Qual è la differenza tra Inconel 625 e Inconel 713?

Inconel 625 e Inconel 713 (comunemente specificato come 713C o 713LC per le forme fuse) sono entrambe superleghe a base di nichel costruite per ambienti a temperature elevate e corrosivi, ma hanno ruoli diversi. L'Inconel 625 è una lega duttile, rinforzata in soluzione, di nichel-cromo-molibdeno-niobio, progettata per garantire un'eccezionale resistenza alla corrosione e una buona forza da temperature criogeniche fino a circa 980°C, il che la rende una scelta preferenziale per i processi chimici, la marina e molti componenti aerospaziali. L'Inconel 713C è una superlega fusa al nichel-cromo, indurente per precipitazione, progettata innanzitutto per l'integrità strutturale a temperature elevate, che offre una resistenza alle alte temperature e al creep molto più elevata rispetto a molte leghe rinforzate in soluzione; ciò rende la 713C tipica per i componenti del percorso dei gas caldi e per le fusioni dei motori aeronautici. In breve, scegliete il 625 quando la resistenza alla corrosione, la fabbricabilità e la saldabilità sono le priorità principali; scegliete il 713C quando la resistenza alle alte temperature dei pezzi fusi e la stabilità strutturale dominano i requisiti.

Famiglia di leghe e contesto storico

Entrambe le leghe appartengono alla famiglia delle superleghe a base di nichel. Il nichel offre un eccellente equilibrio tra tenacità e resistenza all'ossidazione a temperature elevate. I produttori hanno sviluppato la 625 per risolvere i problemi di corrosione e saldabilità riscontrati negli ambienti chimici e marini. La 713C si è evoluta da leghe fuse di nichel-cromo prodotte per turbine a gas e bruciatori industriali, in cui era essenziale un'elevata resistenza allo scorrimento a temperature prossime ai 1000°C. Le due leghe sono quindi nate da problemi ingegneristici diversi: la durata della corrosione per il 625 e le prestazioni strutturali a temperature elevate per il 713C.

Inconel 625 VS Inconel 713

Questa tabella riassume le differenze pratiche che gli ingegneri utilizzano nella scelta di una lega.

Differenze di composizione chimica e loro significato

Gli ingredienti chimici determinano quasi tutte le differenze funzionali tra queste leghe. Di seguito è riportato un confronto compatto delle gamme di composizione tipiche.

Tabella: Composizioni nominali tipiche (wt%)

Punti di forza

• Il contenuto di cromo è notevolmente più elevato nel 625. Ciò favorisce una forte resistenza all'ossidazione e alla corrosione.

• I livelli di molibdeno e niobio nel 625 sono più elevati e, combinati, producono un forte rafforzamento in soluzione solida, oltre alla resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale.

• Il 713C presenta elevati livelli di alluminio e titanio che formano fasi di precipitazione che, se opportunamente trattate termicamente, offrono una resistenza superiore allo scorrimento e alle alte temperature.

• Le aggiunte di carbonio e boro nel 713C favoriscono la resistenza dei carburi e dei bordi dei grani che conferiscono ai componenti fusi stabilità strutturale alla temperatura.

Microstruttura, meccanismi di tempra e trattamento termico

Per capire perché le leghe si comportano in modo diverso, è necessario un breve approfondimento metallurgico.

Inconel 625 - meccanismo

• La resistenza deriva principalmente dal rafforzamento in soluzione solida. Il niobio e il molibdeno si dissolvono nella matrice di nichel, aumentando la resistenza del reticolo alla deformazione. In questo modo si ottiene una combinazione di buona duttilità e resistenza a temperature elevate senza complessi trattamenti di invecchiamento.

• La microstruttura del 625 battuto rimane in gran parte una matrice cubica di nichel a facce centrate con elementi refrattari uniformemente distribuiti. Alcune fasi secondarie possono formarsi in caso di storie termiche estreme, ma la lavorazione standard mantiene la matrice stabile.

Inconel 713C - meccanismo

• Il 713C è progettato per la tempra per precipitazione. L'elevato contenuto di alluminio e titanio produce precipitati gamma prime (Ni3(Al,Ti)) e altri precipitati rinforzanti. Anche i carburi e i boruri ai confini dei grani contribuiscono alla resistenza allo scorrimento e alla rottura.

• Il trattamento termico del 713C fuso prevede tipicamente un trattamento in soluzione seguito da invecchiamento per sviluppare la distribuzione ottimale dei precipitati per i carichi strutturali ad alta temperatura. Questo trattamento termico è più complesso e più critico per le proprietà finali rispetto al 625.

Implicazioni pratiche

• Il 625 offre una tenacità affidabile e un trattamento termico più semplice, che aiuta nelle lavorazioni saldate.

• Il 713C offre una capacità di carico sostenuto molto più elevata a temperature elevate quando viene colato e invecchiato correttamente, ma la microstruttura è sensibile alla qualità della colata e ai cicli termici.

Proprietà meccaniche a temperatura ambiente e a temperature elevate

Di seguito sono riportati i valori rappresentativi. Per la progettazione utilizzare i dati certificati dei fornitori e le specifiche di acquisto dei materiali.

Tabella: Proprietà meccaniche rappresentative (intervalli tipici)

Nota: i numeri esatti variano in base alla forma del prodotto, alla lavorazione del fornitore e alla certificazione. Richiedere sempre i certificati di fresatura per le parti critiche. La scheda tecnica dei metalli speciali e i cataloghi dei produttori rimangono l'autorità di progettazione per i valori numerici.

Resistenza alla corrosione e all'ossidazione

Il comportamento della corrosione spesso impone la scelta della lega in ambienti aggressivi.

• Inconel 625: Presenta un'eccezionale resistenza alla vaiolatura da cloruri, alla corrosione interstiziale e alle cricche da tensocorrosione. L'elevato contenuto di molibdeno e cromo garantisce la resistenza agli acidi ossidanti e riducenti e alle acque cariche di cloruro, motivo per cui è molto utilizzato nei processi chimici, nelle applicazioni in acqua di mare e in molti ambienti petroliferi e del gas. Per la compatibilità con i solfuri e i servizi acidi, verificare le qualifiche NACE/ISO.

• Inconel 713C: La resistenza all'ossidazione è buona grazie alla base di nichel-cromo, ma la resistenza complessiva alla corrosione in ambienti acquosi o con alogenuri è generalmente meno robusta rispetto al 625, a causa della minore quantità di cromo e molibdeno. Il 713C è ottimizzato per la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e alla fatica termica piuttosto che alla corrosione acquosa.

Tabella: Confronto pratico della corrosione (qualitativo)

Comportamento di fabbricazione, saldatura e fusione

Queste leghe richiedono percorsi produttivi e pratiche di officina diversi.

• Forme e fabbricazione

  • Il 625 è comunemente disponibile in forme forgiate: lamiere, piastre, barre, tubi, fucinati e fili. Le officine di fabbricazione saldano, formano e lavorano il 625 secondo pratiche consolidate. Le procedure di saldatura sono tolleranti e la lega non necessita di un trattamento termico post-saldatura per il ripristino della resistenza.

  • La 713C è una lega fusa comunemente prodotta tramite colata a iniezione o colata in sabbia di precisione. I componenti fusi richiedono un controllo accurato della solidificazione, del trattamento termico e dell'ispezione successiva alla fusione per evitare porosità e segregazione. La lavorazione delle superleghe fuse e la finitura delle caratteristiche dei componenti fusi possono essere impegnative.

• Saldatura

  • 625: buona saldabilità con tecniche comuni e metalli d'apporto adeguati. Suscettibilità minima alle cricche.

  • 713C: la saldatura è spesso evitata per le riparazioni strutturali a causa della sensibilità della microstruttura fusa. Quando la saldatura è necessaria per le riparazioni, sono indispensabili procedure specialistiche e saldatori qualificati.

• Lavorazione meccanica

  • Entrambe le leghe si induriscono in lavorazione e causano l'usura degli utensili. La lavorazione di fusioni 713C può essere più dura a causa di precipitati e reti di carburo.

Forme tipiche, applicazioni e casi d'uso del settore

Inconel 625 usi comuni

• Scambiatori di calore e tubazioni negli impianti chimici

• Valvole per acqua di mare, flange e componenti per l'ingegneria navale

• Involucri di motori a razzo e applicazioni criogeniche in cui sono richieste resistenza alla corrosione e tenacità

• Componenti di impianti nucleari e apparecchiature per il controllo dell'inquinamento

• Sistemi di movimentazione del petrolio e del gas che devono affrontare la corrosione da cloruro e l'esposizione all'H2S.

Inconel 713C usi comuni

• Dischi di turbina fusi per motori aeronautici, parti di combustore e statore, camicie e altro hardware per sezioni calde

• Componenti fusi di turbine a gas industriali, parti di bruciatori e attrezzature che richiedono un'elevata resistenza allo scorrimento e alla fatica termica

• Qualsiasi applicazione in cui sia necessario un pezzo strutturale fuso di precisione ad alta temperatura e la saldatura/fabbricazione sia minima.

Norme, specifiche e note di approvvigionamento

Gli ingegneri fanno riferimento alle specifiche e agli standard dei materiali durante l'approvvigionamento. I riferimenti tipici sono:

• Inconel 625: ASTM B443 per tubi e tubazioni senza saldatura e saldati; specifiche di prodotto AMS per lamiere/nastri/piastre; designazione UNS N06625 utilizzata a livello globale. I bollettini tecnici del produttore forniscono i limiti del prodotto e i dati meccanici.

• Inconel 713C: Spesso specificata con la designazione della lega "713C" (o 713LC in alcune varianti di fonderia) con i rapporti di prova della fonderia e la documentazione del trattamento termico della colata. I progettisti devono richiedere test di accettazione della colata, tra cui prove di trazione, rottura per scorrimento, granulometria, durezza e ispezioni non distruttive.

Quando si ordinano componenti critici, includere il trattamento termico, la granulometria, i requisiti NDT e i criteri di accettazione nei documenti d'ordine. Per servizi acidi o petroliferi, includere le certificazioni NACE/ISO, se necessario.

Matrice decisionale di selezione e raccomandazioni ingegneristiche

In genere gli ingegneri valutano diversi fattori. Di seguito è riportato un flusso decisionale condensato.

Quando specificare l'Inconel 625

• Esposizione a liquidi contenenti cloruro o agenti di vaiolatura

• Necessità di assemblaggi saldati o di lavorazioni estese

• Requisiti di tenacità e resistenza alla corrosione in un'ampia finestra di temperatura

• Situazioni in cui sono richieste proprietà meccaniche prevedibili e tracciabilità della certificazione.

Quando specificare l'Inconel 713C

• L'impiego prevede carichi meccanici sostenuti a temperature elevate, dove la resistenza allo scorrimento è importante

• La geometria dei pezzi si adatta alla fusione e alla saldatura, che saranno minime.

• Quando la fatica termica o i requisiti meccanici ciclici ad alta temperatura regolano la previsione della durata di vita

Esempio di lista di controllo per la selezione

• Presenza di sostanze corrosive? Preferire 625.

• Necessità di una geometria complessa e massima resistenza allo scorrimento? Preferire il 713C.

• È probabile che la riparazione della saldatura avvenga in servizio? Preferire 625.

• La fatica termica ciclica nel flusso di gas caldo è un rischio importante? Preferire il 713C dove la microstruttura della fusione è ottimizzata.

Considerazioni su costi, disponibilità e catena di approvvigionamento

• Costo del materiale fluttua con i prezzi delle materie prime di nichel, molibdeno e niobio. Le barre e le lamiere 625 battute sono ampiamente disponibili presso diversi fornitori globali. I tempi di consegna per i forgiati personalizzati possono essere più lunghi.

• 713C Le fusioni sono più specializzate. I tempi di realizzazione riflettono i programmi della fonderia, la realizzazione dei modelli e i trattamenti termici successivi alla fusione. I costi aumentano con la complessità della fusione e le ispezioni necessarie.

• Per gli acquisti di grandi dimensioni, richiedere la disponibilità attuale del mulino, le registrazioni del trattamento termico e la tracciabilità del fornitore per evitare ritardi nella consegna.

Consigli pratici per la lavorazione, l'ispezione e l'assistenza

• Utilizzare utensili in metallo duro e basse velocità di taglio per ridurre l'incrudimento. Le strategie di raffreddamento che controllano i gradienti termici favoriscono la durata degli utensili.

• Per i pezzi fusi in 713C, verificare la presenza di porosità interna mediante radiografia o test a ultrasuoni. La porosità può essere limitante per il servizio.

• Prestare attenzione alle registrazioni dei trattamenti termici; un invecchiamento improprio del 713C degrada la durata del creep, mentre cicli termici impropri nel 625 possono favorire precipitati indesiderati.

• In caso di servizio in condizioni acide o sottomarine, richiedere le dichiarazioni di conformità NACE MR0175 / ISO 15156, se necessario.

Esempi di casi e considerazioni sui modi di guasto

• Caso: Corpo valvola marino - un cliente è passato dal 316L all'Inconel 625 quando la vaiolatura in presenza di cloruri ne riduceva la durata. I componenti in 625 hanno ottenuto un tempo medio tra i guasti più lungo e hanno consentito riparazioni con saldatura.

• Caso: Statore di turbina - una fonderia ha fornito getti in 713C per le palette del percorso del gas caldo; lo stretto controllo della porosità e i cicli di invecchiamento hanno prolungato la vita del componente per scorrimento.

• Modalità di guasto - I guasti del 625 sono tipicamente legati a sovraccarichi meccanici o a corrosione estrema e localizzata in caso di mancanza di rivestimenti/ispezioni. I guasti del 713C sono spesso riconducibili a difetti di fusione, trattamento termico improprio o fatica ad alto ciclo in filetti mal progettati.

Domande frequenti

1. L'Inconel 625 può sostituire il 713C nelle applicazioni per turbine?
   No; il 625 non ha la microstruttura di indurimento per precipitazione per eguagliare la resistenza allo scorrimento a lungo termine del 713C in percorsi di gas caldi. Prima di sostituirlo, effettuare una valutazione ingegneristica approfondita.

2. Il 713C è saldabile?
   La saldatura della ghisa 713C per la riparazione strutturale è difficile e normalmente viene evitata. Gli specialisti devono seguire procedure qualificate quando la saldatura è obbligatoria.

3. Quale lega ha una migliore resistenza alle cricche da tensocorrosione indotte da cloruri?
   L'Inconel 625 mostra una resistenza superiore al pitting da cloruro e alle cricche da tensocorrosione grazie al maggiore contenuto di cromo, molibdeno e niobio.

4. Entrambe le leghe sono a base di nichel?
   Sì, entrambe sono superleghe a base di nichel, ma l'enfasi progettuale e gli elementi di lega secondaria differiscono notevolmente.

5. Il 625 può essere indurito per precipitazione?
   La 625 è principalmente una lega rinforzata in soluzione. Alcuni trattamenti termici specializzati creano fasi secondarie limitate, ma non è progettata per il classico rafforzamento per precipitazione gamma prime.

6. Quale lega è più facile da reperire in lastre e fogli?
   L'Inconel 625 è ampiamente disponibile in lastre e fogli battuti; il 713C è tipicamente prodotto solo dalle aziende di fusione.

7. Come si specificano le prove per i getti 713C?
   Richiedere rapporti di trazione, rottura per scorrimento, durezza, metallografia e NDT per ogni calore. Chiedere alla fonderia di fornire i registri dei cicli di trattamento termico.

8. Una delle due leghe è magnetica?
   Entrambe le leghe sono essenzialmente non magnetiche in condizioni tipiche a causa delle caratteristiche della matrice di nichel. Una leggera risposta magnetica può comparire dopo una specifica lavorazione a freddo.

9. Quale dei due ha una maggiore capacità di resistenza alla temperatura di esercizio?
   Entrambi si comportano bene a temperature elevate, ma il 713C è adatto a carichi strutturali ad alte temperature quando viene fuso e invecchiato correttamente. Il 625 si comporta bene per quanto riguarda la corrosione e la resistenza moderata alle alte temperature.

10. Quali certificazioni devo richiedere quando acquisto una delle due leghe?
    Richiedete i certificati di prova della cartiera con la composizione chimica, la resistenza e il trattamento termico per entrambe le leghe. Per il 625 verificare le designazioni ASTM/AMS/ASME. Per il 713C richiedere i rapporti di prova della fonderia e i dettagli dei cicli di invecchiamento.

Lista di controllo ingegneristico finale prima delle specifiche

• Confermare l'ambiente operativo: liquidi corrosivi o gas caldi carico strutturale?

• Scegliere la forma del prodotto: 625 battuto o 713C fuso, a seconda della geometria e delle esigenze di fabbricazione.

• Chiedete ai fornitori i certificati di fresatura/fonderia, i cicli di trattamento termico e i rapporti NDT.

• Se il servizio include cloruri, preferire il 625. Se prevale il carico prolungato ad alta temperatura, preferire il 713C con invecchiamento specifico.

• Quando si sceglie il 713C, è necessario prevedere tempi di consegna dei pezzi fusi e ispezioni rigorose.