| Sezione | Articolo | Valore / Specifiche |
|---|---|---|
| Applicazioni tipiche | Descrizione | Adatto alla produzione di dischi, anelli, lame, alberi, elementi di fissaggio, elementi elastici, strutture in lamiera, involucri e altri componenti. |
| Processi applicabili | Processo | SLM, LSF (Laser Solid Forming) |
| Composizione chimica (% in peso) | C | ≤ 0,08 |
| Cr | 17,0–21,0 | |
| Ni | 50,0–55,0 | |
| Co | ≤ 1,0 | |
| Mo | 2,8–3,3 | |
| Fe | Bal. | |
| Al | 0,2–0,8 | |
| Ti | 0,65–1,15 | |
| Nb | 4,75–5,50 | |
| Mn | ≤ 0,35 | |
| P | ≤ 0,015 | |
| S | ≤ 0,015 | |
| B | ≤ 0,006 | |
| Si | ≤ 0,35 | |
| Mg | ≤ 0,01 | |
| Cu | ≤ 0,3 | |
| O | ≤ 0,02 | |
| N | ≤ 0,02 | |
| Nota: Il simbolo “/” indica che non è specificato o non è applicabile. | ||
| Proprietà fisiche (polvere) | D10 (μm) | ≥ 15 |
| D50 (μm) | 30–40 | |
| D90 (μm) | ≤ 60 | |
| Sfericità | ≥ 0,9 | |
| Densità apparente (g/cm³) | ≥ 4,4 | |
| Densità apparente (g/cm³) | ≥ 5.0 | |
| Fluidità (s/50 g) | ≤ 18 | |
| Proprietà meccaniche (trattamento termico + invecchiamento) | Temperatura di prova | Resistenza alla trazione (MPa) |
| Temperatura ambiente (trazione) | ≥ 1300 | |
| 650 °C (trazione) | ≥ 1000 | |
| 650 °C (Rottura da stress) | Tensione iniziale: 690 MPa |
1. Vantaggi e caratteristiche di questa polvere di superlega IN718
1.1 Ottimizzato per applicazioni industriali
La polvere di superlega IN718 è specificamente progettata per applicazioni industriali impegnative nei settori aerospaziale, energetico e dell’ingegneria ad alte prestazioni. La sua composizione versatile e le caratteristiche della polvere la rendono ideale per la produzione di componenti critici come dischi, anelli, pale, alberi, elementi di fissaggio, elementi elastici, strutture in lamiera e involucri attraverso SLM tecnologia. Le prestazioni robuste delle polveri garantiscono un funzionamento affidabile in ambienti estremi, dai componenti dei motori a reazione alle apparecchiature per l’industria petrolifera e del gas.
1.2 Eccellente SLM Processabilità
La polvere IN718 presenta un’eccezionale fluidità (≤18 s/50g) e un’elevata sfericità (≥0,9), che sono parametri critici per una distribuzione uniforme della polvere e un’uniformità dello strato in SLM processi. La distribuzione granulometrica ottimizzata (D10 ≥15 μm, D50 30–40 μm, D90 ≤60 μm) garantisce un’eccellente densità di impaccamento e riduce al minimo la porosità nelle parti stampate, con conseguente finitura superficiale e precisione dimensionale superiori. Queste caratteristiche consentono una produzione affidabile di geometrie complesse con difetti minimi.
1.3 Prestazioni meccaniche robuste
La polvere IN718 offre eccezionali proprietà meccaniche sia a temperatura ambiente che ad alte temperature. Dopo il trattamento termico e l’invecchiamento, i componenti raggiungono un’eccezionale resistenza alla trazione di ≥1300 MPa e un carico di snervamento di ≥1100 MPa a temperatura ambiente. A 650 °C, il materiale mantiene prestazioni impressionanti con una resistenza alla trazione di ≥1000 MPa e un carico di snervamento di ≥900 MPa. Il test di rottura sotto sforzo a 650 °C dimostra la durabilità con una durata di ≥30 ore sotto una sollecitazione iniziale di 690 MPa, rendendolo adatto per applicazioni ad alta temperatura di lunga durata.
1.4 Proprietà fisiche stabili
La polvere dimostra caratteristiche fisiche coerenti con densità apparente ≥4,4 g/cm³ e densità di compattazione ≥5,0 g/cm³, garantendo una formazione affidabile del letto di polvere e un comportamento prevedibile del bagno di fusione durante SLM lavorazione. Queste proprietà stabili contribuiscono a risultati di produzione ripetibili e a una ridotta variabilità del processo, elementi essenziali per la produzione su scala industriale.
1.5 Elevata purezza e controllo della composizione
Prodotta con un rigoroso controllo di qualità, la polvere IN718 mantiene strette tolleranze di composizione con livelli minimi di impurità. Gli elementi di rinforzo critici sono controllati con precisione entro intervalli specificati, mentre le impurità nocive come zolfo (≤0,015%), fosforo (≤0,015%), boro (≤0,006%) e ossigeno (≤0,02%) sono mantenute a livelli eccezionalmente bassi, garantendo prestazioni ottimali del materiale e resistenza alla corrosione.
2. Panoramica sulla polvere di superlega IN718
2.1 Caratteristiche della composizione chimica
L’IN718 è una superlega a base di nichel-ferro con le seguenti caratteristiche compositive principali:
| Elemento | Contenuto (% in peso) | Funzione |
|---|---|---|
| Nichel (Ni) | 50,0–55,0 | Elemento base primario che garantisce il rafforzamento della soluzione solida e la stabilità alle alte temperature. |
| Ferro (Fe) | Bilancia | Elemento base che contribuisce all’economicità e alle proprietà magnetiche |
| Cromo (Cr) | 17,0–21,0 | Offre un’eccellente resistenza all’ossidazione e alla corrosione. |
| Niobio (Nb) | 4,75–5,50 | Forma il rafforzamento della fase γ” (Ni₃Nb) e della fase γ (Ni₃(Al,Ti)) |
| Molibdeno (Mo) | 2,8–3,3 | Migliora la resistenza alla solubilità solida e alle alte temperature. |
| Titanio (Ti) | 0,65–1,15 | Contribuisce alla formazione della fase γ per l’indurimento per invecchiamento |
| Alluminio (Al) | 0,2–0,8 | Forma la fase γ per il rafforzamento delle precipitazioni |
| Carbonio (C) | ≤0,08 | Forma carburi per il rafforzamento dei bordi dei grani |
| Silicio (Si) | ≤0,35 | Migliora la resistenza all’ossidazione e la deossidazione |
| Manganese (Mn) | ≤0,35 | Disossidante e migliora la lavorabilità a caldo |
| Cobalto (Co) | ≤1,0 | Migliora la resistenza alle alte temperature |
| Rame (Cu) | ≤0,3 | Migliora la resistenza alla corrosione |
| Boro (B) | ≤0,006 | Rinforzante dei bordi del grano |
| Magnesio (Mg) | ≤0,01 | Deossidante e migliora la colabilità |
| Fosforo (P) | ≤0,015 | Impurità controllata |
| Zolfo (S) | ≤0,015 | Impurità controllata |
| Ossigeno (O) | ≤0,02 | Impurità controllata |
| Azoto (N) | ≤0,02 | Impurità controllata |
Questa composizione bilanciata offre resistenza, resistenza alla corrosione e saldabilità eccezionali, rendendola una delle superleghe più utilizzate nella produzione additiva.
2.2 Caratteristiche della polvere
La polvere è progettata con proprietà fisiche specifiche ottimizzate per SLM elaborazione:
| Parametro | Specifiche | Significato |
|---|---|---|
| Dimensione delle particelle D10 | ≥15 μm | Garantisce un flusso di polvere adeguato e previene la formazione eccessiva di particelle fini. |
| Dimensione delle particelle D50 | 30–40 μm | Dimensione mediana ottimale per SLM controllo dello spessore dello strato e del bagno di fusione |
| Dimensione delle particelle D90 | ≤60 μm | Limita le particelle di dimensioni eccessive che potrebbero causare difetti superficiali |
| Sfericità | ≥0,9 | Forma sferica eccellente per una distribuzione uniforme della polvere. |
| Densità apparente | ≥4,4 g/cm³ | Garantisce la corretta formazione del letto di polvere e l’uniformità dello strato |
| Densità di rubinetto | ≥5,0 g/cm³ | L’elevata densità di impacchettamento riduce la porosità nelle parti stampate |
| Fluidità | ≤18 s/50g | Caratteristiche di flusso superiori per un’erogazione affidabile della polvere. |
3. Vantaggi tecnici
La polvere IN718 offre diversi vantaggi tecnici distinti per SLM applicazioni:
- Eccezionale rapporto resistenza-peso: L’elevata resistenza combinata con una densità moderata lo rende ideale per applicazioni in cui il peso è un fattore critico.
- Resistenza all’invecchiamento superiore: L’indurimento per precipitazione attraverso le fasi γ e γ” conferisce proprietà meccaniche eccezionali.
- Eccellente resistenza alla corrosione: Il contenuto di cromo conferisce resistenza all’ossidazione e a diversi ambienti corrosivi.
- Buona saldabilità: Il basso contenuto di carbonio e la composizione bilanciata consentono un’eccellente saldabilità senza necessità di trattamento termico post-saldatura.
- Capacità di funzionamento ad alta temperatura: Mantiene l’integrità meccanica fino a 650 °C, adatto per componenti di turbine e motori.
- Resistenza allo scorrimento viscoso e alla rottura per stress: Le aggiunte di Nb e Mo migliorano la resistenza alla deformazione sotto carichi prolungati
- Resistenza alla fatica: Eccellente resistenza al carico ciclico, fondamentale per i componenti rotanti.
- Flessibilità di fabbricazione: Compatibile con entrambi SLM e processi LSF (Laser Solid Forming)
4. SLM Raccomandazioni sui parametri di processo
In base alle caratteristiche della polvere, si procede come segue: SLM Si raccomandano i seguenti parametri di processo:
Parametri del laser:
- Potenza laser: 200–350 W (a seconda dello spessore dello strato e della complessità geometrica)
- Velocità di scansione: 800–1400 mm/s
- Spaziatura delle aperture: 80–110 μm
- Spessore dello strato: 30–50 μm (in linea con la dimensione delle particelle D50)
- Dimensione del punto laser: 80–120 μm
Ambiente di compilazione:
- Atmosfera: Argon o azoto con contenuto di ossigeno <50 ppm
- Temperatura della piastra di costruzione: 80–120 °C (per ridurre le tensioni residue)
- Temperatura di preriscaldamento: Opzionale, 150–200 °C per componenti di grandi dimensioni
Strategia di scansione:
- Modello: Motivo a scacchiera o a strisce con rotazione di 67° tra gli strati
- Scansione di contorno: 2-3 passaggi a potenza ridotta (60-80% della potenza massima) per una migliore finitura superficiale.
- Dimensioni dell’isola: Da 5×5 mm a 10×10 mm per la distribuzione delle sollecitazioni
- Strutture di supporto: Necessario per sporgenze >45°, ottimizzato per una facile rimozione e una superficie di contatto minima
Monitoraggio del processo:
- Monitoraggio delle pozze di fusione: Termografia in tempo reale per il rilevamento dei difetti
- Ispezione degli strati: Monitoraggio in loco tramite telecamere per la qualità della distribuzione della polvere
- Controllo dell’atmosfera: Monitoraggio continuo dell’ossigeno durante la costruzione
5. Procedure di post-elaborazione
Sollievo dallo stress:
- Temperatura: 600–650 °C
- Durata: 1-2 ore
- Raffreddamento: Raffreddare la fornace per ridurre al minimo le tensioni residue.
- Scopo: Ridurre le tensioni interne dovute alla solidificazione rapida
Trattamento termico di soluzione:
- Temperatura: 950–980°C
- Durata: 1 ora
- Raffreddamento: Raffreddamento rapido ad aria o ad acqua
- Scopo: Dissolvere le fasi secondarie e omogeneizzare la microstruttura
Trattamento anti-invecchiamento (processo in due fasi):
- Prima fase di invecchiamento:
- Temperatura: 715–725 °C
- Durata: 8 ore
- Raffreddamento: Raffreddare il forno fino a 620 °C con una velocità di 50 °C/ora.
- Secondo invecchiamento:
- Temperatura: 620 °C
- Durata: 8 ore
- Raffreddamento: Raffreddamento ad aria
- Scopo: Precipita le fasi di rafforzamento γ e γ”.
Finitura superficiale:
- Rimozione del supporto: Rimozione meccanica seguita da sabbiatura (Al₂O₃, grana 80–120)
- Opzioni di trattamento delle superfici:
- Elettrolucidatura per componenti aerospaziali critici
- Incisione chimica per la rimozione dei difetti superficiali
- Pallinatura per migliorare la resistenza alla fatica
- Pressatura isostatica a caldo (HIP) per l’eliminazione dei difetti interni
Ispezione e collaudo:
- Prove non distruttive (NDT):
- Tomografia computerizzata a raggi X (TC) per difetti interni
- Test a ultrasuoni per la verifica dell’integrità del materiale.
- Test con liquidi penetranti per la rilevazione di difetti superficiali
- Prove meccaniche:
- Prove di trazione a temperatura ambiente e a temperature elevate
- Test di fatica per applicazioni con carico ciclico
- Prova di durezza (scala Rockwell C)
6. Specifiche di prestazione
Proprietà meccaniche (dopo trattamento termico + invecchiamento):
| Condizione di prova | Resistenza alla trazione (MPa) | Resistenza allo snervamento (MPa) | Allungamento (%) |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente (trazione) | ≥1300 | ≥1100 | ≥15.0 |
| 650 °C (trazione) | ≥1000 | ≥900 | ≥12.0 |
| 650 °C (Rottura da stress) | Tensione iniziale: 690 MPa | Durata: ≥30 ore | Allungamento: ≥5,0 |
Proprietà fisiche:
- Densità: ~8,19 g/cm³ (teorico)
- Intervallo di fusione: 1260–1336 °C
- Dilatazione termica: 13,0 × 10⁻⁶/°C (20–100°C)
- Conduttività termica: ~11,4 W/m·K a 100 °C
- Capacità termica specifica: ~435 J/kg·K a 20°C
- Resistività elettrica: ~1,28 μΩ·m a 20 °C
Resistenza ambientale:
- Resistenza all’ossidazione: Eccellente fino a 700 °C
- Resistenza alla corrosione: Buona resistenza all’acqua di mare, agli acidi e a diverse sostanze chimiche industriali.
- Fessurazione da tensocorrosione: Resistente agli ambienti clorurati
7. Ambiti di applicazione
La polvere IN718 è particolarmente adatta per le seguenti applicazioni:
Aerospaziale:
- Dischi e pale della turbina
- Componenti del compressore
- Carter e carter motore
- Elementi di fissaggio e staffe strutturali
- Componenti del carrello di atterraggio
- Componenti del motore a razzo
Energia:
- Componenti delle turbine a gas
- pale di turbina a vapore
- Componenti del reattore nucleare
- Strumenti per l’estrazione di petrolio e gas in profondità
- Componenti dello scambiatore di calore
- Apparecchiature per la generazione di energia
Industriale:
- Valvole e raccordi ad alta pressione
- Apparecchiature per la lavorazione chimica
- Componenti per la propulsione marina
- Attrezzature e stampi
- Componenti per auto da corsa
- Componenti per impianti medici (di grado biocompatibile)
8. Confronto con polveri simili
vs. Haynes 188:
| Parametro | IN718 | Haynes 188 | Vantaggio |
|---|---|---|---|
| Elemento base | Ni-Fe | Co | IN718: Costo inferiore, maggiore disponibilità |
| Temperatura massima di servizio | 650 °C | 980 °C | Haynes 188: Ideale per temperature estreme |
| Forza a temperatura ambiente | ≥1300 MPa | ≥850 MPa | IN718: Maggiore resistenza a temperatura ambiente |
| Resistenza alle alte temperature | ≥1000 MPa a 650 °C | ≥190 MPa a 980 °C | Dipendente dall’applicazione |
| Resistenza all’ossidazione | Resistente fino a 700 °C | Eccellente fino a 1095 °C | Haynes 188: Resistenza all’ossidazione superiore |
| Costo | Moderare | Alto | IN718: Più conveniente |
| Ideale per | settore aerospaziale generale, temperature moderate | Applicazioni a temperature estreme |
contro Inconel 625:
| Parametro | IN718 | Inconel 625 | Vantaggio |
|---|---|---|---|
| Meccanismo di rinforzo | Indurimento da precipitazione | soluzione solida | IN718: Maggiore resistenza dopo l’invecchiamento |
| Contenuto di niobio | 4,75–5,50% | 3,15–4,15% | IN718: Ulteriore formazione della fase γ” |
| Contenuto di molibdeno | 2,8–3,3% | 8,0–10,0% | Inconel 625: Migliore resistenza alla corrosione |
| Forza a temperatura ambiente | ≥1300 MPa | ~830 MPa (come costruito) | IN718: Significativamente più forte |
| Saldabilità | Eccellente | Eccellente | Comparabile |
| Resistenza alla corrosione | Bene | Eccellente | Inconel 625: prestazioni superiori in ambienti difficili |
| Ideale per | Componenti strutturali ad alta resistenza | Ambienti corrosivi, processi chimici |
vs. Ti-6Al-4V:
| Parametro | IN718 | Ti-6Al-4V | Vantaggio |
|---|---|---|---|
| Densità | ~8,19 g/cm³ | ~4,43 g/cm³ | Ti-6Al-4V: Molto più leggero |
| Temperatura massima di servizio | 650 °C | 400 °C | IN718: Capacità di temperatura più elevata |
| Forza | ≥1300 MPa | ~900–1100 MPa | IN718: Maggiore resistenza |
| Resistenza alla corrosione | Bene | Eccellente | Ti-6Al-4V: Superiore in molti ambienti |
| Costo | Moderare | Alto | IN718: Generalmente più conveniente |
| Biocompatibilità | Bene | Eccellente | Lega Ti-6Al-4V: preferita per gli impianti medicali. |
| Ideale per | Aerospaziale ad alta temperatura, resistenza critica | sensibile al peso, medico, marino |
9. Precauzioni
Manipolazione e stoccaggio:
- Condizioni di conservazione: Conservare in contenitori sigillati in atmosfera secca e inerte (argon o azoto).
- Controllo dell’umidità: Mantenere l’umidità relativa <40% per prevenire l'assorbimento di umidità
- Temperatura: Conservare a temperatura ambiente (15–25 °C), evitare sbalzi di temperatura estremi.
- Durata di conservazione: In genere 12 mesi dalla data di produzione se conservato correttamente
- Requisiti dei DPI: Utilizzare dispositivi di protezione individuale adeguati, tra cui:
- Guanti in nitrile
- Maschera respiratoria N95 o superiore
- Occhiali di sicurezza
- Camice da laboratorio o indumenti protettivi
Sicurezza dell’elaborazione:
- Ventilazione: Garantire una ventilazione adeguata SLM impianto con filtro HEPA
- Monitoraggio dell’atmosfera: Monitorare costantemente i livelli di ossigeno nella camera di costruzione (<50 ppm consigliato)
- Prevenzione incendi: Implementare misure di prevenzione incendi per la manipolazione di polveri metalliche:
- Estintori di classe D facilmente reperibili
- Vietata la presenza di fiamme libere o scintille nelle aree di manipolazione delle polveri.
- Messa a terra di tutte le apparecchiature per prevenire le scariche elettrostatiche.
- Recupero della polvere: Utilizzare sistemi di recupero della polvere dedicati con design antideflagrante.
- Smaltimento dei rifiuti: Attenersi alle normative locali per lo smaltimento dei rifiuti di polveri metalliche.
Controllo qualità:
- Caratterizzazione delle polveri: Test periodici di:
- Distribuzione delle dimensioni delle particelle (ogni 5 build o mensilmente)
- Misurazioni di fluidità
- Verifica della composizione chimica
- Contenuto di ossigeno e azoto
- Riutilizzo delle polveri: Monitorare i cicli di riutilizzo della polvere (in genere da 3 a 5 cicli al massimo).
- Setacciare la polvere tra una fase di costruzione e l’altra (si consiglia una maglia da 45–63 μm).
- Mescolare la polvere fresca (10-20%) con la polvere riutilizzata
- Scartare la polvere che presenta alterazioni nella fluidità o nella composizione chimica.
- Controllo della contaminazione:
- Apparecchiature dedicate per diversi sistemi di leghe
- Protocolli di pulizia rigorosi tra un cambio di materiale e l’altro
- Ispezione periodica dei sistemi di erogazione della polvere
- Tracciabilità: Mantenere registri di build dettagliati, inclusi:
- numeri di lotto della polvere
- Parametri di processo
- cicli di trattamento termico
- Risultati dell’ispezione
10. Riepilogo
La polvere di superlega IN718 rappresenta uno dei materiali più versatili e ampiamente utilizzati nella produzione additiva, in particolare per le applicazioni di fusione laser selettiva (SLM). Le sue caratteristiche di polvere ottimizzate, tra cui un’eccellente fluidità (≤18 s/50g), un’elevata sfericità (≥0,9) e una distribuzione controllata delle dimensioni delle particelle (D50: 30–40 μm), garantiscono un’affidabilità elevata. SLM lavorazione con difetti minimi e proprietà meccaniche costanti.
La composizione di base della lega nichel-ferro, strategicamente arricchita con cromo, niobio, molibdeno, titanio e alluminio, offre prestazioni meccaniche eccezionali. Dopo un adeguato trattamento termico e invecchiamento, la lega IN718 raggiunge un’eccezionale resistenza alla trazione di ≥1300 MPa e un carico di snervamento di ≥1100 MPa a temperatura ambiente, mantenendo al contempo notevoli capacità alle alte temperature con una resistenza alla trazione di ≥1000 MPa a 650 °C. La resistenza alla rottura per scorrimento viscoso di ≥30 ore a 650 °C con una sollecitazione iniziale di 690 MPa dimostra la sua idoneità per applicazioni a lungo termine ad alte temperature.
La composizione bilanciata dell’IN718 offre un’eccellente resistenza alla corrosione, una buona saldabilità e una superiore induribilità per invecchiamento grazie alla precipitazione delle fasi γ e γ”. Queste proprietà lo rendono ideale per applicazioni impegnative nei settori aerospaziale (componenti di turbine, parti di motori), energetico (turbine a gas, componenti nucleari), industriale (apparecchiature ad alta pressione, processi chimici) e della difesa.
La compatibilità delle polveri con entrambi SLM I processi LSF, combinati con protocolli di post-elaborazione consolidati, tra cui il trattamento termico di solubilizzazione e l’invecchiamento in due fasi, consentono la produzione di componenti complessi e ad alte prestazioni che soddisfano i rigorosi standard industriali. Mentre l’Haynes 188 offre prestazioni superiori a temperature estreme (>700 °C) e l’Inconel 625 garantisce una migliore resistenza alla corrosione, l’IN718 rimane il materiale di elezione per le applicazioni che richiedono il perfetto equilibrio tra resistenza, capacità termica, economicità e affidabilità del processo.
Grazie a un’adeguata gestione, lavorazione e controllo qualità, la polvere di superlega IN718 consente ai produttori di sfruttare la produzione additiva per realizzare componenti con geometrie e caratteristiche prestazionali irraggiungibili con i metodi di produzione tradizionali, promuovendo l’innovazione in molteplici settori ad alta tecnologia.
11. Servizi di personalizzazione da Forgecise
Forgecise Offriamo soluzioni complete di personalizzazione delle polveri di superlega, che coprono l’intero spettro, dalle formulazioni standard per alte temperature alle superleghe ad alte prestazioni a base di nichel specifiche per il cliente. Supportiamo i principali gradi di superlega, tra cui Haynes 230, la serie Inconel e le varianti Hastelloy, con la capacità di personalizzare con precisione la composizione chimica, la distribuzione granulometrica, la sfericità, il contenuto di ossigeno/azoto e il coefficiente di dilatazione termica per soddisfare le vostre precise esigenze industriali e di produzione. Le nostre polveri di superlega sono ottimizzate per i processi di produzione additiva più esigenti, tra cui: SLM e EBM, garantendo stampabilità costante, alta densità, proprietà meccaniche superiori alle alte temperature e prestazioni affidabili nei vostri componenti finali per i settori aerospaziale, energetico e industriale.
