Inconel 718:적층 가공을 위한 주력 재료

당사의 재료 과학 블로그 게시물 시리즈는 일반적으로 사용되는 제조 재료, 속성 및 기타 관련 특성을 보여줍니다. 이 게시물에서는 적층 제조 재료 인코넬 718에 대해 살펴보고 이 니켈 기반 초합금의 특성과 일반적인 적층 응용 분야를 살펴봅니다.

인코넬이란?

인코넬은 "초합금"으로 간주됩니다. 제2차 세계대전 이후 초합금이라는 용어는 극한의 열에 노출된 항공기 구성 요소의 성능 수명을 연장하기 위해 개발된 고성능 합금 그룹을 설명하기 위해 등장했습니다. 항공우주 OEM용으로 제작된 이 연소 라이너는 인코넬 718로 적층 제조되었습니다.

합금은 강도 및 내식성과 같은 금속 특성의 슈퍼 블렌드를 달성하기 위해 결합된 금속 혼합물입니다. 고성능 합금, 내열 합금 또는 고온 합금으로도 알려진 초합금은 항공우주, 석유화학, 자동차 경주, 오일 및 가스와 같은 여러 산업의 주요 소재입니다.

1965년에 대량 생산으로 확장된 Inconel 718은 적층 제조 산업을 위한 잘 알려진 니켈 크롬 주력 소재입니다. Carnot Cycle 또는 가장 효율적인 열 엔진 사이클을 끓이면 더 뜨거운 연소가 에너지 효율성을 가져옵니다. 에너지 효율성은 연료 효율성으로 이어집니다.

이것이 인코넬 718과 같은 초합금이 효율적이고 비용 효율적인 설계에 매우 중요한 이유입니다. 극한 환경에서의 안정성과 부식, 크리프 및 열 충격에 대한 내성을 유지하는 능력은 항공 우주 산업에 이상적인 후보입니다. 이 차트는 고성능 재료의 특정 강도를 보여줍니다. 이미지 제공:laserchirp.com

이 니켈-크롬-몰리브덴 초합금은 터빈 블레이드, 덕트 시스템 및 엔진 배기 시스템의 고온 부분 부품에 사용됩니다. 실제로 항공기 및 로켓 엔진에 사용되는 재료의 50%는 니켈 기반 초합금입니다.

인코넬 718 및 이와 유사한 합금은 비항공기 및 로켓 응용 분야에서도 사용됩니다. 화학 및 석유화학 플랜트(선박, 펌프, 밸브, 배관), 발전소(산업용 가스 터빈), 잠수함(프로펠러 블레이드, 신속 분리 피팅, 보조 추진 모터), 원자로(열교환기 튜브, 피팅) 및 석유 및 가스 산업(다운홀 관형, 유정 하드웨어, 플레어 붐)은 Inconel 718의 제조 및 생산 사용에 기여합니다.

극저온 응용 분야에서도 Inconel 718을 사용하는데, 이는 매우 낮은 온도에서 부서지기 쉬운 파괴를 견딜 수 있기 때문입니다.

인코넬 대 티타늄 대 강철

위의 차트에서 볼 수 있듯이 인코넬 718과 같은 니켈 기반 합금은 열악한 온도 환경에서 성능을 발휘할 때 티타늄이나 강철보다 적합한 소재 후보가 될 수 있습니다. 니켈 기반 합금의 산화 보호층은 기계적 성능을 더욱 높입니다. 아래 표에는 인코넬 718, 스테인리스강 및 티타늄의 특성이 나열되어 있습니다. Protolabs의 모든 재료에 대한 자세한 내용은 재료 비교 가이드에서 확인할 수 있습니다.

첨가제 인코넬 718의 특성

첨가제 17-4 PH 스테인리스강의 특성

부가 316L 스테인리스 스틸의 특성

첨가 티타늄/Ti6 AL-4V의 특성

적층 제조가 필요한 경우

비가산 인코넬로 원하는 디자인을 얻는 것은 어려울 수 있습니다. 즉, 고온 부식 및 크리프 저항과 같은 기계적 성능 속성에 영향을 줄 수 있으므로 기존 제조 방법을 사용할 때 부품 성능이 저하될 수 있습니다. 어닐링 단계는 기계 가공, 단조 또는 용접 공정의 초기에도 필요합니다. Inconel 718의 적층 제조는 기계적 특성이 희생되지 않고 주조 또는 단조 부품의 특성을 능가할 수 있음을 보여주었습니다.

GE Aviation과 같은 항공우주 산업은 이미 항공기 제트 엔진용 적층 제조 부품을 생산하고 있습니다. 설계의 자유, 부품 감소 및 공급망 효율성은 연료 및 비용 절감이 궁극적으로 달성될 때 적층 제조된 항공우주 부품을 주목하게 합니다.

재료 과학 및 공학에 관한 IOP(Institute of Physics) 컨퍼런스에서 발표된 2017년 논문에서는 여러 적층 초합금 극저온 응용 분야에서도 적층 제조를 사용하고 있다고 보고했습니다. 튜브 및 셸, 극저온 서스펜션 및 지지 시스템, 임펠러 또는 펌프용 구조물, 밸브 스템, 냉각 튜브, 히트 파이프, 단열 설계, 열 교환기 및 고다공성 시스템의 가스 저장 장치는 모두 고강도 초합금이 필요한 응용 분야에 매우 적합합니다. 온도 범위는 극저온(화씨 -460도)에서 최대 화씨 1,400도입니다.

산업 등급 금속 3D 프린팅 기계의 발전과 결합된 분말 금속의 개발은 초합금 적층 제조의 이점을 활용하기 위해 많은 산업 분야에서 대화를 발전시켰습니다. 부품 개발 능력은 사실 Inconel 718로 부품을 제작하려는 모든 사람에게 현실입니다.

Protolabs에서는 최대 31.5인치 x 15.7인치 x 19.7인치(800mm x 398mm x 500mm)의 부품 볼륨을 구축하는 데 사용할 수 있는 첨가제 재료 옵션으로 Inconel 718을 제공합니다. 우리 라인업에 GE Additive X Line 2000R 기계를 도입함으로써 우리는 업계가 대형 첨가제 Inconel 718 부품에 대해 단일 공급업체에 의존할 수 있는 길을 닦고 있습니다.

또한 인코넬의 기계적 특성을 향상시키는 열처리 옵션을 수행할 수 있습니다. 여러 열처리 옵션 중 하나에는 HIP(열간 정수압 압축)가 포함되며, 이는 밀도를 높이고 부품 내 다공성을 줄여 기계적 특성을 개선하기 위해 수행할 수도 있습니다.

Rachel Hunt는 Protolabs의 3D 프린팅 마케팅 매니저입니다. 이전 Protolabs 고객이었던 그녀는 의료 기기 업계에서 엔지니어링 및 마케팅 직책을 맡았습니다. Hunt는 수술 기기를 상용화하기 위해 최종 사용 고객 및 제조 공급업체와 전 세계적으로 협력했습니다. 그녀는 B.S. North Carolina 주립 대학에서 생물 의학 공학 학사 학위를, Duke 대학에서 공학 관리 석사 학위를 받았습니다.

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