Inconel 718:un material caballo de batalla para la fabricación aditiva

Nuestra serie de publicaciones de blog sobre ciencia de los materiales muestra los materiales de fabricación más utilizados, sus propiedades y otras características relevantes. Esta publicación analiza el material de fabricación aditiva Inconel 718 y explora las propiedades de esta superaleación a base de níquel y las aplicaciones aditivas comunes.

¿Qué es Inconel?

Inconel se considera una "superaleación". Después de la Segunda Guerra Mundial, surgió el término superaleación para describir un grupo de aleaciones de alto rendimiento que se desarrollaron para prolongar la vida útil de los componentes de aeronaves expuestos a calor extremo.

Este revestimiento de combustión fabricado para un OEM aeroespacial se fabricó de forma adicional con Inconel 718.

Las aleaciones son una mezcla de metales que se combinan para lograr una súper combinación de características metálicas, como fuerza y ​​resistencia a la corrosión. Las superaleaciones, también conocidas como aleaciones de alto rendimiento, aleaciones resistentes al calor o aleaciones de alta temperatura, son materiales fundamentales para varias industrias, como la aeroespacial, petroquímica, automovilística y de petróleo y gas.

Inconel 718, que pasó a la producción en masa en 1965, es un conocido caballo de batalla de cromo y níquel para la industria de fabricación aditiva. Resumiendo el ciclo de Carnot, o el ciclo de motor térmico más eficiente, la combustión más caliente da como resultado la eficiencia energética. La eficiencia energética se traduce en eficiencia de combustible.

Esta es la razón por la cual las superaleaciones, como Inconel 718, son tan críticas para diseños eficientes y rentables. Su estabilidad en entornos extremos y su capacidad para permanecer resistentes a la corrosión, la fluencia y el choque térmico los convierten en candidatos ideales para la industria aeroespacial.

Este gráfico muestra la resistencia específica de los materiales de alto rendimiento. Imagen cortesía de laserchirp.com

Esta superaleación de níquel-cromo-molibdeno se utiliza en componentes de la sección caliente de álabes de turbinas, sistemas de conductos y sistemas de escape de motores. De hecho, el 50 % de los materiales utilizados en los motores de aviones y cohetes son superaleaciones a base de níquel.

Inconel 718 y aleaciones similares también se encuentran en aplicaciones no aeronáuticas y de cohetes. Plantas químicas y petroquímicas (recipientes, bombas, válvulas, tuberías), centrales eléctricas (turbinas de gas industriales), submarinos (palas de hélice, accesorios de desconexión rápida, motores auxiliares de propulsión), reactores nucleares (tuberías, accesorios de intercambiadores de calor) y la La industria del petróleo y el gas (tubos de fondo de pozo, hardware de boca de pozo, auges de antorchas) contribuye al uso de fabricación y producción de Inconel 718.

Las aplicaciones criogénicas también usan Inconel 718 debido a su capacidad para resistir la fractura frágil en temperaturas muy bajas.

Inconel frente a titanio frente a acero

Como se muestra en el cuadro anterior, a la derecha, las aleaciones a base de níquel, como Inconel 718, pueden ser el material candidato adecuado sobre el titanio o el acero cuando se trata de rendimiento en entornos de temperatura severa. Las capas protectoras oxidadas en aleaciones a base de níquel mejoran aún más el rendimiento mecánico. Las siguientes tablas enumeran las propiedades de Inconel 718, acero inoxidable y titanio. Puede encontrar más detalles sobre todos nuestros materiales en Protolabs en nuestra Guía de comparación de materiales.

PROPIEDADES DEL ADITIVO INCONEL 718

CONDICIÓN	UTS	0,2 % de rendimiento	Elongación (%)	Dureza (HRC)
Como construido (ASTM F3055)	140 ksi	95 ksi	35	31
Solución Tratar y Edad (AMS 5662)	207 ksi	175 ksi	18	46
Solución Tratar y Edad (AMS 5664)	208 ksi	170 ksi	21	45

PROPIEDADES DEL ADITIVO ACERO INOXIDABLE 17-4 PH

CONDICIÓN	UTS	0,2 % de rendimiento	Elongación (%)	Dureza (HRC)
Tratamiento de solución + H900 (AMS 5604)	195 ksi	175 ksi	10	42

PROPIEDADES DEL ACERO INOXIDABLE 316L ADITIVO

CONDICIÓN	UTS	0,2 % de rendimiento	Elongación (%)	Dureza (HRC)
Alivio de tensión (ASTM F3184)	92 ksi	70 ksi	60	95

PROPIEDADES DEL ADITIVO TITANIO/Ti6 AL-4V

CONDICIÓN	UTS	0,2 % de rendimiento	Elongación (%)	Dureza (HRC)
Alivio de tensión (AMS 2801)	180 ksi	165 ksi	8	42
Alivio de tensión (PRLB)	143 ksi	127 ksi	14	35

Dónde encaja la fabricación aditiva en la imagen

Obtener los diseños deseados con Inconel sin aditivos puede ser un desafío. Es decir, el rendimiento de los componentes puede verse afectado cuando se utilizan métodos de fabricación tradicionales, ya que pueden afectar los atributos de rendimiento mecánico, como la corrosión a alta temperatura y la resistencia a la fluencia. También se requiere un paso de recocido al comienzo de cualquier proceso de mecanizado, forja o soldadura. La fabricación aditiva de Inconel 718 ha demostrado que las propiedades mecánicas no se sacrifican e incluso pueden superar las propiedades de las piezas fundidas o forjadas.

La industria aeroespacial, y empresas como GE Aviation, ya están produciendo piezas fabricadas de forma aditiva para motores a reacción de aviones. La libertad de diseño, la reducción de piezas y la eficiencia de la cadena de suministro colocan a los componentes aeroespaciales fabricados de forma aditiva en el centro de atención cuando finalmente se logran ahorros de combustible y costos.

Un artículo de 2017 presentado en una conferencia del Instituto de Física (IOP) sobre ciencia e ingeniería de materiales informó que varias aplicaciones criogénicas de superaleaciones aditivas también utilizan la fabricación aditiva. Los tubos y carcasas, los sistemas de suspensión y soporte criogénicos, las estructuras para impulsores o bombas, los vástagos de válvulas, los tubos de enfriamiento, las tuberías de calor, los diseños de aislamiento térmico, los intercambiadores de calor y el almacenamiento de gas en sistemas de alta porosidad son muy adecuados para aplicaciones que requieren superaleaciones de alta resistencia donde las temperaturas pueden variar desde criogénicas (-460 grados F) hasta 1400 grados F.

El desarrollo de metales en polvo, junto con el avance en las máquinas de impresión 3D de metal de grado industrial, ha hecho avanzar la conversación dentro de muchas industrias para desbloquear los beneficios de la fabricación aditiva de superaleaciones. La capacidad de desarrollar piezas es, de hecho, una realidad para cualquiera que desee fabricar piezas con Inconel 718.

En Protolabs, ofrecemos Inconel 718 como una opción de material aditivo disponible para construir volúmenes de piezas de hasta 31,5 pulgadas x 15,7 pulgadas x 19,7 pulgadas (800 mm x 398 mm x 500 mm). Con la introducción de la máquina GE Additive X Line 2000R en nuestra línea, estamos allanando el camino para que las industrias confíen en un solo proveedor para piezas grandes de Inconel 718 con aditivos.

Además, se pueden realizar opciones de tratamiento térmico que mejoran las propiedades mecánicas de Inconel. Una de las muchas opciones de tratamiento térmico incluye el prensado isostático en caliente (HIP), que también se puede realizar para mejorar las propiedades mecánicas aumentando la densidad y reduciendo la porosidad dentro de las piezas.

Capacidades de producción aditiva de Protolabs

Impresión 3D Volumen de construcción de hasta 31,5 x 15,7 x 19,7 pulgadas Opciones de resolución de piezas de 20 a 60 micras Opciones de tamaño mínimo de función desde 0,030 pulgadas hasta 0,015 pulgadas. Post-Mecanizado Fresado de 3 y 5 ejes Giro erosión por hilo Roscado y escariado Análisis de polvo y material Trazabilidad Química Análisis de tamaño y distribución de partículas Prueba mecánica de cupones Pruebas Mecánicas Tracción Dureza Rockwell Fatiga Vibración Tratamientos Térmicos Alivio del estrés Prensado isostático en caliente (HIP) Recocido de solución Envejecimiento Inspecciones e informes de calidad Inspecciones dimensionales con informe ampliado Inspección del primer artículo (FAI) según AS9102 Escaneo CMM, óptico y CT Rayos X Rugosidad de la superficie Opciones de materiales Inconel 718 Aluminio / ALSi10Mg Cromo cobalto Acero Inoxidable 17-4 PH Acero inoxidable 316L Titanio/Ti 6AL-4V Cobre / CuNi2SiCr

Rachel Hunt es directora de marketing de impresión 3D en Protolabs. Ex cliente de Protolabs, ha ocupado puestos de ingeniería y marketing en la industria de dispositivos médicos. Hunt ha trabajado a nivel mundial con clientes de uso final y proveedores de fabricación para comercializar dispositivos quirúrgicos. Ella tiene un B.S. en Ingeniería Biomédica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y una Maestría en Gestión de Ingeniería de la Universidad de Duke.