Inconel 718 es una rara aleación de níquel cuya resistencia no existe hasta que el tratamiento térmico la crea. En estado recocido, es un material modesto de clase 1000 MPa-; después del tratamiento de precipitación en dos-pasos, alcanza una resistencia mínima a la tracción de 1270 MPa con un rendimiento superior a 1030 MPa, y esa diferencia es la única razón por la que la aleación se especifica en maquinaria rotativa y equipos a presión.
¿Qué es el Inconel 718?
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)es una aleación de hierro-níquel-cromo-endurecible por precipitación reforzada por dos fases intermetálicas: gamma doble-prime (g″, Ni3Nb) como fase de endurecimiento primaria y gamma prime (g′, Ni3(Al,Ti)) como fase secundaria.
La aleación es inusual entre las superaleaciones de níquel porque su respuesta de endurecimiento por envejecimiento es lenta, que es exactamente lo que la hace soldable sin el agrietamiento que afecta a las aleaciones de rápido envejecimiento-como X-750. Mantiene una alta resistencia a temperaturas criogénicas de hasta aproximadamente 650 grados (1200 grados F), que es el rango de trabajo que la mayoría de las hojas de datos citan para un servicio a largo plazo.
| Artículo | Valor |
|---|---|
| número UNS | N07718 |
| ES / Número de taller | 2.4668 |
| Nombres comunes | Inconel 718, Aleación 718, Níquel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (taquigrafía EN) |
| Familia | Precipitación-Ni-Cr-Fe-Nb-Mo endurecible |
| Mecanismo de fortalecimiento | g″ (Ni3Nb) primario + g′ (Ni3(Al,Ti)) secundario |
| Densidad | 8,19 g/cm3 (0,296 libras/pulg3) |
| rango de fusión | 1320 a 1390 grados (2410 a 2540 grados F) |
| Rango de servicio utilizable | -250 grados a +650 grados a largo plazo |
Composición química
La siguiente composición es la envolvente de aceptación estándar utilizada por AMS 5662/AMS 5663 y ASTM B637 para barras y piezas forjadas. El niobio es el elemento definitorio: forma el precipitado doble-prima gamma Ni3Nb durante el envejecimiento, y su rango se controla estrictamente porque muy poco niobio reduce la respuesta de endurecimiento, mientras que demasiado promueve la segregación y la fase Laves. El hierro no es una impureza aquí, sino un elemento de equilibrio deliberado que ralentiza la respuesta al envejecimiento y mejora la fabricabilidad.
| Elemento | Mín (%) | Máx. (%) | Role |
|---|---|---|---|
| Níquel + Cobalto (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Matriz base; resistencia a altas-temperaturas |
| Cromo (Cr) | 17.0 | 21.0 | Resistencia a la oxidación y la corrosión. |
| Hierro (Fe) | Balance | - | Equilibrio matricial; retarda la respuesta al envejecimiento para la soldabilidad |
| Niobio + Tantalio (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Formas g″; el elemento de endurecimiento primario |
| Molibdeno (Mo) | 2.80 | 3.30 | Fortalecimiento de soluciones-sólidas |
| Titanio (Ti) | 0.65 | 1.15 | Formas g′; co-precipitante |
| Aluminio (Al) | 0.20 | 0.80 | Formas g′; co-precipitante |
| Cobalto (Co) | - | 1.00 | Límite de impurezas en la mayoría de las especificaciones. |
| Carbono (C) | - | 0.08 | Se mantiene bajo para evitar la fragilización del carburo. |
| Manganeso (Mn) | - | 0.35 | control de impurezas |
| Silicio (Si) | - | 0.35 | control de impurezas |
| Fósforo (P) | - | 0.015 | control de impurezas |
| Azufre (S) | - | 0.015 | Control de impurezas; crítico para la trabajabilidad en caliente |
| Cobre (Cu) | - | 0.30 | Límite de impureza |
| Boro (B) | - | 0.006 | Micro-aleación para la resistencia límite-del grano |
El mecanismo de precipitación: por qué el tratamiento térmico crea la fuerza
En la condición recocida, Inconel 718 es una aleación de solución sólida-con resistencia moderada, aproximadamente 1030 MPa de tracción mínima en la condición AMS 5662.
El tratamiento térmico de precipitación lleva la aleación a una tensión mínima de 185 ksi (1276 MPa) porque obliga a que sucedan dos cosas en la microestructura: los átomos de niobio, titanio y aluminio, que se disuelven en la matriz después del tratamiento de la solución, salen de la solución como partículas de Ni3Nb y Ni3(Al,Ti) a escala nanométrica; y esas partículas fijan el movimiento de dislocación que de otro modo permitiría la deformación plástica.
El ciclo de envejecimiento de dos-pasos existe porque las dos fases responden a diferentes temperaturas: el primer paso a 1325 grados F nuclear la fase g", y el segundo a 1150 grados F le permite crecer hasta el tamaño que proporciona el equilibrio óptimo de resistencia-resistencia. Saltarse o acortar cualquiera de los pasos deja la aleación poco-endurecida, por lo que los registros de tratamiento térmico-son más importantes para 718 que para casi cualquier otra aleación de níquel.
Condiciones de entrega: AMS 5662, AMS 5663 y AMS 5664
Tres condiciones del AMS dominan la adquisición de barras, piezas forjadas y tubos de Inconel 718. Son la misma química; la diferencia es totalmente el estado del tratamiento-térmico, y cada uno tiene un trabajo diferente en la cadena de suministro.
| Especificación | Condición | Propiedades mínimas (temperatura ambiente) | Uso típico en la cadena de suministro |
|---|---|---|---|
| AM 5662 | Tratado con solución (recocido) | UTS 1034 MPa (150 ksi) mín., YS 517 MPa (75 ksi) mín. | Materia prima para mecanizado; lo suficientemente suave como para cortar fácilmente |
| AM 5663 | Tratado con solución + endurecido por precipitación | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12 % min, RA 15 % min | Piezas de presión y hardware giratorio- listos para el servicio |
| AM 5664 | Variante de mayor-frío-trabajado + envejecido | Supera AMS 5663 en resistencia. | Elementos de sujeción y piezas que necesitan la máxima resistencia |
Para tuberías y equipos a presión, la lógica de adquisición es: pedir AMS 5662 cuando la pieza deba mecanizarse o doblarse primero y endurecerse después, y pedir AMS 5663 cuando la pieza se entregue en su estado final.
Un error común en el abastecimiento es solicitar una tubería AMS 5663 y luego mecanizarla-en frío-en casa, lo que-se endurece y puede distorsionar una pieza que ya tenía toda su resistencia; La ruta correcta para piezas mecanizadas-a partir de-brutos es AMS 5662 seguida de un ciclo de envejecimiento controlado.
Ruta de tratamiento térmico
El ciclo de endurecimiento por precipitación estándar según AMS 5663 es un tratamiento de dos-pasos. El tratamiento de solución antes del envejecimiento disuelve los elementos endurecedores y fija el tamaño de grano; los pasos de envejecimiento nuclean y hacen crecer los precipitados.
| Paso | Temperatura | Tiempo / Enfriamiento | Objetivo |
|---|---|---|---|
| recocido en solución | 927–1010 grados (1700–1850 grados F) | Mantener por tamaño de sección, enfriar al aire o más rápido | Disolver Nb, Ti, Al; establecer el tamaño de grano |
| Paso de envejecimiento 1 | 718 grados (1325 grados F) | 8 horas | Fase nucleada g″ (Ni3Nb) |
| Paso de envejecimiento 2 | 621 grados (1150 grados F) | Enfríe el horno desde el paso 1; tiempo total de crianza 18 h; aire fresco | Haga crecer g″ y g′ hasta el tamaño óptimo |
La ruta 1325/1150 grados F es el estándar AMS. Una nota para los fabricantes: la aleación muestra una contracción de aproximadamente 0,0008 pulg/pulg después del endurecimiento por precipitación, por lo que las dimensiones-mecanizadas con precisión deben establecerse antes del envejecimiento o la contracción debe tenerse en cuenta en el margen de mecanizado.
Datos físicos y mecánicos
La siguiente tabla combina las constantes físicas con el comportamiento mecánico representativo a temperatura. Los mínimos de temperatura ambiente-son contractuales, las cifras de temperatura elevada-son valores típicos como guía de diseño.
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad | 8,19 g/cm3 |
| Módulo de elasticidad, temperatura ambiente. | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| CTE medio, 20 a 300 grados | 13.9 µm/m·K |
| Conductividad térmica, temperatura ambiente. | 11.4 W/m·K |
| UTS, recocido (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, envejecido (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, envejecido (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Alargamiento, envejecido (AMS 5663 min) | 12% |
| Dureza, envejecida (típica) | 331 HBW min (aproximadamente 36 HRC) |
Alta-temperatura y comportamiento criogénico
La misma estructura de precipitación que le da a 718 su resistencia a temperatura ambiente-es estable hasta aproximadamente 650 grados, razón por la cual la aleación mantiene una resistencia a la tracción y a la fluencia utilizable en el rango de turbina y fondo de pozo. Las propiedades envejecidas típicas a 650 grados todavía muestran alrededor de 1100 MPa de tracción, y el rendimiento de rotura por tensión-es la razón por la que 718 es la aleación de hardware-rotación estándar.
En el otro extremo de la envoltura, la matriz austenítica no tiene una transición dúctil-a-frágil, por lo que la aleación se usa ampliamente en tanques criogénicos y válvulas hasta temperaturas de hidrógeno líquido-. Esta combinación, alta resistencia en ambos extremos de temperatura con soldabilidad en el medio, es la razón por la que ninguna otra aleación de níquel iguala su número de especificaciones en el sector aeroespacial y de petróleo-y-.
Soldadura y Fabricación
Inconel 718está soldado con relleno de base de níquel-a juego en la clase ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), la familiar familia de relleno Inconel 718. La aleación se puede soldar en estado recocido o envejecido; la respuesta de envejecimiento lento significa que la zona afectada por el calor-no se agrieta después de soldar como lo hacen las aleaciones de envejecimiento rápido.
Cuando se suelda en estado recocido y luego se envejece, el metal de soldadura desarrolla una gran parte de la resistencia del metal base-, por lo que las piezas soldadas normalmente se diseñan como material AMS 5662 más un ciclo de envejecimiento posterior a la soldadura. El conformado en frío es sencillo en estado recocido; El material envejecido es lo suficientemente fuerte como para que el conformado se deba realizar antes del endurecimiento por precipitación. Las notas de mecanizado reflejan las de otras aleaciones de níquel: configuración rígida, avance positivo y herramientas afiladas para evitar el endurecimiento por trabajo.
Estándares y formas de productos
| Forma | Estándar rector | Rango típico |
|---|---|---|
| Barra, varilla, alambre | ASTM B637/AMS 5662, 5663, 5664 | Diámetro 6–300 mm |
| Tubería y tubo sin costura | Ruta AMS 5662, según especificación del proyecto | DE 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Placa, lámina, tira. | ASTM B670/AMS 5596, 5597 | Espesor 0,5–100 mm |
| Forjas y anillos | ASTM B637 | Por dibujo |
| sujetadores | Variantes de AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Por dibujo |
Aplicaciones
- Aeroespacial: discos de turbina, palas de compresor, ejes de motor, carcasas y sujetadores
- Motores de cohetes: turbobombas, carcasas, componentes de empuje.
- Petróleo y gas: herramientas de fondo de pozo, carcasas MWD/LWD, ejes de bombas, válvulas de seguridad, componentes de boca de pozo según NACE MR0175/API 6A CRA
- Criogénico: tanques de GNL e hidrógeno, válvulas, tuberías de transferencia.
- Nuclear: componentes internos del reactor y-barras de control
- Industrial: resortes, sujetadores, troqueles y herramientas de alta-temperatura
Errores comunes en las adquisiciones
- Pedir tubería AMS 5663 y mecanizarla internamente-, perdiendo la condición de envejecimiento en la superficie mecanizada
- Suponiendo que todos los certificados 718 sean iguales: la condición (recocido versus envejecido) debe indicarse en la orden de compra
- Saltarse el segundo paso de envejecimiento a 1150 grados F, lo que deja la aleación poco-endurecida
- Haciendo caso omiso de la contracción del envejecimiento de 0,0008 pulg/pulg en dimensiones de precisión
- Usar un relleno de clase 625 en 718, que cambia la química del metal de soldadura y reduce la resistencia al envejecimiento
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la diferencia entre AMS 5662 y AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 es la solución-recocida con una tensión mínima de aproximadamente 1034 MPa; AMS 5663 es el mismo material endurecido por precipitación-a una tensión mínima de 1276 MPa. Ordene 5662 para mecanizado y conformado, luego envejecido; pida 5663 para piezas-listas para el servicio.
P: ¿Cómo se endurece el Inconel 718?
Envejecido en dos-pasos: 8 horas a 718 grados (1325 grados F), luego enfriar en horno a 621 grados (1150 grados F) para un tiempo total de envejecimiento de 18 horas, luego enfriar al aire. El tratamiento precipita las fases Ni3Nb (g″) y Ni3(Al,Ti) (g′) que fijan las dislocaciones.
P: ¿Qué temperatura puede soportar Inconel 718?
Servicio-a largo plazo hasta aproximadamente 650 grados (1200 grados F), con buen rendimiento criogénico hasta -250 grados. Por encima de 650 grados, la fase g ″ se excede y la fuerza cae.
P: ¿Es soldable el Inconel 718?
Sí, algo inusual para una aleación de níquel endurecida-por precipitación, porque su respuesta al envejecimiento es lenta. Utilice relleno ERNiFeCr-2; suelde en estado recocido y envejezca posteriormente para obtener una resistencia de soldadura cercana a la del metal base-.
P: ¿Qué normas cubren el Inconel 718?
ASTM B637 (barras y piezas forjadas), ASTM B670 (placas), AMS 5662/5663/5664 (condiciones aeroespaciales), además de variantes NACE MR0175/ISO 15156 y API 6A CRA para petróleo y gas.
P: ¿Se puede utilizar Inconel 718 en servicios amargos?
Sí, 718 es una de las pocas aleaciones de alta-resistencia enumeradas en NACE MR0175/ISO 15156 para ambientes ácidos, con límites de dureza que deben verificarse en el certificado.
