Inconel 718 vs Inconel X750 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Inconel 718 dan Inconel X-750 adalah dua dari paduan nikel-kromium yang diperkuat presipitasi yang paling umum ditentukan dalam aplikasi dirgantara, pembangkit listrik, dan industri suhu tinggi. Insinyur dan tim pengadaan secara rutin memilih antara keduanya saat merancang komponen di mana keseimbangan antara kekuatan suhu tinggi, kemampuan manufaktur, ketahanan korosi, dan biaya harus dicapai. Konteks keputusan yang umum termasuk: memilih material untuk perangkat keras bagian panas (di mana kekuatan suhu tinggi yang berkelanjutan dan ketahanan creep penting), memilih material pegas atau pengikat (di mana respons perlakuan panas dan umur lelah sangat penting), atau memilih paduan yang dapat dilas untuk perbaikan dan perakitan.

Perbedaan teknis utama adalah bagaimana setiap paduan mencapai dan mempertahankan kekuatan pada suhu tinggi. Perbedaan itu mengatur pemilihan untuk bagian yang diharapkan beroperasi di bawah stres yang berkelanjutan pada suhu tinggi, dan mendorong perbedaan dalam kimia paduan, praktik perlakuan panas, dan perilaku saat digunakan. Karena keduanya adalah paduan nikel yang dapat mengeras dengan usia dan memiliki ketahanan korosi yang serupa, perbandingan sering kali menyempit pada kinerja mekanis suhu tinggi, jendela perlakuan panas, dan batasan fabrikasi.

1. Standar dan Penunjukan

• Inconel 718: UNS N07718 (penunjukan umum); banyak ditentukan oleh dokumen AMs/MS/AMS dirgantara dan oleh spesifikasi produk untuk batang, tempa, pelat, dan strip. Ini muncul dalam banyak spesifikasi produk ASTM/ASME untuk paduan berbasis nikel yang digunakan dalam bagian tekanan dan struktural.
• Inconel X-750: UNS N07750 (penunjukan umum); secara historis ditentukan oleh dokumen AMS dirgantara dan oleh spesifikasi industri untuk pegas, pengikat, dan perangkat keras suhu tinggi.
• Kesetaraan dan standar regional: Paduan super berbasis nikel ini paling umum ditentukan oleh spesifikasi produk UNS dan AMS/ASTM daripada kesetaraan langsung EN, JIS, atau GB satu-ke-satu. Pengguna sering menyebutkan nomor UNS/AMS pada gambar teknik dan dokumentasi pengadaan.
• Klasifikasi: Keduanya adalah paduan nikel-kromium (paduan yang dapat mengeras dengan usia dan diperkuat presipitasi), bukan baja tahan karat, baja alat, baja karbon, atau material HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Bagaimana kimia memetakan ke sifat: - Inconel 718 menggunakan kombinasi Nb (niobium), Mo, Ti dan Al untuk menghasilkan respons presipitasi yang kuat $\gamma''$ (Ni3Nb) ditambah presipitat $\gamma'$. Fase $\gamma''$ memberikan kekuatan hasil dan tarik yang sangat tinggi, terutama pada suhu tinggi yang sedang. - Inconel X-750 mengandalkan terutama pada presipitasi $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)) untuk penguatan usia; kandungan Nb dan Mo-nya jauh lebih rendah, sehingga spektrum presipitasi, stabilitas, dan retensi suhu tinggi berbeda dari 718. - Kromium memberikan ketahanan oksidasi dan korosi untuk kedua paduan; Ni adalah elemen matriks yang mempertahankan ketangguhan dan stabilitas suhu tinggi.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur Inconel 718 (tipikal): matriks nikel kubik terpusat wajah (FCC) dengan presipitat $\gamma''$ (Ni3Nb) yang halus dan koheren sebagai fase penguat utama dan $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)) sebagai co-presipitat. Karbida dan fase kecil dapat terbentuk tergantung pada sejarah termal dan kontrol komposisi.
• Mikrostruktur Inconel X-750 (tipikal): matriks nikel FCC yang diperkuat terutama oleh presipitat $\gamma'$ dan karbida yang stabil; kinetika presipitasi, morfologi partikel, dan fraksi volume berbeda secara signifikan dari 718.

Perilaku perlakuan panas: - Inconel 718: Perlakuan larutan diikuti oleh penuaan terkontrol menghasilkan presipitat $\gamma''$. Paduan ini relatif toleran terhadap berbagai perlakuan panas manufaktur dan sering disuplai dalam kondisi yang telah diperlakukan larutan dan diperkuat usia. Penuaan berlebihan atau siklus termal yang tidak tepat dapat memperbesar $\gamma''$ dan mengurangi kekuatan. - Inconel X-750: Memerlukan perlakuan larutan dan siklus penuaan yang tepat untuk mendapatkan distribusi $\gamma'$ yang diinginkan. Ini sensitif terhadap fase yang membuat rapuh (seperti presipitasi batas butir) jika didinginkan atau diperlakukan usia secara tidak tepat; beberapa kelas disuplai dalam kondisi kerja dingin ditambah penuaan untuk aplikasi pegas.

Efek pemrosesan: - Pemrosesan termo-mekanis (tempa, kerja dingin) memperhalus ukuran butir dan mempengaruhi kinetika presipitasi pada kedua paduan; kerja dingin sebelum penuaan biasanya meningkatkan kekuatan hasil setelah penuaan tetapi dapat mengurangi duktilitas. - Paparan pada suhu tinggi yang berkepanjangan dapat menyebabkan pembesaran fase (mengurangi kekuatan) dan dalam beberapa kondisi mendorong presipitat batas butir yang mengurangi duktilitas dan umur patah stres—ini tergantung pada paduan dan suhu dan merupakan hal yang penting dalam keputusan pemilihan.

4. Sifat Mekanis

Penjelasan: - Inconel 718 mencapai kekuatan hasil dan tarik yang lebih tinggi daripada X-750 dalam banyak kondisi penuaan yang umum digunakan karena presipitat $\gamma''$ memberikan hambatan yang sangat efektif terhadap gerakan dislokasi. Ini menjadikan 718 pilihan yang lebih disukai di mana beban yang lebih tinggi yang berkelanjutan pada suhu tinggi diantisipasi. - X-750 berkinerja andal sebagai material pegas dan pengikat dan dipilih untuk aplikasi di mana ketahanan lelah suhu tinggi dan relaksasi yang baik diperlukan, tetapi di mana kekuatan statis tertinggi pada suhu tinggi tidak diperlukan.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las untuk paduan nikel yang diperkuat presipitasi tergantung pada kimia dasar, kemampuan mengeras, dan perlakuan panas pasca-las yang diperlukan.

Indeks kemampuan las yang berguna: - Ekivalen karbon (IIW) untuk baja (hanya untuk referensi): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus Pcm yang sering digunakan untuk menilai kerentanan retak pada baja: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi untuk paduan nikel ini: - Rumus berbasis baja ini tidak dapat diterapkan secara kuantitatif langsung pada paduan super berbasis nikel, tetapi faktor kualitatif tetap penting: tingkat elemen yang rentan terhadap segregasi yang lebih tinggi (Nb, Ti) dan keberadaan karbida atau fase rapuh di batas butir meningkatkan kerentanan terhadap retak las dan kehilangan sifat setelah pengelasan. - Inconel 718: Umumnya dianggap dapat dilas dengan logam pengisi dan prosedur yang tepat. Pengelasan biasanya memerlukan kontrol input panas, suhu pra-panas/suhu antar dalam beberapa kasus, dan perlakuan larutan dan penuaan pasca-las yang terdefinisi untuk memulihkan penguatan presipitasi. Karena fase penguatan utama 718 ($\gamma''$) dapat dipulihkan melalui pemrosesan pasca-las, struktur yang dilas dapat mendapatkan kembali banyak sifat mekaniknya. - Inconel X-750: Lebih menantang untuk dilas dalam banyak aplikasi. X-750 lebih sensitif terhadap kerapuhan zona terpengaruh panas (HAZ) dan retak korosi-stres pada las yang didinginkan atau diperlakukan usia secara tidak tepat. Untuk komponen kritis, pengelasan sering memerlukan kontrol proses yang hati-hati dan perlakuan panas pasca-las; untuk beberapa aplikasi pegas, pengelasan dihindari atau dilakukan hanya dengan prosedur yang ketat.

Catatan praktis: - Untuk kedua paduan, rakitan yang dilas yang akan melihat suhu layanan yang tinggi harus memenuhi syarat melalui pengujian: pengujian tarik, creep, dan patah stres setelah siklus termal penuh yang digunakan untuk layanan. - Di mana pengelasan perbaikan tidak dapat dihindari, ikuti pedoman pabrik atau OEM dan gunakan logam pengisi yang cocok serta perlakuan panas pasca-las yang direkomendasikan untuk setiap paduan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik Inconel 718 maupun X-750 bukanlah baja tahan karat; mereka adalah paduan super berbasis nikel dengan ketahanan korosi dan oksidasi umum yang baik karena tingkat nikel/kromium yang tinggi.
• Untuk indeks korosi lokal seperti PREN, metrik ini dirancang untuk baja tahan karat dan umumnya tidak digunakan untuk paduan super berbasis nikel. Sebagai referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3\times \text{Mo} + 16\times \text{N}$$ Indeks ini tidak dapat diterapkan sebagai alat desain untuk Inconel 718/X-750 karena perilaku korosinya diatur oleh matriks nikel secara keseluruhan, kromium, penstabil paduan, dan struktur presipitasi daripada hanya kontribusi Cr/Mo/N yang digunakan dalam baja tahan karat.
• Perlindungan permukaan: Di mana diperlukan, kedua paduan dapat dilapisi atau dicat. Perlindungan industri umum (pelapisan keramik, pelapisan difusi aluminida, pelapisan penghalang termal, atau pelapisan logam semprot) diterapkan untuk perlindungan oksidasi suhu tinggi dalam lingkungan pembangkit atau dirgantara.
• Pertimbangan ketahanan korosi: 718 umumnya menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap banyak lingkungan korosif dan terhadap oksidasi pada suhu tinggi yang sedang. X-750 juga tahan terhadap oksidasi dan korosi tetapi perancang harus mempertimbangkan retak korosi-stres celah, klorida, dan fenomena yang bergantung pada layanan; pemilihan material harus divalidasi melalui pengujian lingkungan layanan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pemesinan: Kedua paduan lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja umum. Inconel 718 terkenal karena pengerasan kerja dan keausan alat yang cepat jika umpan, kecepatan, dan alat tidak dioptimalkan. X-750 juga sulit untuk diproses, terutama dalam kondisi yang telah diperlakukan usia atau kerja dingin. Penggunaan alat karbida atau keramik, pengaturan kaku, dan kedalaman potong yang konservatif adalah praktik standar.
• Pembentukan: Kedua paduan dapat dibentuk dalam kondisi yang telah diperlakukan larutan tetapi memerlukan gaya yang lebih tinggi dibandingkan baja. Kerja dingin sebelum penuaan dapat meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi duktilitas; sehingga pembentukan biasanya dilakukan dalam kondisi yang telah diperlakukan larutan diikuti dengan siklus penuaan yang terkontrol.
• Penyelesaian: Penggilingan dan pemolesan umum untuk dimensi akhir dan penyelesaian permukaan; penggilingan kimia atau metode elektrokimia dapat digunakan untuk bagian yang kompleks.
• Sensitivitas perlakuan panas: Karena sifat mekanis akhir tergantung pada siklus termal yang tepat, urutan fabrikasi yang memperkenalkan pemanasan lokal (pengelasan, pembengkokan dengan suhu lokal yang tinggi) harus direncanakan sehingga bagian dapat menerima perlakuan larutan dan penuaan yang diperlukan setelahnya.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih Inconel 718 untuk beban statis yang lebih tinggi pada suhu tinggi, untuk bagian di mana perlakuan panas pasca-las dapat diterapkan untuk memulihkan penguatan, dan ketika kinerja creep dan tarik yang lebih baik diperlukan. - Pilih Inconel X-750 di mana perilaku pegas, ketahanan relaksasi stres, dan kinerja lelah yang terbukti dalam aplikasi pegas suhu tinggi adalah perhatian utama, dan di mana kekuatan statis maksimum kurang kritis dibandingkan dengan relaksasi dan stabilitas siklik.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Inconel 718 banyak ditentukan dan tersedia dalam banyak bentuk produk (batang, tempa, pelat, kawat, bubuk) dan biasanya dihargai lebih tinggi dibandingkan baja komoditas. Dibandingkan dengan X-750, 718 dapat memiliki biaya material yang serupa atau sedikit lebih tinggi tergantung pada harga pasar untuk Nb dan Mo, serta pada pemrosesan (tempa/penuaan vs kerja dingin/penuaan).
• Ketersediaan: Kedua paduan umum di pasar dirgantara dan pembangkit listrik dan tersedia dari basis pasokan yang luas. Inconel 718 adalah salah satu paduan super berbasis nikel yang paling umum disimpan, yang sering meningkatkan waktu pengiriman dan ketersediaan. X-750 tersedia secara luas, terutama dalam bentuk yang ditujukan untuk pegas dan pengikat.
• Bentuk produk: 718 cenderung lebih banyak tersedia dalam bentuk besar yang ditempa dan bentuk struktural; X-750 tersedia dengan mudah dalam bentuk kawat, batang, dan pegas jadi.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi penutup: - Pilih Inconel 718 jika Anda memerlukan kombinasi tertinggi dari kekuatan tarik dan hasil yang dipertahankan pada suhu sedang hingga tinggi, memerlukan kemampuan beban statis yang lebih baik, atau membutuhkan paduan yang merespons dengan baik terhadap pemulihan setelah pengelasan melalui penuaan pasca-las. - Pilih Inconel X-750 jika persyaratan utama adalah kinerja pegas suhu tinggi, ketahanan relaksasi stres, atau perilaku lelah yang terbukti dalam aplikasi siklik di mana persyaratan kekuatan statis maksimum lebih rendah dan di mana proses kerja dingin ditambah penuaan adalah bagian dari rute manufaktur.

Catatan akhir: Kedua paduan memerlukan spesifikasi yang cermat tentang perlakuan panas, kondisi permukaan, dan rute fabrikasi untuk mewujudkan sifat yang diharapkan dalam layanan. Untuk komponen kritis, selalu rujuk pada grafik perlakuan panas OEM/pabrik, validasi prosedur las, dan kualifikasi bagian dengan pengujian representatif untuk lingkungan suhu/stres yang dimaksudkan.