

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (سری 400 و 500)

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی از سری 400 و 500 دارای بیشترین سطح سختی هستند. این نوع فولادها مغناطیسی هستند و با ترکیبی از فرآیند نورد سرد و عملیات حرارتی (نورد گرم) قابلیت سخت شدن دارند. آلیاژهای مارتنزیتی حاوی 12 تا 14 درصد کروم، 0.2 تا 1 درصد مولیبدن و مقادیر قابل توجهی نیکل هستند. مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی کمتر از آلیاژهای آستنیتی یا فریتی است، اما با انجام عملیات حرارتی، سختی این فولاد افزایش می‌یابد.

این تفاوت‌ها باعث شده که جوشکاری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به روش‌های مختلفی انجام شود. به عنوان مثال، جوشکاری فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی به دلیل محتوای بالای کربن نسبت به فولادهای فریتی و آستنیتی، دشوارتر باشد. مقادیر بالای کربن به همراه سایر عناصر آلیاژی موجود در فولادهای ضد زنگ، احتمال تشکیل ریزساختاری شکننده را افزایش می‌دهند. این امر می‌تواند منجر به ایجاد ترک‌های جوش شود.

فولاد ضد زنگ رسوب سختی (Precipitation-Hardening یا PH)

فولادهای ضد زنگ PH حاوی حدود 17٪ کروم و 4٪ نیکل هستند. عملیات حرارتی باعث تقویت فولادهای PH در سطوح بالا می‌شود. این نوع فولادها با افزودن عناصری مانند مس، نیوبیوم و آلومینیوم به فولاد، می‌توانند مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی داشته باشند. مقادیر آلومینیوم ممکن است در این فولادها متغیر باشد و برای کاربردهای خاصی انتخاب می‌شود.

آلیاژهای دوبلکس

فولادهای ضد زنگ دوبلکس از جمله فولادهایی هستند که در برابر ترک‌خوردگی و تنش مقاومی دارند. همان‌طور که از نام آنها مشخص است، فولادهای ضد زنگ دوبلکس ترکیبی از چند نوع آلیاژ به‌منظور دستیابی به خواص مطلوب هستند. این آلیاژها معمولاً حاوی مقادیر متغیری از کروم (19 تا 28٪)، مولیبدن (0 تا 5٪) و نیکل (5 تا 7٪) هستند. آنها به عنوان یک انتخاب مناسب برای مواردی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و تنش دارند، معروف هستند.