インコネル 718 は、熱処理装置で作成されるまで強度が発現しない希少なニッケル合金です。焼きなまし状態では、適度な 1000 MPa- クラスの材料になります。 2 つの-ステップの析出処理の後、最小引張力は 1270 MPa に達し、降伏率は 1030 MPa を超えます。この差こそが、この合金が回転機械や圧力機器に指定される理由です。
インコネル718とは
インコネル 718 (UNS N07718、EN 2.4668)は、2 つの金属間化合物相によって強化された析出{0}}硬化性ニッケル-クロム-鉄合金です。一次硬化相としてのガンマ ダブル-プライム (g''、Ni3Nb) と二次相としてのガンマ プライム (g'、Ni3(Al,Ti)) です。
この合金は、時効硬化反応が遅いという点でニッケル超合金の中でも珍しく、{0}これがまさに X{1}750 などの急速に老化する合金を悩ませる亀裂を発生させることなく溶接可能にする理由です。{{5}極低温から最大約 650 度 (1200 度 F) まで高い強度を維持します。これは、ほとんどのデータシートで長期使用の条件として引用されている動作範囲です。
| アイテム | 価値 |
|---|---|
| UNS番号 | N07718 |
| JP / ワークストフ番号 | 2.4668 |
| 通称 | インコネル 718、合金 718、ニッケル 718、NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN 略記) |
| 家族 | 析出-硬化性 Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| 強化メカニズム | g'' (Ni3Nb) 一次 + g' (Ni3(Al,Ti)) 二次 |
| 密度 | 8.19 g/cm3 (0.296 ポンド/in3) |
| 融解範囲 | 1320 ～ 1390 度 (2410 ～ 2540 度 F) |
| 利用可能なサービス範囲 | 長期的には -250 度から +650 度まで |
化学組成
以下の組成は、AMS 5662 / AMS 5663 および ASTM B637 で棒材および鍛造品に使用される標準許容範囲です。ニオブは特徴的な元素です。時効中に Ni3Nb ガンマ ダブル-プライム析出物を形成します。ニオブが少なすぎると硬化反応が低下し、多すぎると偏析とラーベス相が促進されるため、その範囲は厳密に制御されます。ここでの鉄は不純物ではなく、経年変化の反応を遅らせ、加工性を向上させる意図的なバランス要素です。
| 要素 | 最小 (%) | 最大(%) | 役割 |
|---|---|---|---|
| ニッケル+コバルト(Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | 基本行列。高温強度- |
| クロム(Cr) | 17.0 | 21.0 | 耐酸化性と耐食性 |
| 鉄(Fe) | バランス | - | マトリックスバランス。溶接性の経年変化への反応が遅くなる |
| ニオブ + タンタル (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | g''を形成します。一次硬化要素 |
| モリブデン(Mo) | 2.80 | 3.30 | ソリッド-ソリューションの強化 |
| チタン(Ti) | 0.65 | 1.15 | g' を形成します。共沈剤- |
| アルミニウム(Al) | 0.20 | 0.80 | g' を形成します。共沈剤- |
| コバルト(Co) | - | 1.00 | ほとんどの仕様における不純物の制限 |
| カーボン(C) | - | 0.08 | 炭化物の脆化を避けるために低く保たれます |
| マンガン(Mn) | - | 0.35 | 不純物管理 |
| シリコン（Si） | - | 0.35 | 不純物管理 |
| リン(P) | - | 0.015 | 不純物管理 |
| 硫黄(S) | - | 0.015 | 不純物管理;熱間加工性にとって重要 |
| 銅(Cu) | - | 0.30 | 不純物制限 |
| ホウ素(B) | - | 0.006 | -結晶粒界強度を高めるためのマイクロ合金- |
析出のメカニズム：なぜ熱処理で強度が生まれるのか
焼きなまし状態では、インコネル 718 は適度な強度を備えた固溶体合金であり、AMS 5662 状態での最小引張強度は約 1030 MPa です。
析出熱処理により、合金は 185 ksi (1276 MPa) の最小引張力に達します。これは、微細構造内で 2 つのことが強制されるためです。1 つは、溶体化処理後にマトリックスに溶解したニオブ、チタン、アルミニウムの原子であり、ナノメートル-スケールの Ni3Nb および Ni3(Al,Ti) 粒子として溶液から出てきます。そしてそれらの粒子は転位の動きを固定し、そうでなければ塑性変形を可能にします。
2 段階の時効サイクルが存在するのは、2 つの相が異なる温度で反応するためです。1325 °F での最初のステップで g'' 相が核形成され、1150 °F での 2 番目のステップで最適な強度-バランスが得られるサイズまで成長します。どちらかのステップをスキップまたは短縮すると、合金の硬化が不十分なままになります。そのため、718 では他のほとんどのニッケル合金よりも熱処理記録が重要です。{6}
配送条件: AMS 5662、AMS 5663、および AMS 5664
3 つの AMS 条件が、インコネル 718 バー、鍛造品、およびパイプの調達に影響を及ぼします。それらは同じ化学です。違いは完全に熱処理の状態であり、それぞれがサプライチェーン内で異なる仕事を担っています。-
| 仕様 | 状態 | 最低限の特性（室温） | サプライチェーンでの一般的な使用法 |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | 溶体化処理（焼鈍） | UTS 1034 MPa (150 ksi) 分、YS 517 MPa (75 ksi) 分 | 機械加工用の原料。柔らかくて簡単に切れます |
| AMS 5663 | 溶体化処理＋析出硬化 | UTS 1276 MPa (185 ksi) 分、YS 1034 MPa (150 ksi) 分、EL 12% 分、RA 15% 分 | サービス-対応の回転ハードウェアと圧力部品 |
| AMS 5664 | 高強度の-冷間加工 + 時効加工品- | AMS 5663を超える強度 | 最大限の強度が必要なファスナーやパーツ |
配管および圧力機器の調達ロジックは次のとおりです。部品を最初に機械加工または曲げて後で硬化する必要がある場合は AMS 5662 を注文し、部品が最終状態で納品される場合は AMS 5663 を注文します。
よくある調達エラーは、AMS 5663 パイプを要求し、それを社内で機械加工または冷間曲げすることです。{{1}{2}これにより加工硬化が起こり、すでに最大強度を保っていた部品が変形する可能性があります。- -未加工部品から機械加工された-の正しいルートは、AMS 5662 に続いて制御されたエージング サイクルを行うことです。
熱処理ルート
AMS 5663 に基づく標準の析出硬化サイクルは 2 段階の処理です。-時効前の溶体化処理により硬化元素が溶解し、結晶粒径が決まります。時効ステップにより核が形成され、析出物が成長します。
| ステップ | 温度 | 時間 / 冷却 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 溶体化焼鈍 | 927 ～ 1010 度 (1700 ～ 1850 度 F) | セクションサイズごとに保持、空冷以上 | Nb、Ti、Alを溶解します。粒度を設定する |
| エージングステップ1 | 718 度 (1325 度 F) | 8時間 | 核 g'' (Ni3Nb) 相 |
| エージングステップ2 | 621 度 (1150 度 F) | ステップ 1 から炉を冷却します。合計エージング時間 18 時間。空冷 | g'' と g' を最適なサイズに成長させる |
1325/1150 °F ルートは AMS 標準です。製造者向けの注意: 合金は析出硬化後に約 0.0008 インチ/インチの収縮を示すため、精密加工寸法は時効前に設定するか、収縮を加工代に含める必要があります。{4}}
物理的および機械的データ
以下の表は、温度における物理定数と代表的な機械的挙動を組み合わせたものです。室温の最低値は契約上のものであり、上昇温度の数値は設計指針の一般的な値です。-
| 財産 | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 8.19g/cm3 |
| 弾性率、室温 | 200 GPa (29 x 103 ksi) |
| 平均熱膨張係数、20 ～ 300 度 | 13.9 µm/m·K |
| 熱伝導率、室温 | 11.4 W/m·K |
| UTS、アニール済み (AMS 5662 分) | 1034MPa |
| UTS、エージング済み (AMS 5663 分) | 1276MPa |
| YS、熟成 (AMS 5663 分) | 1034MPa |
| 伸び、時効 (AMS 5663 分) | 12% |
| 硬さ、経年劣化（標準） | 331 HBW 分 (約 36 HRC) |
高温と極低温の挙動
718 に室温強度を与えるのと同じ析出構造により、約 650 度まで安定しています。これが、この合金がタービンやダウンホール範囲で使用可能な引張強度とクリープ強度を保持する理由です。- 650 度での典型的な時効特性は依然として約 1100 MPa の引張強度を示し、応力破断性能が 718 が標準的な回転ハードウェア合金である理由です。-
エンベロープのもう一方の端では、オーステナイト母材には延性から脆性への転移がないため、この合金は液体水素温度までの極低温タンクやバルブに広く使用されています。-両方の極端な温度での高い強度とその中間の溶接性という組み合わせが、航空宇宙、石油-、-ガスでの規格数に匹敵するニッケル合金が他にない理由です。
溶接と製作
インコネル718は、よく知られた Inconel 718 フィラー ファミリである ERNiFeCr-2 クラス (AWS A5.14) の一致するニッケルベース フィラーで溶接されています。{0}この合金は、焼きなましまたは時効状態のいずれでも溶接できます。時効応答が遅いということは、急速時効合金のように溶接後に熱影響部に亀裂が生じないことを意味します。{6}}
焼きなまし状態で溶接して時効すると、溶接金属は母材強度の大部分を占めます。-そのため、溶接は通常 AMS 5662 材料に溶接後の時効サイクルを加えたものとして設計されます。-冷間成形は、焼きなまし状態では簡単です。時効材料は十分な強度があるため、析出硬化前に成形を行う必要があります。加工メモは、他のニッケル合金を反映しています。つまり、加工硬化を避けるための剛性の高いセットアップ、ポジティブな送り、鋭利な工具です。
規格と製品形態
| 形状 | 準拠規格 | 代表的な範囲 |
|---|---|---|
| 棒、棒、ワイヤー | ASTM B637 / AMS 5662、5663、5664 | 直径6～300mm |
| シームレスパイプとチューブ | AMS 5662 ルート、プロジェクト仕様ごと | 外径 21.3 ～ 168.3 mm (NPS 1/2 ～ 6) |
| プレート、シート、ストリップ | ASTM B670 / AMS 5596、5597 | 厚さ0.5～100mm |
| 鍛造品とリング | ASTM B637 | 図面ごと |
| ファスナー | AMS 5662/5663 + NACE MR0175 の亜種 | 図面ごと |
アプリケーション
- 航空宇宙産業: タービン ディスク、コンプレッサー ブレード、エンジン シャフト、ケーシングおよび留め具
- ロケットエンジン: ターボポンプ、ハウジング、推力コンポーネント
- 石油およびガス: ダウンホールツール、MWD/LWD ハウジング、ポンプ シャフト、安全バルブ、NACE MR0175 / API 6A CRA に準拠した坑口コンポーネント
- 極低温: LNG および水素タンク、バルブ、移送配管
- 原子力: 原子炉内部構造と制御棒コンポーネント-
- 産業用: 高温スプリング、ファスナー、金型、工具-
よくある調達ミス
- AMS 5663 パイプを注文して社内で加工すると、加工面の経年変化が失われます-
- 718 個の証明書がすべて同じであると仮定すると、状態 (焼きなましまたは経年劣化) を PO に記載する必要があります。
- 華氏 1150 度の 2 番目の時効ステップをスキップすると、合金の硬化が不十分なままになります。-
- 精密寸法における 0.0008 インチ/インチの経年収縮は無視します
- 718 に 625 クラスのフィラーを使用すると、溶接金属の化学的性質が変化し、時効強度が低下します。
よくある質問
Q: AMS 5662 と AMS 5663 インコネル 718 の違いは何ですか?
AMS 5662 は、最小引張力がおよそ 1034 MPa の溶体化焼きなまし状態です。- AMS 5663 は、最小引張 1276 MPa まで硬化された同じ材料です-。機械加工と成形を行ってからエージングするには 5662 を注文してください。サービス対応部品として 5663 を注文してください-。
Q: インコネル 718 はどのように硬化されますか?
2 段階の時効処理: 718 度 (1325 度 F) で 8 時間、その後 621 度 (1150 度 F) まで炉冷し、合計 18 時間の時効時間を経て、空冷します。この処理により、転位を固定する Ni3Nb (g'') および Ni3(Al,Ti) (g') 相が析出します。
Q: インコネル 718 はどのくらいの温度に耐えられますか?
-約 650 度（1200 度 F）までの長期使用に耐え、-250 度までの優れた極低温性能を発揮します。 650 度を超えると、g'' 相が過剰になり、強度が低下します。
Q: インコネル 718 は溶接可能ですか?
はい、析出硬化型ニッケル合金の場合は例外的にそうなります。これは、経年変化に対する反応が遅いためです。{0} ERNiFeCr-2 フィラーを使用します。焼きなまし状態で溶接し、その後時効処理すると、-卑金属の溶接強度に近い強度が得られます。
Q: インコネル 718 にはどのような規格が適用されますか?
ASTM B637 (棒鋼および鍛造品)、ASTM B670 (プレート)、AMS 5662/5663/5664 (航空宇宙条件)、さらに石油およびガス用の NACE MR0175/ISO 15156 および API 6A CRA バリアント。
Q: インコネル 718 はサワーサービスに使用できますか?
はい、718 は、酸っぱい環境向けの NACE MR0175/ISO 15156 にリストされている数少ない高強度合金の 1 つであり、証明書で確認する必要がある硬度制限があります。-
