آلیاژ اینکونل (INCONEL) چیست؟

نیاز به متریال‌هایی با مقاومت به خوردگی و استحکام بسیار بالا برای کاربردهای خاص، سبب شد تا سوپرآلیاژهایی با نام‌های مختلف از جمله آلیاژ اینکونل توسعه پیدا کرده و به بازار معرفی شوند. این مواد دارای خواص مکانیکی بسیار خوبی هستند و می‌توانند در شرایط کاری سخت، به خوبی مقاومت خود را حفظ کنند. دراین مطلب از استیل رخ قصد داریم از تاریخچه تا کاربردهای اینکونل را مورد بررسی قرار دهیم.

تاریخچه آلیاژهای اینکونل

سوپر آلیاژ اینکونل (Inconel) از دسته آلیاژهای پایه نیکل هستند که در سال 1940 میلادی در انگلستان توسط تیم تحقیقاتی در شرکت Wiggin Alloy معرفی و تولید شدند. هدف از تولید این آلیاژ بهبود مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت خوب در برابر حرارت بود. این آلیاژ برای استفاده در دماهای بالا بسیار مناسب بود چرا که مقاومت خزشی بسیار خوبی داشت و می‌توانست به خوبی در این دما مقاومت به خوردگی خود را نیز حفظ کند.

آلیاژ اینکونل به دلیل ویژگی‌های بسیار خوبش توانست در صنایع مختلفی از جمله صنایع هوافضا، صنایع انرژی، شیمیایی، نفت و گاز و… مورد استفاده قرار گیرد. پس از آن نیز شرکت‌های مختلف با توسعه این آلیاژ توانستند گریدهای مختلفی از آن را تولید کنند. امروزه گریدهای اینکونل 600، اینکونل 718 و اینکونل 625 از جمله انواع پرکاربرد آن هستند که در ادامه خواص و ویژگی‌های آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.

توجه به این نکته مهم است که اینکونل (Inconel) یک نام تجاری ثبت شده مربوط به شرکت Special Metals Corporation است. بنابراین، اگر به عنوان مثال آلیاژ Inconel 625 را خریداری می‌کنید، در حال خرید محصول آن شرکت اصلی هستید. ولی هنگامی که این آلیاژ به صورت عمومی و توسط شرکت‌های دیگر تولید و فروخته می‌شود، اغلب به آن آلیاژ نیکل 625 (Nickel Alloy 625) می‌گویند. این قرارداد نامگذاری برای کل خانواده آلیاژهای Inconel و همتایان یا مشابه‌های آنها صدق می‌کند.

ویژگی‌های عمومی آلیاژهای اینکونل

گریدهای محتلف اینکونل دارای خواص و ویژگی‌های متفاوتی هستند که ترکیب شیمیایی آن‌ها تاثیر مستقیمی در این ویژگی‌ها دارند. ویژگی‌هایی همچون مقاومت به خوردگی بسیار عالی، مقاومت در برابر حرارت، ریزساختار ریزدانه، استحکام دما بالای عالی و مقاومت در برابر خزش از جمله خصوصیاتی هستند که در بین این آلیاژها مشترک می‌باشند. البته میزان هر یک از این ویژگی‌ها یکسان نبوده و با تغییر در ترکیب شیمیایی تغییر خواهد کرد. در ادامه برخی از گریدهای این دسته از سوپرآلیاژها را با یکدیگر مقایسه خواهیم کرد.

بیشتر بخوانید: اهمیت نیکل در صنعت استنلس استیل

ترکیب شیمیایی آلیاژهای اینکونل

همانطور که پیش‌تر اشاره شد، این دسته از سوپرآلیاژها، پایه نیکل هستند؛ به این مفهوم که بیشتر از حدود 50% نیکل در ترکیب شیمیایی خود دارند. اینکونل به غیر از نیکل در ساختار خود دارای کروم، مولیبدن و آهن نیز می‌باشد که هرکدام از این عناصر خواصی ویژه از اینکونل را بهبود می‌بخشند. در جدول زیر به ترکیب شیمیایی پنج گرید پرکاربرد اینکونل اشاره شده است:

جدول ترکیبات شیمیایی گریدهای پرکاربرد آلیاژ اینکونل

گرید	Ni	Mo	Cr	Fe	Nb+Ta	Al	Co	Mn	Ti
718	50-55	2.8-33	17-21	17	4.7-5.5	0.2-0.8	حداکثر 1	حداکثر 0.3	0.65-1.15
625	58-71	8-10	21-23	5	3.2-3.8	حداکثر 0.4	حداکثر 1	حداکثر 0.5	–
600	72	–	14-17	6-10	–	–	–	حداکثر 1	–
601	58-63	–	21-25	بالانس	–	1-1.7	–	حداکثر 1	–
690	58-63	8-10	20-23	5-9	3.15-3.25	–	–	–	–

جدول خواص مکانیکی آلیاژهای اینکونل

گرید		استحکام نهایی(Mpa)	استحکام تسلیم(Mpa)	ازدیاد طول(%)	تنش گسیختگی(Mpa)
625	دمای 650 درجه سانتی‌گراد	760	290	55	17.2-441 (در دمای 980 تا 649 درجه سانتی‌گراد)
	دمای محیط	880	460	50
718	دمای 650 درجه سانتی‌گراد	1100	980	18	593-703
	دمای محیط	1375	1100	25
600	دمای 550 درجه سانتی‌گراد	550	180	42	6-55 (در دمای 816 تا 1090 درجه سانتی‌گراد ) –
	دمای محیط	655	310	45

همانطور که در جدول بالا قابل مشاهده است، گریدهای اینکونل از خواص مکانیکی بسیار خوبی برخوردار هستند. لازم به ذکر است که این ویژگی را می‌توان با ریزدانه کردن ریزساختار نیز بهبود داد. این امر سبب می‌شود تا استحکام، سختی و سایر خواص مکانیکی آنها افزایش یابد.

جهت خرید ورق استیل در آلیاژها و ضخامت‌های متنوع با کارشناسان ما در مجموعه استیل رخ در تماس باشید.

کاربرد آلیاژهای اینکونل

سوپرآلیاژهای پایه نیکل به دلیل خواص قابل توجهی که دارند، در طیف وسیعی از صنایع استفاده قرار می‌گیرند. اما مهم‌ترین کاربرد آن‌ها، کاربری‌های دما بالا برای ساخت پره‌های توربین‌ها، اجزای دما بالای موتور جت‌ها و… است. در ادامه به کاربرد‌های برخی از گریدهای این سوپرآلیاژ اشاره شده است:

• اینکونل 600:

به دلیل مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و نیز مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی، از این گرید در ساخت قطعات و اجزای کوره‌ها استفاده می‌شود.

• اینکونل 601:

این گرید به دلیل محتوای آلومینیوم، برای کاربردهای دما بالا بسیار مناسب است. کاربرد اصلی این گرید در ساخت اجزای موتورهای بنزینی و برقی است. در صنعت هوافضا، صنایع شیمیایی، خودروسازی و نفت و گاز نیز می‌توان کاربرد‌های این گرید را مشاهده کرد.

• اینکونل 625:

این گرید دارای استحکام کششی بسیار بالایی است و کاربرد بسیار فراوانی در صنایع مختلف دارد. از اینکونل 625، در ساخت قطعات دریایی، اجزای موتور و…. استفاده می‌شود.

• اینکونل 690:

مقادیر بالای کروم این گرید سبب شده است تا مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوبی داشته باشد. از این گرید در محیط‌های دریایی و در تماس با آب شور استفاده می‌کنند. همچنین مقاومت به خوردگی بالای این گرید دلیل استفاده از آن در ساخت تجهیزات پالایشگاه‌ها، تجهیزات صنایع کاغذسازی، صنایع هسته‌ای و… می‌باشد.

• اینکونل 718:

قطعات دما بالای موتور جت‌ها، توربین‌های بخار، تجهیزات حفاری و… همگی از اینکونل 718 ساخته می‌شوند. علاوه بر این موارد، شکل‌پذیری خوب نیز یکی دیگر از ویژگی‌های کاربردی این آلیاژ به حساب می‌آید.

عوامل اثرگذار روی سختی آلیاژهای اینکونل

روش تولید در این آلیاژها بر سختی آن‌ها تاثیرگذار است. اینکونل تولید شده به روش نورد سرد دارای سختی حدود 175 تا 240 برینل است و انواع آنیل شده آن‌ها حدود 145 تا 220 برینل سختی دارند. چنانچه عملیات حرارتی محلول‌سازی روی این آلیاژها انجام شود سختی آن‌ها کاهش بیشتری پیدا کرده و به 116 تا 194 برینل نیز خواهد رسید. البته با عملیات پیرسختی می‌توان سختی این آلیاژها را افزایش داد.

بیشتر بخوانید: مقاطع استیل با گواهی دوگانه (Dual Certfied) چیست؟

عملیات حرارتی آلیاژهای اینکونل با هدف بهبود شکل‌پذیری

در ریزساختار آلیاژهای اینکونل، به دلیل محتوای بالای کروم و نیکل، فازهای ثانویه غنی از این عناصر تشکیل می‌شوند. این ذرات می‌توانند سبب استحکام ‌بخشی این آلیاژها شوند اما در مقابل شکل‌پذیری آن‌ها را کاهش می‌دهند. عملیات حرارتی برای رسوب و یا حل کردن این فازها به صورت زیر است:

1. سلوشن آنیلینگ:

در دمای 925 تا 980 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود و به سرعت در آب خنک می‌شوند.

2. رسوب سختی:

برای رسوب فازهای ثانویه این آلیاژها تا دمای 720 درجه سانتی‌گراد گرم شده و به مدت 8 ساعت نگهداری می‌شوند. پس از آن تا دمای 620 درجه سانتی‌گراد به آهستگی سرد شده و به مدت 18 ساعت در این دما باقی می‌مانند. در نهایت نیز در دمای محیطی به آرامی خنک می‌شوند.

مطلب شکل پذیری – ویژگی کلیدی فولاد ضد زنگ برای کشش عمیق را از ما بخوانید.

سخن آخر

آلیاژهای اینکونل به عنوان یکی از جدیدترین و پیشرفته‌ترین آلیاژهای مهندسی، به دلیل خواص ویژه‌ای که دارند، امروزه به صورت روز افزون در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقاومت بسیار بالای این آلیاژها در برابر خوردگی، اکسیداسیون و حرارت، آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای حساس و مهمی همچون صنایع شیمیایی تبدیل کرده است که نیازمند عملکرد مطمئن در شرایط سخت هستند.

گفتنی است که ویژگی مقاومت به خوردگی در دمای بالای این آلیاژها به صورتی است که توانسته‌اند در برخی از کاربرد‌ها انتخابی مناسب‌تر از استنلس استیل محسوب شوند. با توجه به مزایای ذکر شده، انتظار می‌رود که استفاده از آلیاژهای اینکونل در آینده بیشتر نیز شده و در توسعه فناوری‌های جدید نقش مهمی ایفا کنند.