Inconel 718：用于增材制造的主力材料

www.amreference.com

在第二次世界大战之后，出现了“高温合金”一词来描述一种高性能合金，此类材料是专门为了延长暴露于极端高温下的飞机部件的使用寿命而开发。高温合金以镍、铁、钴为基，通过加入合金元素实现多种金属特性的超级融合，能够在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作，成为航空航天、石油化工、赛车等多个行业的支柱材料。

Inconel 718是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金，于1965年开始批量生产，它能够固溶多种合金元素且避免析出低延性有害相，在高温环境中可保持较高的屈服强度、较好的塑性以及良好的加工性能和组织稳定性，使其成为多领域工业应用的理想选择。据统计，当代航空航天发动机用材总质量的一半以上都是镍基高温合金，而Inconel 718的使用量已经超过整个镍基合金使用量的三分之一。

飞机发动机中的材料分布

根据卡诺循环，以更高的温度运转发动机可以提高能源效率，进而使发动机更节能。从压气机、燃烧室、涡轮到保护和支撑发动机的机匣，从航空航天发动机中的诸多静止旋转件到各种螺栓紧固件，Inconel 718被广泛用于制造航空发动机的高温部件。尤其是当今处于领先地位的航空航天发动机，Inconel 718的使用量更大，GE公司著名的CF6发动机质量的三分之一都是该合金，而P&W公司的PW4000发动机中Inconel 718合金的使用量更是超过了该发动机质量的一半。

Inconel 718已经成为航空航天应用的基石，同时，它还在核反应堆（热交换器管道）、潜艇（螺旋桨叶片、快速断开装置、辅助推进马达）、化工（容器、泵、阀门、管道）、发电（工业燃气轮机）、石油和天然气工业（井下管道、井口硬件、火炬臂）等领域有着重要应用。

在苛刻温度环境下的性能方面，镍基合金（如Inconel 718）可能要优于钛合金或钢，镍基合金的氧化保护层进一步提高了机械性能。下表列出了Inconel 718、不锈钢和钛合金的性能。

高性能材料的比强度

3D打印316L不锈钢的性能

3D打印Ti6Al4V的性能

采用非3D打印工艺实现镍基高温合金所需要的设计可能存在挑战性。当使用机械加工、锻造或焊接等传统制造方法时，在工艺开始前往往需要退火，部件的高温腐蚀、抗蠕变性等会受到影响。Inconel 718合金的增材制造结果表明，机械性能并没有被牺牲，甚至可以超过铸造或锻造零件的性能。

除此之外，Inconel 718由于其切削温度高、加工硬化严重等问题，属于典型的难加工材料。对于航空航天应用中通常所需的复杂几何形状，Inconel 718零件的制造往往非常困难且成本高昂。

3D打印的Inconel 718发动机燃烧室衬套

3D打印的镍基高温合金热交换器用于高温高压环境中

3D打印的镍基高温合金火箭发动机

如GE航空这样的航空航天企业已经在飞机发动机制造中使用3D打印的Inconel 718。在最终实现燃料和成本节省的同时，设计自由、零件减少和供应链效率的提高使增材制造成为航空航天业关注的焦点。

3D打印超级合金的低温性能也具有应用潜力，管道和外壳、低温悬挂和支撑系统、叶轮或泵结构、阀杆、冷却管、热管、隔热设计、热交换器，以及高孔隙系统中的气体储存都非常适合高强度高温合金的应用，其温度范围覆盖从-273℃的低温到760℃的高温。

粉末金属的发展以及工业级金属3D打印机的发展，推动了许多行业之间的对话，从而释放了增材制造超级合金的优势。