Inconel 718 in der additiven Fertigung: Superlegierung für extreme Bedingungen
Ingenieur-Guide für Inconel 718 (2.4668): Schweißbarkeit, Ausscheidungshärtung (Gamma''), Laves-Phasen, LPBF-Parameter und DED-Auftrag.
Inconel 718 (Werkstoffnummer 2.4668 / UNS N07718) ist eine aushärtbare Nickel-Chrom-Eisen-Molybdän-Superlegierung, die bis 650 °C extrem hohe Streckgrenzen, Kriech- und Bruchfestigkeiten sowie hervorragende Oxidationsbeständigkeit aufweist. Durch ihren hohen Niob-Gehalt bildet sie kohärente Gamma''-Ausscheidungen aus. In der additiven Fertigung gilt sie im Vergleich zu anderen Superlegierungen als gut schweißbar, verlangt jedoch ein genaues Wärmebehandlungsregime zur Auflösung spröder Laves-Phasen.
- Hervorragend schweißbar dank langsamer Ausscheidungskinetik der tetragonalen Ni3Nb Gamma''-Phase.
- Lösungsglühen bei 1.065 °C ist zwingend, um spröde Laves-Phasen (Niob-Seigerung) vollständig aufzulösen.
- Zweistufige Auslagerung (720 °C / 620 °C) erzeugt volle Härte von 44–47 HRC für Dauereinsatz bis 650 °C.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Eigenschaft | As-Built Zustand (LPBF) | Nach Lösungsglühen & 2-Stufen-Auslagerung (AMS 5662) |
|---|---|---|
| Streckgrenze Rp0.2 | 750 - 850 MPa | 1.100 - 1.250 MPa |
| Zugfestigkeit Rm | 950 - 1.050 MPa | 1.350 - 1.480 MPa |
| Bruchdehnung A | 15 - 25 % | 12 - 18 % |
| Härte (Rockwell) | 30 - 34 HRC | 42 - 47 HRC |
| Dichte | 8.19 g/cm³ | 8.19 g/cm³ |
| Max. Einsatztemperatur | Bis 650 °C unter Last | Bis 650 °C unter Volllast |
| Verfahrenseignung | LPBF, Laser-DED (Draht/Pulver), BJT | Erfordert stets definierte Ofenzyklen |
Warum Inconel 718 für AM prädestiniert ist
Viele Nickelbasis-Superlegierungen (wie CM247LC, Rene 77 oder Mar-M247) neigen beim Schweißen und additiven Drucken zu Heißrissen und Erstarrungsrissen. Inconel 718 verdankt seine exzellente AM-Eignung der langsamen Ausscheidungskinetik der tetragonalen Ni3Nb-Phase (Gamma''). Da die Aushärtung während der schnellen Erstarrungszyklen im Laserbad verzögert erfolgt, können Eigenspannungen relaxieren, ohne dass Risse entlang der Korngrenzen entstehen.
Die Problematik der Niob-Seigerung (Laves-Phasen)
Bei der dendritischen Erstarrung seigert Niob stark in die interdendritischen Zwischenräume ab. Dies führt zur Bildung spröder intermetallischer Laves-Phasen (Ni,Fe,Cr)2(Nb,Mo,Ti). Diese Phasen binden das wertvolle Niob, das für die spätere festigkeitssteigernde Gamma''-Ausscheidung fehlt, und verschlechtern die Duktilität drastisch. Ein standardisiertes Homogenisierungs- und Lösungsglühen bei ca. 1.065 °C bis 1.100 °C ist daher unverzichtbar, um die Laves-Phasen vollständig in der Matrix aufzulösen.
Wärmebehandlung nach Luftfahrtstandard AMS 5662 / AMS 5663
Das vollständige Wärmebehandlungsprotokoll für additiv gefertigtes Inconel 718 umfasst: 1. Spannungsarmglühen auf der Bauplatte (typisch 980-1.065 °C). 2. Optionales HIP (1.120 °C, 1.000 bar) zur Porenversiegelung. 3. Lösungsglühen bei 980 °C für 1 h mit anschließender schneller Abkühlung. 4. Zweistufige Auslagerung: 720 °C für 8 h, Ofenabkühlung auf 620 °C und Halten für weitere 8 h. Erst dieser Prozess entfaltet die volle Härte von 44-47 HRC.
Wirtschaftlicher Nutzen: Fräsen vs. Additive Fertigung
Inconel 718 ist für extremen Werkzeugverschleiß beim Fräsen berüchtigt: Geringe Schnittgeschwindigkeiten, hohe Schnittkräfte und extreme Kaltverfestigung treiben die Werkzeugkosten in die Höhe. Beim Fräsen aus dem Vollmaterial liegt das Buy-to-Fly-Verhältnis bei Turbinenrotoren oft bei 10:1 bis 15:1. Durch additive Fertigung sinkt der Zerspanungsaufwand auf 10 bis 20 % des ursprünglichen Volumens, was zu dramatischen Kosteneinsparungen führt.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Worin besteht der Unterschied zwischen Inconel 718 und Inconel 625?
Welches Verfahren eignet sich für die Reparatur von Inconel-Teilen?
Kann Inconel 718 im As-Built Zustand eingesetzt werden?
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