آلیاژ نیکل (اینکونل)
آلیاژهای نیکل، که با نام تجاری اینکونل شناخته می‌شوند، فلزاتی‌اند که در دمای بالا و محیط خورنده استحکامشان را حفظ می‌کنند: پرهٔ توربین، قطعات داغ موتور، تجهیزات فرایندی و قطعات دریایی. دو آلیاژ رایج پرینت فلزی، 718 و 625، رفتار متفاوتی دارند؛ یکی با عملیات حرارتی بسیار محکم میشود و دیگری برای خوردگی ساخته شده. در این صفحه دیتاشیت رسمی هر دو را می‌بینید. مادا تکنولوژی قطعات فلزی را با پرینت SLM تا ابعاد 160 × 160 × 160 میلیمتر می‌سازد.
- 1470 MPaاستحکام کششی 718 پس از عملیات حرارتی
- 700 °Cدمای کار 718 با حفظ استحکام
- 47 HRCسختی 718 پس از عملیات حرارتی
- 160 × 160 × 160حجم ساخت SLM مادا (میلیمتر)
آلیاژ نیکل چیست؟
آلیاژ نیکل یا سوپرآلیاژ پایهٔ نیکل، فلزی است که بیشترش نیکل و کروم است و با عناصری مثل مولیبدن و نیوبیوم تقویت شده؛ نتیجه، استحکام، مقاومت خزشی و مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دماهایی است که بیشتر فلزات در آن ضعیف می‌شوند. «اینکونل» نام تجاری رایج این خانواده است و در پرینت فلزی، دو آلیاژ 718 و 625 بیشترین کاربرد را دارند.
در پرینت سه بعدی SLM، پودر آلیاژ نیکل لایه‌به‌لایه با لیزر ذوب میشود. مزیت بزرگ این روش برای آلیاژ نیکل، ساخت هندسه‌های پیچیده مثل کانال‌های داخلی است؛ چون ماشینکاری این آلیاژها از قطعهٔ خام، کند و پرهزینه است.
- نوع
- سوپرآلیاژ پایهٔ نیکل و کروم
- روش ساخت
- پرینت فلزی SLM، سپس عملیات حرارتی و پس‌پردازش
- مزیت اصلی
- استحکام در دمای بالا و مقاومت به خوردگی
- محدودیت اصلی
- سنگین، گران و دشوار برای ماشینکاری
اینکونل 718 یا 625؟
| ویژگی | آلیاژ 718 | آلیاژ 625 |
|---|---|---|
| سازوکار استحکام | رسوبسختی با عملیات حرارتی | محلول جامد؛ بدون رسوبسختی |
| استحکام کششی | 1470 MPa | حدود 1070 MPa |
| استحکام تسلیم | 1200 MPa | حدود 700 MPa |
| ازدیاد طول | 15 % | حدود 33 % |
| نقطهٔ قوت | استحکام بالا تا حدود 700 درجه | مقاومت به خوردگی، آب دریا و یون کلرید |
| نقش عملیات حرارتی | تعیین‌کننده | بیشتر برای تنشگیری |
ستون 718 طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ دستگاه SLM و ستون 625 طبق دیتاشیت رسمی سازندهٔ دیگری، هر دو با روش‌های استاندارد آزمون کشش؛ اعداد 625 برای لایهٔ 30 میکرونی است.
نتیجه: برای قطعه‌ای که باید در دمای بالا بار زیادی تحمل کند، مثل اجزای توربین، 718؛ برای قطعه‌ای که در محیط خورنده، آب دریا یا تماس با کلرید کار می‌کند، 625. هنگام سفارش، گرید و شرایط کار قطعه را اعلام کنید.
خواص فنی آلیاژ نیکل 718
| خاصیت | پس از چاپ | پس از عملیات حرارتی |
|---|---|---|
| استحکام کششی | 1040 MPa | 1470 MPa |
| استحکام تسلیم | 710 MPa | 1200 MPa |
| ازدیاد طول تا شکست | 26 % | 15 % |
| سختی پس از عملیات حرارتی | 47 HRC |
|---|---|
| چگالی قطعه | 8.15 g/cm³ |
| حداقل ضخامت دیواره | 0.3–0.4 mm |
| دمای کار با حفظ استحکام | تا 700 °C |
طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ بزرگ دستگاه SLM؛ عملیات حرارتی مطابق استانداردهای هوافضای AMS 2774 و AMS 5662. خواص قطعه به دستگاه، پارامترها و جهت ساخت بستگی دارد و سازنده به ناهمسانی خواص در جهت‌های مختلف اشاره می‌کند.
عملیات حرارتی: بخشی از جنس قطعه
تنشگیری
ذوب و انجماد سریع لایه‌ها، تنش پسماند در قطعه می‌گذارد؛ تنشگیری حرارتی پیش از جدا کردن قطعه از صفحهٔ ساخت، از تاب برداشتن و ترک جلوگیری می‌کند.
پیرسختی 718
آلیاژ 718 با عملیات حرارتی محلول‌سازی و پیرسختی، فاز سخت‌کنندهٔ خود را می‌سازد؛ استحکام تسلیم از حدود 710 به 1200 مگاپاسکال می‌رسد.
625 بدون رسوبسختی
استحکام 625 از محلول جامد است و عملیات حرارتی آن را چندان تغییر نمی‌دهد؛ برای این آلیاژ، تنشگیری نقش اصلی را دارد.
هماهنگی پیش از ساخت
نوع عملیات حرارتی به کاربرد و استاندارد مورد نیاز قطعه بستگی دارد و پیش از ساخت مشخص میشود.
خواص فنی آلیاژ نیکل 625
| ضخامت لایه | استحکام کششی | استحکام تسلیم | ازدیاد طول |
|---|---|---|---|
| 20 میکرون | 1103 / 1085 MPa | 784 / 704 MPa | 28 / 31 % |
| 30 میکرون | 1072 / 1069 MPa | 737 / 699 MPa | 31 / 33 % |
| 60 میکرون | 1057 / 1063 MPa | 708 / 664 MPa | 33 / 34 % |
طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ دستگاه SLM؛ عدد اول پس از چاپ و عدد دوم پس از عملیات حرارتی است. لایهٔ نازک‌تر کمی محکمتر است، اما عملیات حرارتی استحکام 625 را تقریباً ثابت نگه می‌دارد.
آلیاژ نیکل در مقایسه با فلزات دیگر
آلیاژ نیکل را کنار فولاد ضدزنگ 316L، تیتانیوم، کبالت کروم و فولاد ماریجینگ روی نمودار ببینید یا فلزات و پارامترهای دیگر را انتخاب کنید.
دنبال چه چیزی هستی؟ یک کاربرد را انتخاب کن تا متریال‌های مناسبش روشن شوند
🏆 برندهٔ هر پارامتر بین متریال‌های انتخاب‌شده
| پارامتر | 316L | Aluminium | Titanium | Cobalt Chrome | Maraging | Nickel Alloy |
|---|---|---|---|---|---|---|
| استحکام | 5 | 4 | 8 | 8 | 10 | 8 |
| سختی و مقاومت سایش | 4 | 3 | 5 | 9 | 8 | 6 |
| مقاومت به خوردگی | 9 | 6 | 9 | 9 | 4 | 9 |
| مقاومت حرارتی | 6 | 3 | 7 | 8 | 6 | 10 |
| سبکی | 2 | 10 | 7 | 2 | 2 | 1 |
| رسانایی حرارتی | 3 | 9 | 2 | 2 | 3 | 2 |
| ماشین‌کاری‌پذیری | 7 | 9 | 4 | 3 | 6 | 2 |
| صرفهٔ اقتصادی | 8 | 8 | 3 | 4 | 5 | 2 |
جمع‌بندی و پیشنهاد
امتیازها نسبی و از 0 تا 10 هستند و بر اساس خواص شناخته‌شدهٔ هر نوع متریال تعیین شده‌اند؛ برای انتخاب اولیه به کار می‌روند و جای دیتاشیت را نمی‌گیرند. عدد دقیق خواص در صفحهٔ هر متریال آمده و خواص گریدهای مختلف یک متریال با هم فرق دارد؛ پیش از ساخت، انتخاب با کارشناسان بررسی میشود.
آلیاژ نیکل یا فلزات دیگر؟
فولاد ضدزنگ 316L
برای مقاومت به خوردگی در دمای معمولی، با هزینهٔ بسیار کمتر. فولاد 316L
تیتانیوم
وقتی سبکی مهم است؛ چگالی تیتانیوم حدود نصف آلیاژ نیکل است. تیتانیوم
کبالت کروم
برای سایش و سختی بالا و کاربردهای دندانی. کبالت کروم
فولاد ماریجینگ
برای ابزار، اینسرت قالب و استحکام بسیار بالا در دمای معمولی. فولاد ماریجینگ
آلومینیوم
برای قطعات سبک و انتقال حرارت در دمای پایین. آلومینیوم
نکات طراحی قطعه برای پرینت آلیاژ نیکل
سطوح شیب‌دار و ساپورت
سطوح خیلی افقی ساپورت فلزی لازم دارند و جدا کردن ساپورت از آلیاژ نیکل دشوار است؛ سطوح را تا جای ممکن شیب‌دار طراحی کنید.
دیوارهٔ نازک
سازنده حداقل ضخامت دیوارهٔ معمول را 0.3 تا 0.4 میلیمتر اعلام می‌کند؛ برای استحکام و اطمینان، ضخیم‌تر طراحی کنید.
کانال‌های داخلی
سقف کانال‌های افقی را به شکل قطره یا جناغی طراحی کنید تا بدون ساپورت ساخته شود؛ کانال‌ها باید برای خروج پودر راه داشته باشند.
اضافهٔ ماشینکاری
روی سطوح دقیق، رزوه‌ها و محل آب‌بندی، اضافهٔ ماشینکاری بگذارید.
جهت ساخت
خواص قطعه در جهت‌های مختلف کمی متفاوت است؛ جهت ساخت را با توجه به بار اصلی انتخاب کنید.
پس‌پردازش قطعات آلیاژ نیکل
تنشگیری و جدا کردن از صفحه
قطعه پس از تنشگیری حرارتی از صفحهٔ ساخت جدا و ساپورت‌ها برداشته می‌شوند.
سندبلاست
سطح زبر پس از چاپ با سندبلاست یکدست میشود.
ماشینکاری
سطوح دقیق، رزوه‌ها و محل آب‌بندی در صورت نیاز ماشینکاری می‌شوند.
پرداخت‌های دیگر
طبق دیتاشیت سازنده، قطعه در هر دو حالت پس از چاپ و پس از عملیات حرارتی، قابل ماشینکاری، اسپارک، جوشکاری، ساچمه‌زنی، پولیش و پوشش‌دهی است.
ویژگی‌های کلیدی آلیاژ نیکل
استحکام در دمای بالا
آلیاژ 718 تا حدود 700 درجه استحکام، خزش و عمر خستگی خوبی دارد.
مقاوم به خوردگی
آلیاژ 625 برای آب دریا، خوردگی حفره‌ای و یون کلرید.
استحکام بسیار بالا پس از پیرسختی
استحکام کششی 1470 مگاپاسکال برای 718.
هندسهٔ پیچیده
کانال‌های داخلی و شکل‌هایی که ماشین‌کاری‌شان از قطعهٔ خام بسیار دشوار است.
مناسب دمای بسیار پایین
سازنده 718 را برای کاربردهای دمای بسیار پایین هم مناسب می‌داند.
قابل پس‌پردازش
ماشینکاری، جوشکاری و پوشش‌دهی پس از چاپ.
کاربردهای آلیاژ نیکل در پرینت سه بعدی
قطعات توربین گاز
اجزای توربین در هوافضا و نیروگاه.
پرینت سه بعدی در هوافضاقطعات مسابقه‌ای و اگزوز
قطعات داغ موتور و اگزوز با دیوارهٔ نازک.
پرینت سه بعدی در خودروسازیتجهیزات فرایندی
قطعات صنایع فرایندی و شیمیایی در دما و خوردگی بالا.
پرینت سه بعدی در مهندسیقطعات دریایی
قطعات در تماس با آب دریا، با آلیاژ 625.
پرینت سه بعدی در مهندسیابزار دقیق
قطعات تجهیزات اندازه‌گیری در شرایط سخت.
پرینت سه بعدی در تحقیق و توسعهمبدل حرارتی و کانال داخلی
قطعات با کانال‌های داخلی پیچیده.
پرینت سه بعدی در تولید انبوه
محدودیت‌های آلیاژ نیکل و جایگزین‌ها
هزینه
آلیاژ نیکل از گران‌ترین فلزات پرینت است؛ اگر دما و خوردگی شدید نیست، 316L.
وزن
چگالی حدود 8.2 گرم بر سانتیمتر مکعب؛ برای قطعات سبک، تیتانیوم یا آلومینیوم.
ماشینکاری دشوار
ماشینکاری آلیاژ نیکل کند است؛ اضافهٔ ماشینکاری را فقط روی سطوح لازم بگذارید.
سطح زبر
سطح پس از چاپ زبر است و سطوح دقیق ماشینکاری می‌شوند.
ابعاد
حجم ساخت SLM مادا 160 × 160 × 160 میلیمتر است.
عملیات حرارتی
خواص 718 بدون عملیات حرارتی مناسب به عددهای دیتاشیت نمی‌رسد.
سوالات متداول آلیاژ نیکل
آلیاژ نیکل یا اینکونل چیست؟
سوپرآلیاژ پایهٔ نیکل و کروم که در دمای بالا و محیط خورنده استحکامش را حفظ می‌کند؛ اینکونل نام تجاری رایج این خانواده است.
تفاوت اینکونل 718 و 625 چیست؟
718 با عملیات حرارتی رسوبسختی میشود و بسیار محکمتر است؛ 625 استحکامش را از محلول جامد میگیرد و برای خوردگی، آب دریا و کلرید مناسبتر است.
استحکام اینکونل 718 پرینتشده چقدر است؟
طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ دستگاه SLM، پس از عملیات حرارتی استحکام کششی 1470 و تسلیم 1200 مگاپاسکال؛ پس از چاپ و بدون عملیات حرارتی 1040 و 710 مگاپاسکال.
آیا عملیات حرارتی برای اینکونل پرینتشده لازم است؟
تنشگیری برای هر دو لازم است؛ برای 718، پیرسختی هم لازم است تا به استحکام کامل برسد. استحکام 625 با عملیات حرارتی چندان تغییر نمیکند.
اینکونل تا چه دمایی کار می‌کند؟
سازنده 718 را برای استحکام، خزش و خستگی خوب تا حدود 700 درجه معرفی می‌کند؛ دمای مجاز هر قطعه به بار و محیط آن بستگی دارد.
آیا قطعهٔ اینکونل پرینتشده را میشود ماشینکاری کرد؟
بله؛ طبق دیتاشیت سازنده، در هر دو حالت قابل ماشینکاری، اسپارک، جوشکاری و پولیش است، هرچند ماشینکاری آن کند است.
چگالی قطعهٔ آلیاژ نیکل چقدر است؟
طبق دیتاشیت سازنده حدود 8.15 گرم بر سانتیمتر مکعب برای 718؛ تقریباً دو برابر تیتانیوم.
حداکثر ابعاد قطعهٔ آلیاژ نیکل چقدر است؟
حجم ساخت پرینت SLM مادا تکنولوژی 160 × 160 × 160 میلیمتر است.
دقت قطعات فلزی SLM چقدر است؟
تلرانس عمومی مادا تکنولوژی ISO 2768-m و دقت ابعادی تضمینی ±0.5 میلیمتر است؛ سطوح دقیق با ماشینکاری به تلرانس لازم می‌رسند.
هزینهٔ پرینت قطعهٔ اینکونل چطور محاسبه میشود؟
بر اساس حجم و ارتفاع قطعه، ساپورت، عملیات حرارتی و ماشینکاری؛ فایل را برای بررسی فنی بفرستید.
فایل سه بعدی قطعه را بفرستید؛ آلیاژ و مسیر ساختش را بررسی می‌کنیم
کارشناسان مادا تکنولوژی بر اساس دما، بار، محیط کار و ابعاد قطعه، آلیاژ نیکل یا فلز مناسب دیگر، جهت ساخت و پس‌پردازش لازم را بررسی و پیشنهاد می‌کنند.