Inconel 718: Superlegasi Ultimate untuk Manufaktur Additif

Seri blog Materials Science kami menyajikan material manufaktur yang umum digunakan, properti mereka, dan karakteristik relevan lainnya. Posting ini melihat material manufaktur aditif pilihan Inconel 718, mengeksplorasi properti superlegasi berbasis nikel ini dan aplikasi aditif umum.

Apa itu Inconel?

Inconel dianggap sebagai “superlegasi.” Pasca Perang Dunia II, istilah superlangit muncul untuk menggambarkan sekelompok alloy berkinerja tinggi yang dikembangkan untuk memperpanjang umur performa komponen pesawat yang terpapar panas ekstrem.

Ini adalah liner pembakaran yang dibuat untuk OEM penerbangan yang diproduksi secara aditif dengan Inconel 718.

Alloy adalah campuran logam yang digabungkan untuk mencapai campuran logam super dari karakteristik logam, seperti kekuatan dan resistensi korosi. Superlegasi—juga dikenal sebagai alloy berkinerja tinggi, alloy tahan panas, atau alloy suhu tinggi—adalah material dasar untuk beberapa industri seperti penerbangan, petrokimia, balap mobil, dan minyak dan gas.

Inconel 718, yang mencapai produksi massal pada 1965, adalah material workhorse yang terkenal untuk industri manufaktur aditif. Menguraikan Carnot Cycle, atau siklus mesin panas paling efisien, pembakaran yang lebih panas menghasilkan efisiensi energi. Efisiensi energi menghasilkan efisiensi bahan bakar.

Ini adalah mengapa superlegasi, seperti Inconel 718, sangat kritis untuk desain yang efisien dan hemat biaya. Stabilitas mereka dalam lingkungan ekstrim dan kemampuan untuk tetap resistant terhadap korosi, creep, dan shock termal, menjadikannya calon ideal untuk industri penerbangan.

Ini adalah diagram yang menunjukkan spesifik kekuatan dari material berkinerja tinggi. Image courtesy of laserchirp.com

Superlegasi nikel-krom-molibdenum ini digunakan dalam komponen bagian panas dari bilah turbin, sistem saluran, dan sistem exhaust mesin. Faktanya, 50% dari material yang digunakan dalam mesin pesawat dan roket adalah superlegasi berbasis nikel.

Inconel 718 dan alloy serupa juga ditemukan dalam aplikasi non-pesawat dan non-roket. Pabrik kimia dan petrokimia (tabung, pompa, klep, pipa), pembangkit listrik (turbine gas industri), kapal selam (bilah propeller, fitting quick-disconnect, motor pendorong bantuan), reaktor nuklir (tubing heat exchanger, fitting), dan industri minyak dan gas (tubular sumur bawah tanah, hardware kepala sumur, flare booms) berkontribusi pada penggunaan manufaktur dan produksi Inconel 718.

Aplikasi kriogenik juga menggunakan Inconel 718 karena kemampuannya menahan kebengkakan rapuh pada suhu sangat rendah.

Inconel vs. Titanium vs. Baja

Seperti yang ditunjukkan dalam diagram di atas, di kanan, alloy berbasis nikel seperti Inconel 718 dapat menjadi calon material yang tepat dibandingkan titanium atau baja ketika datang ke performa dalam lingkungan suhu ekstrem. Lapis pelindung oksidasi dalam alloy berbasis nikel meningkatkan performa mekanis lebih lanjut. Tabel di bawah ini mencantumkan properti Inconel 718, stainless steel, dan titanium. Detail lebih lanjut tentang semua material kami di Protolabs dapat ditemukan di Materials Comparison Guide kami.

PROPERTI ADDITIVE INCONEL 718

PROPERTI ADDITIVE 17-4 PH STAINLESS STEEL

PROPERTI ADDITIVE 316L STAINLESS STEEL

PROPERTI ADDITIVE TITANIUM/Ti6 AL-4V

Di Mana Manufaktur Adatif Memasuki Gambar

Mendapatkan desain yang diinginkan dengan Inconel non-aditif dapat menantang. Dengan kata lain, performa komponen dapat menderita saat metode manufaktur tradisional digunakan karena mereka dapat mempengaruhi atribut performa mekanis seperti resistensi korosi dan creep suhu tinggi. Langkah annealing juga diperlukan di awal setiap proses pemesinan, forging, atau pengelasan. Manufaktur aditif Inconel 718 telah menunjukkan bahwa properti mekanis tidak diikorbankan, dan bahkan dapat melebihi properti bagian cast atau wrought.

Industri penerbangan, dan segenap GE Aviation, sudah memproduksi bagian yang diproduksi secara aditif untuk mesin jet pesawat. Kebebasan desain, pengurangan bagian, dan efisiensi rantai pasokan memasukkan komponen penerbangan yang diproduksi secara aditif ke dalam sorotan ketika penghematan bahan bakar dan biaya pada akhirnya tercapai.

Sebuah paper tahun 2017 yang dipajang pada konferensi Institute of Physics (IOP) tentang ilmu material dan teknik, melaporkan bahwa beberapa aplikasi kriogenik superlegasi aditif juga menggunakan manufaktur aditif. Tabung dan cangkang, sistem suspensi dan dukungan kriogenik, struktur untuk impeller atau pompa, tangkai klep, tabung pendingin, heat pipe, desain insulasi termal, heat exchanger, dan penyimpanan gas dalam sistem porositas tinggi semuanya sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan superlegasi berkuat tinggi di mana suhu dapat bervariasi dari kriogenik (-460 derajat F) hingga 1.400 derajat F.

Pengembangan bubuk logam, bersama dengan kemajuan dalam mesin cetak 3D logam kelas industri, telah maju percakapan dalam banyak industri untuk membuka manfaat manufaktur aditif superlegasi. Kemampuan untuk mengembangkan bagian, pada kenyataannya, adalah kenyataan bagi siapa saja yang ingin memproduksi bagian dari Inconel 718.

Di Protolabs, kami menawarkan Inconel 718 sebagai opsi material aditif yang tersedia untuk membangun volume bagian hingga 31,5 in x 15,7 in. x 19,7 in. (800mm x 398mm x 500mm). Dengan perkenalan mesin GE Additive X Line 2000R dalam lineup kami, kami membuka jalan bagi industri untuk bergantung pada satu pemasok untuk bagian Inconel 718 aditif yang besar.

Selain itu, opsi heat treatment yang meningkatkan properti mekanis Inconel dapat dilakukan. Salah satu banyak opsi heat-treat termasuk hot isostatic pressing (HIP), yang juga dapat dilakukan untuk meningkatkan properti mekanis dengan meningkatkan densitas dan mengurangi porositas dalam bagian.

Rachel Hunt adalah marketing manager untuk cetak 3D di Protolabs. Mantan pelanggan Protolabs, ia telah menempati posisi rekayasa dan pemasaran di dalam industri alat medis. Hunt telah bekerja secara global dengan pelanggan akhir dan pemasok manufaktur untuk memasarkan alat bedah. Ia memiliki S.T. dalam Biomedical Engineering dari North Carolina State University dan Master’s degree dalam Engineering Management dari Duke University.