718 vs 718H – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Alloy 718 dan variannya 718H sering ditentukan di mana kombinasi kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan kinerja suhu tinggi diperlukan — misalnya, dalam komponen rotasi aerospace, turbin gas, katup tekanan tinggi, dan aplikasi nuklir. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya menghadapi dilema pemilihan: memprioritaskan kimia dasar dan fleksibilitas perlakuan panas (kemudahan fabrikasi dan pemrosesan pasca-las) atau menerima kondisi kekuatan/usia yang lebih tinggi yang mengurangi pemrosesan pasca yang diperlukan tetapi membatasi kemampuan bentuk dan pilihan pengelasan.
Perbedaan praktis utama antara dua grade tidak terletak pada perubahan besar keluarga paduan tetapi pada keadaan metalurgi yang disampaikan dan pengaruhnya terhadap kondisi pra-kekerasan (pra-usia). Dengan kata lain, 718H biasanya ditawarkan dengan kondisi pengiriman atau sedikit perubahan kimia yang dimaksudkan untuk memberikan kekuatan yang lebih tinggi saat diterima atau stabilitas suhu tinggi yang lebih baik, sedangkan 718 standar adalah kimia dasar UNS N07718 Alloy 718 dan paling umum disuplai dalam kondisi perlakuan larutan atau lunak-annealed untuk pemrosesan hilir dan kekerasan usia akhir.
1. Standar dan Penunjukan
- Penunjukan universal umum:
- UNS: N07718 (Alloy 718)
- Spesifikasi aerospace/manufaktur umum yang merujuk pada Alloy 718: berbagai AMS (Spesifikasi Material Aerospace) dan spesifikasi ASTM untuk batang, tempa, pelat, dan pengisi las. (Pembeli harus menentukan nomor AMS/ASTM/EN/GB/JIS yang tepat yang diperlukan untuk aplikasi mereka.)
- Klasifikasi: Superalloy penguat presipitasi berbasis nikel (bukan baja karbon atau baja paduan rendah).
- Bentuk produk khas yang dicakup oleh standar: batang, tempa, pelat, lembaran, pipa, dan pengisi las (batang/kawat).
Catatan: 718H biasanya merupakan penunjukan industri atau pabrik yang menunjukkan baik varian komposisi atau—lebih umum—kondisi pengiriman/perlakuan panas yang berbeda. Selalu konfirmasi penunjukan standar/perlakuan panas yang spesifik dalam dokumen pembelian dan rekayasa.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi khas untuk Alloy 718 standar. 718H biasanya mempertahankan kimia dasar yang sama (Ni–Cr–Fe dengan Nb, Mo, Ti, dan Al) dengan hanya sedikit penyesuaian yang kadang-kadang dilakukan oleh produsen (misalnya, sedikit lebih tinggi karbon atau elemen jejak yang terkontrol) untuk meningkatkan kekuatan creep atau perilaku presipitasi. Karena praktik pabrik bervariasi, spesifikasi akhir yang dipesan harus diperiksa.
| Elemen | Alloy 718 Khas (rentang, wt%) | Catatan mengenai 718H |
|---|---|---|
| C | 0.03 – 0.08 | 718H dapat ditentukan dengan batas C atas yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa spesifikasi untuk meningkatkan kekuatan suhu tinggi; konfirmasi pada PO. |
| Mn | ≤ 0.35 | Paduan minor saja. |
| Si | ≤ 0.35 | Pengendalian deoksidasi/tramp. |
| P | ≤ 0.015 | Pengendalian kotoran. |
| S | ≤ 0.015 | Pengendalian kotoran. |
| Cr | 17.0 – 21.0 | Ketahanan terhadap korosi dan oksidasi. |
| Ni | Keseimbangan (~50 – 55) | Elemen dasar; memberikan matriks dan kekuatan suhu tinggi. |
| Mo | 2.8 – 3.3 | Penguatan larutan padat; mendukung stabilitas karbida/fase. |
| V | biasanya jejak | Bukan penambahan utama yang disengaja. |
| Nb (+Ta) | 4.75 – 5.5 (sebagai Nb+Ta) | Kunci untuk presipitasi $\gamma''$ (kekuatan). |
| Ti | 0.65 – 1.15 | Bekerja dengan Al untuk membentuk presipitat penguat. |
| B | ≤ 0.006 | Penambahan kecil meningkatkan kekuatan batas butir. |
| N | ≤ 0.05 | Biasanya rendah; mempengaruhi pembentukan nitride. |
Bagaimana strategi paduan bekerja: - Ni menyediakan fase matriks (matriks austenitik dalam paduan Ni) dan kekuatan dasar suhu tinggi. - Cr memberikan ketahanan terhadap oksidasi/korosi. - Nb (dan Ta), Ti, dan Al membentuk presipitat koheren halus (terutama $\gamma''$ dan beberapa $\gamma'$) yang memberikan sebagian besar kekuatan penguatan usia. - Mo berkontribusi pada penguatan larutan padat dan ketahanan creep suhu tinggi. - Elemen mikro-paduan (B, C) dan tingkat rendah N mempengaruhi kohesi batas butir dan perilaku patah creep.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur 718 yang khas (kondisi perlakuan larutan atau annealed): matriks yang didominasi oleh $\gamma$ (matriks berbasis Ni) dengan karbida dan latar belakang struktur butir kasar jika tidak dikerjakan secara mekanis. Setelah penguatan usia, dispersi halus dari $\gamma''$ (Ni3Nb) platelet koheren dan beberapa presipitat $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)) mengatur kekuatan hasil.
- Rute perlakuan panas 718:
- Perlakuan larutan (misalnya, 980–1020 °C) diikuti dengan pendinginan terkontrol untuk melarutkan presipitat, kemudian dikuatkan usia (siklus penuaan tunggal atau ganda) untuk mempresipitasi $\gamma''$ dan $\gamma'$.
- Pengolahan termo-mekanis (tempa/rolling) diikuti dengan larutan dan usia untuk memperhalus butir dan mengoptimalkan kekuatan kelelahan dan creep.
- Mikrostruktur/respons 718H:
- 718H biasanya diproses atau diperlakukan panas untuk menghasilkan kondisi yang lebih kokoh saat diterima (penuaan parsial atau mikrostruktur yang distabilkan) yang dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan saat diterima dan/atau stabilitas suhu tinggi. Ini mengurangi derajat pelarutan yang tersedia untuk pembentukan mekanis hilir atau sejauh mana penguatan usia lebih lanjut yang praktis tanpa perlakuan ulang.
- Jika 718H memiliki batas karbon atau elemen jejak yang diubah, perubahan tersebut terutama mempengaruhi presipitasi karbida dan kimia batas butir, yang pada gilirannya mempengaruhi patah creep dan stabilitas jangka panjang suhu tinggi.
Implikasi praktis: 718 standar menawarkan kelonggaran pemrosesan pasca pengiriman yang lebih luas (lebih mudah dibentuk, dilas, atau diperlakukan panas ulang), sementara 718H mengurangi langkah pemrosesan dengan tiba dalam keadaan kekuatan/stabil yang lebih tinggi dengan mengorbankan beberapa kemampuan bentuk dan kebebasan pengelasan.
4. Sifat Mekanis
Nilai sifat untuk Alloy 718 sangat bergantung pada pemrosesan dan kondisi usia. Tabel di bawah ini memberikan panduan kualitatif dan rentang khas; nilai yang tepat harus diambil dari spesifikasi yang berlaku atau laporan uji pabrik.
| Sifat | Alloy 718 Khas (perlakuan larutan dan penguatan usia) | 718H Khas (kondisi pra-kekerasan/stabil) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (UTS) | Tinggi; rentang khas bergantung pada perlakuan usia (sering 1000–1400 MPa) | Sebanding atau sedikit lebih tinggi dalam kondisi saat diterima karena pra-usia |
| Kekuatan Hasil (0.2% offset) | Tinggi (sering >700–1000 MPa tergantung pada penuaan) | Biasanya lebih tinggi saat diterima; potensi lebih rendah untuk peningkatan lebih lanjut melalui penuaan |
| Peregangan (dalam 50 mm) | Sedang (8–20%, tergantung pada kondisi) | Duktibilitas lebih rendah dibandingkan dengan 718 lunak-annealed, karena kekuatan yang lebih tinggi |
| Kekerasan Dampak | Baik pada suhu kamar jika diperlakukan panas dengan benar; dapat menurun dengan butir kasar atau penuaan berlebih | Mungkin berkurang dibandingkan dengan 718 lunak jika diproduksi dalam keadaan yang lebih keras |
| Kekerasan | Bervariasi dengan penuaan (umumnya ~30–40 HRC dalam kondisi puncak-usia ketika dikonversi) | Kekerasan saat diterima biasanya lebih tinggi; perubahan lebih sedikit dengan penuaan selanjutnya tanpa perlakuan ulang |
Interpretasi: - Mana yang lebih kuat? Dalam bentuk saat diterima, 718H biasanya lebih kuat. Setelah penguatan usia terkontrol penuh, 718 standar dapat mencapai sifat puncak yang serupa jika telah diperlakukan larutan dan diperlakukan panas dengan benar. - Mana yang lebih tangguh/lebih duktile? 718 standar yang disediakan dalam keadaan lunak/diperlakukan larutan atau kondisi yang dipanaskan dengan benar akan menawarkan kemampuan bentuk yang lebih baik dan duktibilitas yang lebih tinggi sebelum penuaan akhir. 718H mengorbankan beberapa duktibilitas untuk kekuatan dan stabilitas saat diterima.
5. Dapat Dilas
Dapat dilas dari keluarga Alloy 718 berbasis nikel umumnya baik dibandingkan dengan baja kekerasan tinggi, tetapi perhatian diperlukan karena penguatan usia, potensi segregasi, dan kontrol pembentukan fase delta atau fase Laves. - Faktor pengelasan kunci: efek setara karbon dasar kurang digunakan untuk paduan Ni dibandingkan dengan baja, tetapi kemampuan pengerasan dari Nb/Ti dan presipitat yang terkontrol karbon penting. Pembentukan presipitat dekat las dapat membuat zona yang terpengaruh panas menjadi rapuh atau keras. - Indeks kualitatif yang berguna: - Untuk baja, digunakan setara karbon; untuk paduan Ni, pertimbangkan segregasi dan elemen pembentuk presipitat. - Namun, saat membandingkan dapat dilas, praktisi dapat menggunakan rumus baja standar sebagai referensi kualitatif. Misalnya: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretasi (kualitatif): nilai yang lebih tinggi menunjukkan lebih banyak pemanasan awal/pemanasan pasca dan pendinginan terkontrol diperlukan. Paduan 718 memerlukan pemanasan awal/interpass yang terkontrol dan perlakuan panas pasca-las untuk menghindari pembentukan presipitat yang merugikan dan untuk mengembalikan sifat mekanis yang dirancang. - Catatan praktis: 718H, yang dikirim dalam keadaan pra-kekerasan/usia parsial, dapat kurang toleran terhadap pengelasan tanpa perlakuan ulang dan penuaan ulang penuh. Jika pengelasan yang luas diperlukan, tentukan 718 yang diperlakukan larutan-annealed atau rencanakan perlakuan panas larutan dan usia pasca-las.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Keluarga Alloy 718: ketahanan korosi umum yang baik dan ketahanan oksidasi yang sangat baik di banyak lingkungan hingga suhu menengah. Tidak "superior" kelas stainless untuk lingkungan yang sangat mengoksidasi atau terklorinasi di mana paduan khusus diperlukan.
- Perlindungan permukaan untuk permukaan non-stainless atau terdegradasi: penyelesaian mekanis, pelapis pelindung, atau pelapisan khusus dapat digunakan tergantung pada layanan.
- PREN (Angka Setara Ketahanan Pitting) biasanya berlaku untuk paduan stainless; untuk paduan berbasis Ni indeks ini tidak umum digunakan. Sebagai referensi, PREN adalah: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ tetapi ini bukan metrik kinerja yang ditetapkan untuk Alloy 718.
- 718 dan 718H memiliki perilaku korosi yang secara luas serupa karena kandungan dasar Cr dan Ni pada dasarnya tidak berubah. Perbedaan kimia atau perlakuan panas yang sedikit yang memodifikasi presipitat (karbida, fase Laves) dapat mempengaruhi kerentanan korosi lokal dan perilaku batas butir selama masa layanan, terutama di lingkungan yang agresif.
7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemudahan mesin: Superalloy nikel lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja paduan rendah. Baik 718 maupun 718H memiliki karakteristik pemotongan yang serupa, tetapi kekerasan 718H yang lebih tinggi saat diterima dapat mengurangi umur alat dan memerlukan parameter alat yang lebih berat.
- Kemampuan bentuk: 718 standar yang diperlakukan larutan (lunak) lebih mudah untuk dibentuk dan dibentuk. 718H dalam keadaan pra-kekerasan akan kurang dapat dibentuk dan mungkin memerlukan pengerjaan panas atau perlakuan ulang sebelum pembentukan yang signifikan.
- Penyelesaian: Penggilingan permukaan, pemolesan, dan EDM adalah hal yang umum. Perlakuan panas dan tegangan sisa harus dipertimbangkan untuk komponen toleransi ketat.
8. Aplikasi Khas
| Alloy 718 (standar) | Alloy 718H |
|---|---|
| Bagian rotasi aerospace di mana penuaan pasca-fabrikasi dilakukan oleh produsen atau pengguna; komponen yang memerlukan kekuatan tinggi setelah perlakuan usia terkontrol; tempa dan batang yang dimaksudkan untuk pemesinan dan perlakuan panas selanjutnya. | Komponen yang ditentukan untuk tiba dalam kondisi kekuatan atau stabil yang lebih tinggi (misalnya, katup, fitting, atau komponen di mana penuaan di pabrik tidak praktis); aplikasi yang memerlukan stabilitas creep yang lebih baik saat diterima. |
| Komponen yang dapat diperbaiki di mana pengelasan dan perlakuan panas ulang direncanakan | Bagian di mana kebutuhan untuk pemrosesan lebih lanjut dikurangi; instalasi lapangan dengan kapasitas terbatas untuk solusi pasca-las dan penuaan |
| Aplikasi kekuatan tinggi di mana desainer meminta siklus solusi dan penuaan penuh untuk sifat terbaik | Situasi di mana pengadaan menginginkan kekuatan dan stabilitas dimensi yang lebih tinggi saat diterima; kadang-kadang digunakan di mana layanan suhu tinggi jangka panjang diharapkan tanpa siklus penuaan lebih lanjut |
Rasional pemilihan: - Pilih 718 standar ketika pembentukan hilir, pengelasan, atau penguatan usia yang disesuaikan diperlukan. - Pilih 718H ketika pembeli memerlukan kekuatan/stabilitas yang lebih tinggi saat diterima dan ketika siklus termal selanjutnya tidak praktis atau ketika stabilitas yang terbukti pabrik diperlukan untuk layanan suhu tinggi jangka panjang.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Keduanya adalah superalloy berbasis nikel dan memiliki biaya bahan baku yang tinggi; 718H mungkin memerlukan premi yang moderat jika pabrik melakukan stabilisasi/pemrosesan tambahan atau jika memerlukan kontrol yang lebih ketat terhadap elemen jejak.
- Ketersediaan: Alloy 718 dalam spesifikasi standar tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk batang, tempa, pelat, dan pengisi las. Ketersediaan 718H lebih spesifik pabrik dan mungkin memiliki opsi sertifikasi terbatas atau waktu tunggu yang lebih lama tergantung pada perlakuan panas dan dokumentasi yang diperlukan.
- Bentuk produk penting: batang dan tempa biasanya tersedia; ukuran khusus atau kondisi perlakuan panas khusus (718H) mungkin memerlukan waktu tunggu yang lebih lama.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | 718 (standar) | 718H |
|---|---|---|
| Dapat Dilas | Baik dengan tindakan pencegahan standar; lebih mudah jika disuplai dalam kondisi larutan-annealed | Lebih ketat; keadaan pra-kekerasan dapat mempersulit pengelasan tanpa solusi/penuaan pasca-las |
| Seimbang Kekuatan–Kekerasan | Fleksibel: dapat disesuaikan dengan perlakuan panas untuk menyeimbangkan kekuatan dan kekerasan | Kekuatan saat diterima lebih tinggi; mungkin memiliki duktibilitas dan kekerasan yang lebih rendah dibandingkan dengan 718 lunak |
| Biaya | Dasar untuk Alloy 718 | Premi sedikit mungkin untuk produk pra-stabilized/aged |
Kesimpulan — panduan yang jelas: - Pilih 718 (standar UNS N07718) jika Anda memerlukan fleksibilitas: jika pembentukan, pemesinan, atau pengelasan yang signifikan akan dilakukan sebelum perlakuan panas akhir, atau jika Anda berencana untuk melakukan perlakuan larutan dan penuaan yang terkontrol di fasilitas Anda untuk mencapai sifat puncak. - Pilih 718H jika Anda memerlukan komponen yang tiba dalam keadaan kekuatan atau stabil yang lebih tinggi (mengurangi kebutuhan untuk perlakuan panas selanjutnya), jika stabilitas suhu tinggi jangka panjang dalam layanan diprioritaskan, atau jika batasan pengadaan memerlukan kondisi pengiriman yang siap pakai dan lebih kuat — tetapi rencanakan untuk mengurangi kemampuan bentuk dan prosedur pengelasan/pasca-las yang lebih ketat.
Catatan akhir: Karena “718H” dapat menjadi penunjukan spesifik pabrik atau pembeli, selalu tentukan kimia, sifat mekanis, perlakuan panas, dan persyaratan pasca-las yang diperlukan dalam dokumen pembelian. Minta laporan uji pabrik dan catatan perlakuan panas dan konfirmasi apakah material yang dikirim adalah larutan-annealed, sepenuhnya berusia, atau pra-stabilized sehingga kinerja fabrikasi dan layanan dapat diprediksi.