Inconel 718 vs Inconel X750 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Inconel 718 e Inconel X-750 são duas das ligas de níquel-cromo endurecidas por precipitação mais comumente especificadas em aplicações aeroespaciais, geração de energia e industriais de alta temperatura. Engenheiros e equipes de compras rotineiramente escolhem entre elas ao projetar componentes onde um equilíbrio entre resistência a altas temperaturas, capacidade de fabricação, resistência à corrosão e custo deve ser alcançado. Os contextos típicos de decisão incluem: selecionar um material para hardware de seção quente (onde a resistência a altas temperaturas sustentadas e a resistência ao fluência são importantes), escolher um material para molas ou fixadores (onde a resposta ao tratamento térmico e a vida útil à fadiga são críticas) ou escolher uma liga soldável para reparo e montagem.

A principal distinção técnica é como cada liga alcança e retém a resistência a temperaturas elevadas. Essa diferença governa a seleção para peças que se espera operar sob estresse sustentado a alta temperatura e impulsiona contrastes na química da liga, na prática de tratamento térmico e no comportamento em serviço. Como ambas são ligas de níquel endurecíveis por envelhecimento e compartilham resistência à corrosão semelhante, a comparação geralmente se restringe ao desempenho mecânico em alta temperatura, janelas de tratamento térmico e restrições de fabricação.

1. Normas e Designações

• Inconel 718: UNS N07718 (designação comum); amplamente especificado por documentos AMs/MS/AMS aeroespaciais e por especificações de produtos para barras, forjados, chapas e tiras. Aparece em muitas especificações de produtos ASTM/ASME para ligas à base de níquel usadas em peças de pressão e estruturais.
• Inconel X-750: UNS N07750 (designação comum); historicamente especificado por documentos AMS aeroespaciais e por especificações industriais para molas, fixadores e hardware de alta temperatura.
• Equivalência e normas regionais: Essas superligas à base de níquel são mais comumente especificadas por especificações de produtos UNS e AMS/ASTM em vez de equivalentes diretos EN, JIS ou GB um-para-um. Os usuários frequentemente mencionam números UNS/AMS em desenhos de engenharia e documentação de compras.
• Classificação: Ambas são ligas de níquel-cromo (ligas endurecíveis por envelhecimento e endurecidas por precipitação), não são aços inoxidáveis, aços para ferramentas, aços carbono ou materiais HSLA.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Como a química se relaciona com as propriedades: - Inconel 718 usa uma combinação de Nb (nióbio), Mo, Ti e Al para produzir uma forte resposta de precipitação $\gamma''$ (Ni3Nb) além de precipitados $\gamma'$. A fase $\gamma''$ proporciona resistência ao escoamento e à tração muito alta, particularmente em temperaturas elevadas intermediárias. - Inconel X-750 depende principalmente da precipitação de $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)) para endurecimento por envelhecimento; seus conteúdos de Nb e Mo são muito mais baixos, portanto, seu espectro de precipitação, estabilidade e retenção em alta temperatura diferem de 718. - O cromo fornece resistência à oxidação e corrosão para ambas as ligas; Ni é o elemento matriz que preserva a tenacidade e a estabilidade em alta temperatura.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura do Inconel 718 (típica): uma matriz de níquel cúbica de face centrada (FCC) com precipitados $\gamma''$ (Ni3Nb) finos e coerentes como a fase primária de endurecimento e $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)) como um co-precipitado. Carbonetos e fases menores podem se formar dependendo da história térmica e do controle da composição.
• Microestrutura do Inconel X-750 (típica): matriz de níquel FCC reforçada predominantemente por precipitados $\gamma'$ e carbonetos estáveis; a cinética de precipitação, morfologia das partículas e fração de volume diferem apreciavelmente de 718.

Comportamento do tratamento térmico: - Inconel 718: Tratamento de solução seguido por envelhecimento controlado produz os precipitados $\gamma''$. A liga é relativamente tolerante a uma gama de tratamentos térmicos de fabricação e é frequentemente fornecida em condições tratadas por solução e endurecidas por envelhecimento. O envelhecimento excessivo ou ciclos térmicos inadequados podem engrossar $\gamma''$ e reduzir a resistência. - Inconel X-750: Requer tratamento de solução preciso e ciclos de envelhecimento para obter a distribuição desejada de $\gamma'$. É sensível a fases embrittling (como precipitação nas fronteiras de grão) se resfriado ou envelhecido inadequadamente; algumas ligas são fornecidas em condições de trabalho a frio mais envelhecidas para aplicações de mola.

Efeitos de processamento: - O processamento termo-mecânico (forjados, trabalho a frio) refina o tamanho do grão e afeta a cinética de precipitação em ambas as ligas; o trabalho a frio antes do envelhecimento geralmente aumenta a resistência ao escoamento após o envelhecimento, mas pode reduzir a ductilidade. - A exposição a altas temperaturas prolongadas pode causar engrossamento de fase (reduzindo a resistência) e, em algumas condições, promover precipitados nas fronteiras de grão que reduzem a ductilidade e a vida útil à ruptura por estresse—isso é dependente da liga e da temperatura e é central para decisões de seleção.

4. Propriedades Mecânicas

Explicação: - Inconel 718 alcança maiores resistências ao escoamento e à tração do que X-750 em muitas condições envelhecidas comumente usadas porque os precipitados $\gamma''$ fornecem um impedimento muito eficaz ao movimento de discordâncias. Isso torna 718 a escolha preferida onde cargas sustentadas mais altas a altas temperaturas são antecipadas. - X-750 apresenta desempenho confiável como material para molas e fixadores e é escolhido para aplicações onde boa resistência à fadiga em alta temperatura e resistência ao relaxamento são necessárias, mas onde a resistência estática absoluta mais alta a altas temperaturas não é necessária.

5. Soldabilidade

Considerações de soldabilidade para ligas de níquel endurecidas por precipitação dependem da química base, da endurecibilidade e do tratamento térmico pós-solda necessário.

Índices de soldabilidade úteis: - Equivalente de carbono (IIW) para aços (apenas para referência): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula Pcm frequentemente usada para avaliar a suscetibilidade a trincas em aços: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação para essas ligas de níquel: - Essas fórmulas baseadas em aço não são diretamente aplicáveis quantitativamente a superligas à base de níquel, mas os fatores qualitativos ainda são importantes: níveis mais altos de elementos propensos à segregação (Nb, Ti) e a presença de carbonetos ou fases frágeis nas fronteiras de grão aumentam a suscetibilidade a trincas de solda e à perda de propriedades após a soldagem. - Inconel 718: Geralmente considerado soldável com metais de adição e procedimentos apropriados. A soldagem geralmente requer controle da entrada de calor, temperaturas de pré-aquecimento/interpassagem em alguns casos e um tratamento de solução e envelhecimento pós-solda definido para recuperar o endurecimento por precipitação. Como a fase primária de endurecimento de 718 ($\gamma''$) pode ser restaurada por processamento pós-solda, estruturas soldadas podem recuperar grande parte de suas propriedades mecânicas. - Inconel X-750: Mais desafiador para soldar em muitas aplicações. X-750 é mais sensível ao embrittlement da zona afetada pelo calor (HAZ) e a trincas por corrosão sob tensão em soldas resfriadas ou envelhecidas inadequadamente. Para componentes críticos, a soldagem geralmente requer controle cuidadoso do processo e tratamentos térmicos pós-solda; para algumas aplicações de mola, a soldagem é evitada ou feita apenas com procedimentos rigorosos.

Notas práticas: - Para ambas as ligas, montagens soldadas que verão temperaturas de serviço elevadas devem ser qualificadas por testes: testes de tração, fluência e ruptura por estresse após o ciclo térmico completo usado para serviço. - Onde a soldagem de reparo é inevitável, siga as diretrizes do fabricante ou OEM e use metais de adição correspondentes e tratamentos térmicos pós-solda recomendados para cada liga.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, Inconel 718 ou X-750, são aços inoxidáveis; são superligas à base de níquel com boa resistência geral à corrosão e oxidação devido aos altos níveis de níquel/cromo.
• Para índices de corrosão localizada, como PREN, a métrica é projetada para aços inoxidáveis e não é geralmente usada para superligas à base de níquel. Para referência: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3\times \text{Mo} + 16\times \text{N}$$ Este índice não é aplicável como uma ferramenta de projeto para Inconel 718/X-750 porque seu comportamento de corrosão é governado pela matriz geral de níquel, cromo, estabilizadores de liga e estrutura de precipitação, em vez de apenas contribuições de Cr/Mo/N usadas em aços inoxidáveis.
• Proteção de superfície: Onde necessário, ambas as ligas podem ser revestidas ou pintadas. Proteções industriais comuns (revestimentos cerâmicos, revestimentos de difusão de alumineto, revestimentos de barreira térmica ou revestimentos metálicos pulverizados) são aplicadas para proteção contra oxidação em alta temperatura em ambientes de energia ou aeroespaciais.
• Considerações sobre resistência à corrosão: 718 geralmente mostra excelente resistência a muitos ambientes corrosivos e à oxidação em temperaturas elevadas intermediárias. X-750 também resiste à oxidação e corrosão, mas o projetista deve considerar trincas por corrosão sob tensão em fendas, cloretos e fenômenos dependentes do serviço; a seleção do material deve ser validada por testes ambientais de serviço.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Usinagem: Ambas as ligas são mais difíceis de usinar do que aços comuns. Inconel 718 é bem conhecida por endurecimento por trabalho e por desgaste rápido de ferramentas se as alimentações, velocidades e ferramentas não forem otimizadas. X-750 também é difícil de usinar, especialmente em condições envelhecidas ou trabalhadas a frio. O uso de ferramentas de carboneto ou cerâmica, montagens rígidas e profundidade de corte conservadora é prática padrão.
• Formação: Ambas as ligas são formáveis em condições tratadas por solução, mas requerem forças maiores do que os aços. O trabalho a frio antes do envelhecimento pode aumentar a resistência, mas reduzir a ductilidade; assim, a formação é tipicamente feita na condição tratada por solução seguida por um ciclo de envelhecimento controlado.
• Acabamento: Retificação e polimento são comuns para dimensões finais e acabamento de superfície; fresamento químico ou métodos eletroquímicos podem ser usados para peças complexas.
• Sensibilidade ao tratamento térmico: Como as propriedades mecânicas finais dependem de ciclos térmicos precisos, sequências de fabricação que introduzem aquecimento local (soldagem, dobra com altas temperaturas localizadas) devem ser planejadas para que a peça possa receber os tratamentos de solução e envelhecimento necessários posteriormente.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha Inconel 718 para cargas estáticas mais altas em temperaturas elevadas, para peças onde o tratamento térmico pós-solda pode ser aplicado para restaurar o endurecimento e quando um desempenho melhorado em fluência e tração é necessário. - Escolha Inconel X-750 onde o comportamento da mola, resistência ao relaxamento sob estresse e desempenho comprovado à fadiga em aplicações de mola de alta temperatura são as principais preocupações, e onde a resistência estática máxima é menos crítica do que a resistência ao relaxamento e a estabilidade cíclica.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Inconel 718 é amplamente especificado e disponível em muitas formas de produto (barras, forjados, chapas, fios, pó) e geralmente é precificado a um prêmio em relação aos aços comuns. Comparado ao X-750, 718 pode ser semelhante ou um pouco mais caro em custo de material, dependendo dos preços de mercado para Nb e Mo, e do processamento (forjado/envelhecido vs trabalhado a frio/envelhecido).
• Disponibilidade: Ambas as ligas são comuns nos mercados aeroespaciais e de energia e estão disponíveis de uma ampla base de fornecimento. Inconel 718 é uma das superligas à base de níquel mais comumente estocadas, o que frequentemente melhora os prazos de entrega e a disponibilidade. X-750 está amplamente disponível, especialmente em formas voltadas para molas e fixadores.
• Formas de produto: 718 tende a ser mais amplamente disponível em grandes formas forjadas e formas estruturais; X-750 está prontamente disponível em fios, barras e formas de mola acabadas.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações finais: - Escolha Inconel 718 se você precisar da maior combinação de resistência à tração e ao escoamento retida em temperaturas intermediárias a elevadas, exigir melhor capacidade de carga estática ou precisar de uma liga que responda bem à restauração após a soldagem por envelhecimento pós-solda. - Escolha Inconel X-750 se o requisito principal for desempenho de mola em alta temperatura, resistência ao relaxamento sob estresse ou comportamento comprovado à fadiga em aplicações cíclicas onde o requisito de resistência estática máxima é menor e onde processos de trabalho a frio mais envelhecimento fazem parte da rota de fabricação.

Nota final: Ambas as ligas exigem especificação cuidadosa do tratamento térmico, condição da superfície e rota de fabricação para realizar as propriedades esperadas em serviço. Para componentes críticos, sempre consulte gráficos de tratamento térmico do OEM/moinho, valide procedimentos de solda e qualifique peças com testes representativos para o ambiente de temperatura/estresse pretendido.