Inconel 718 (In718)
1. Tổng quan
Inconel 718 là một siêu hợp kim nền niken được hóa bền bằng kết tủa, nổi bật với độ bền cơ học cao, khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa vượt trội ở nhiệt độ cao. Hợp kim này được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, dầu khí, năng lượng hạt nhân và công nghiệp hóa chất. Thành phần bao gồm niken (Ni), crôm (Cr), sắt (Fe), molypden (Mo), niobi (Nb), titan (Ti), nhôm (Al) và một số nguyên tố khác. Đặc tính chịu nhiệt được tăng cường nhờ sự kết tủa của pha γ″ (Ni₃Nb).
2. Thành phần hóa học chính (% khối lượng)
Nguyên tố | Hàm lượng (wt%) |
|---|---|
Niken (Ni) | 50,0 – 55,0 |
Crôm (Cr) | 17,0 – 21,0 |
Sắt (Fe) | Phần còn lại |
Nb + Ta | 4,75 – 5,50 |
Molypden (Mo) | 2,80 – 3,30 |
Titan (Ti) | 0,65 – 1,15 |
Nhôm (Al) | 0,20 – 0,80 |
Mangan (Mn) | ≤0,35 |
Silic (Si) | ≤0,35 |
Cacbon (C) | ≤0,08 |
Lưu huỳnh (S) | ≤0,015 |
Phốt pho (P) | ≤0,015 |
Đồng (Cu) | ≤0,30 |
Bo (B) | ≤0,006 |
3. Tính chất cơ lý
Thuộc tính | Giá trị |
|---|---|
Tỷ trọng | 8,19 g/cm³ |
Nhiệt độ nóng chảy | 1260 – 1336 °C |
Độ bền kéo | ≥1275 MPa |
Giới hạn chảy (0,2%) | ≥1035 MPa |
Độ giãn dài | ≥12 % |
Độ cứng (HRC) | 30 – 45 (tùy theo trạng thái nhiệt luyện) |
Hệ số giãn nở nhiệt (20–1000°C) | 13,0×10⁻⁶ /°C |
Độ dẫn nhiệt (100 °C) | 11,4 W/m·K |
Điện trở suất | 1,29 μΩ·m |
4. Đặc điểm nổi bật
Chịu nhiệt tốt: Làm việc ổn định ở 650–980 °C, kháng rão cao.
Kháng ăn mòn và oxy hóa tốt:
• Bền trong môi trường axit (H₂SO₄, HNO₃, HCl) và nước biển.
• Khả năng chống oxy hóa tốt trong khí nóng.
Dễ hàn:
• Phù hợp với các phương pháp hàn TIG, MIG, laser, chùm điện tử.
• Không bị nứt ở vùng ảnh hưởng nhiệt sau hàn.
Gia công được nhưng khó cắt gọt:
• Cần dụng cụ cắt hợp kim cứng hoặc gốm, tốc độ cắt thấp, lượng tiến dao cao.
Tổ chức vi cấu trúc ổn định:
• Quá trình xử lý nhiệt giúp hình thành pha γ″ đồng đều, cải thiện cơ tính.
5. Quá trình xử lý nhiệt
Loại xử lý | Nhiệt độ (°C) | Thời gian giữ | Làm nguội |
|---|---|---|---|
Hóa rắn | 980 – 1065 | 1 – 2 giờ | Tôi bằng nước |
Hóa già | 720 | 8 giờ | Làm nguội bằng không khí |
Hóa già lần 2 | 620 | 8 giờ | Làm nguội bằng không khí |
6. Ứng dụng điển hình
• Hàng không vũ trụ:
– Buồng đốt, cánh và đĩa tua-bin
– Bộ phận động cơ tên lửa
– Đinh tán, bu lông kết cấu máy bay
• Năng lượng:
– Linh kiện lò phản ứng hạt nhân
– Thiết bị khai thác dầu khí
– Bộ phận chống ăn mòn trên giàn khoan biển
• Ô tô:
– Hệ thống xả xe đua
• Ngành hóa chất:
– Bộ trao đổi nhiệt trong môi trường axit
– Bồn chứa chịu ăn mòn và nhiệt độ cao
7. So sánh Inconel 718 với các siêu hợp kim khác
Hợp kim | Nhiệt độ tối đa (°C) | Kháng rão | Chống oxy hóa | Tính hàn | Ứng dụng chính |
|---|---|---|---|---|---|
Inconel 718 | 980 | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ | Hàng không, dầu khí |
Inconel 625 | 982 | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ | Công nghiệp hóa chất, hàng hải |
Waspaloy | 980 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | Động cơ máy bay |
Rene 41 | 1100 | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | Bộ phận nhiệt độ cao ngành hàng không |
Hastelloy X | 1200 | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ | Tuabin khí, công nghiệp dầu hóa |
8. Lưu ý khi sử dụng và gia công
Khó gia công: dễ hóa cứng khi cắt, nên dùng dao hợp kim cứng/gốm, tốc độ cắt thấp, tiến dao cao.
Tránh tiếp xúc nhiệt độ cao trong thời gian dài: để ngăn pha γ″ phát triển quá mức làm giảm độ dẻo dai.
Bề mặt cần được làm sạch trước khi hàn: để tránh nhiễm bẩn và đảm bảo chất lượng mối hàn.
Kiểm soát hiện tượng giòn do hydro: trong môi trường axit nên hạn chế hydro để tránh nứt gãy do giòn hóa.