인코넬 718 라운드 바 는 침전 강화 니켈-크롬 합금(UNS N07718)으로 최대 약 704°C(1300°F)의 극저온에서 뛰어난 인장 및 크리프 강도, 매우 우수한 내식성, 안정적인 용접성을 결합하여 항공우주 회전 부품, 패스너, 오일 및 가스 부품, 고온 산업용 하드웨어에 가장 널리 사용되는 초합금 바 소재 중 하나입니다. 718 원형 봉강은 용액 처리 또는 노화 조건에서 공급되고 AMS/산업 사양에 따라 가공될 경우 중요한 구조용 애플리케이션을 위한 강도, 인성 및 가공성 간의 비용 효율적인 균형을 제공합니다.
1. 인코넬 718이란?
인코넬 718 은 주로 γ′(Ni3(Al,Ti)) 및 γ″(Ni3Nb)로 지정된 금속 간 상 침전에 의해 강화된 니켈-철-크롬 베이스 합금입니다. 고온에서 산화 및 내식성과 함께 우수한 연성 및 파단 인성과 함께 높은 수율 및 인장 강도를 제공하기 위해 개발되었습니다. 이 합금은 여러 조건에서 비자성이며 생산자와 사양에 따라 작은 직경에서 최대 수 인치 드롭까지 다양한 크기의 원형 봉강으로 공급됩니다. 일반적인 바 공급 조건은 어닐링/용액 처리(연질) 또는 노화 경화(고강도)입니다.
2. 화학 성분 및 미세 구조
일반적인 화학 성분(공칭 범위, 중량 퍼센트)
아래 표에는 합금 718 제조 라운드에 일반적으로 참조되는 조성 창이 나와 있습니다. 개별 밀 데이터시트 또는 사양 시트(AMS/ASTM)에서 정확한 한계를 제공하므로 조달 또는 설계 시 이를 활용하세요.
| 요소 | 일반적인 범위(% 무게) |
|---|---|
| 니켈(Ni) | 균형(≈50-55) |
| 크롬(Cr) | 17.0 - 21.0 |
| 철(Fe) | 나머지 (≈18-21) |
| 니오븀(Nb, +Ta로 표현됨) | 4.75 - 5.50 |
| 몰리브덴(Mo) | 2.8 - 3.3 |
| 티타늄(Ti) | 0.65 - 1.15 |
| 알루미늄(Al) | 0.20 - 0.80 |
| 탄소(C) | ≤0.08 |
| 망간(Mn) | ≤0.35 |
| 실리콘(Si) | ≤0.35 |
| 유황(S) | ≤0.010 |
| 구리(Cu) | ≤0.30 |
참고: 일부 공급업체는 산소, 질소, 수소의 미량 제어가 고온 성능과 용접성에 중요하므로 Nb+Ta 결합 한도를 보고합니다. 열 로트별 정확한 구성은 제조업체 데이터 시트를 참조하세요.
미세 구조 단계와 그 기능
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매트릭스: Ni-Fe-Cr 용액으로 형성된 면 중심 입방체(FCC) γ 상입니다.
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침전물 강화:
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γ″(Ni3Nb) - 일관된 원반 모양의 침전물, 718의 수율 및 크리프 강도의 주요 기여자.
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γ′ (Ni3(Al,Ti)) - 전반적인 고온 강도 및 안정성에 기여합니다.
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탄화물 및 µ/δ 상: 가공에 따라 발생할 수 있으며, 세심한 열처리를 통해 δ 상을 제어하여 입자 구조를 안정화하고 취성을 방지합니다. 이러한 단계의 변화는 인성과 크리프 수명에 큰 영향을 미칩니다.
3. 기계적 및 물리적 특성
아래는 일반적인 공급 조건에서 인코넬 718 원형 봉강의 일반적인 기계적 특성입니다. 값은 봉강 직경, 열처리 및 사양에 따라 다릅니다.
일반적인 상온 기계적 특성(대표)
| 조건 | 인장 강도(Rm) | 항복 강도(0.2% YS) | 연신율(A%) | 경도(HRC) |
|---|---|---|---|---|
| 용액 처리, 어닐링(소프트) | ~1100~1400MPa(160~200ksi) | ~480~690MPa(70~100ksi) | 20-35% | 18-28 HRC |
| 숙성(강수량 경화, AMS 5663 유형) | 조건에 따라 ~1200-1950MPa(175-283ksi) | ~760-1550 MPa(110-225 ksi) | 10-20% | 35-44 HRC |
| 냉간 가공 + 숙성 | 더 높을 수 있습니다(애플리케이션에 따라 다름). | 연신율 감소로 수율 향상 | 낮은 연성 | 경도 증가 |
실제 물성 곡선은 에이징 주기, 입자 크기 및 냉간 가공에 따라 달라집니다. 패스너 또는 중요한 회전 부품을 지정할 때는 공장에 특정 기계 테스트 보고서를 요청하세요.
물리적 및 열적 특성
| 속성 | 일반적인 값 |
|---|---|
| 밀도 | ≈0.296lb/in³(8.19g/cm³) |
| 녹는 간격 | 1260~1350°C(2300~2460°F) |
| 열 전도성 | 강철에 비해 상대적으로 낮음(온도에 따라 다름) |
| 열팽창 계수 | 페라이트강보다 높으며 어셈블리의 차동 팽창을 위한 설계 |
설계자는 간섭 맞춤 또는 브레이징 조인트를 지정할 때 열팽창과 낮은 열전도율을 고려해야 합니다.
4. 열처리, 노화 주기 및 강화 메커니즘
718 라운드 바의 성능은 용액과 노화 열처리에 따라 크게 달라집니다. 2단계 침전 경화 시퀀스는 γ″ 및 γ′ 침전물을 생성하며, 시간과 온도를 제어하여 강도와 인성의 목표 균형을 맞출 수 있습니다.
철근에 사용되는 일반적인 열처리 주기
| 프로세스 단계 | 일반적인 매개변수(예시) | 목적 |
|---|---|---|
| 용액 처리(용액 어닐링) | 980-1100°C(1800-2010°F), 1시간/인치 구간, 공냉식 | 강화 단계 용해, 균질화, 노화 준비 |
| 첫 번째 에이징(기본) | 720-760°C(1325-1400°F)에서 8시간, 620-650°C로 공기 냉각 | γ″ 및 γ′의 강수 시작 |
| 두 번째 에이징(더블 에이징) | 620~650°C에서 8시간 동안 공냉 보관합니다. | 최종 특성을 위한 침전물의 거칠기/안정화 |
| 대체 AMS 주기 | 1065°C 용액, 공기 냉각 후 718°C에서 8시간, 620°C에서 8시간 추가 냉각 | 실내 온도 및 고온 속성을 최적화하는 데 사용되는 일반적인 항공 우주 일정 |
정확한 온도, 체류 시간 및 냉각 속도는 선택한 사양 또는 공장의 인증 절차를 따라야 합니다. 편차는 경도, 수율 및 크리프 수명을 변경합니다.
야금학 노트
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γ″는 718에서 지배적인 경화 단계이며, 특정 온도에서 과도하게 노화되거나 장기간 노출되면 γ″가 δ 또는 다른 단계로 변하여 연성과 인성이 감소할 수 있습니다.
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δ 위상 제어는 단조품에서 최종 숙성 전에 입자 크기를 제어하기 위해 의도적으로 사용됩니다.
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단조 및 대형 섹션 바의 경우 섹션 크기가 홀드 시간에 영향을 미치며, 두꺼운 바는 균일한 특성을 위해 더 긴 홀드가 필요합니다.
5. 표준, 사양 및 제품 양식
인코넬 718 원형 봉강을 조달할 때 정확한 사양을 인용하면 재료 추적성과 적절한 기계적/화학적 한계를 보장할 수 있습니다.
공통 사양 및 제품 표준
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UNS N07718 - 합금 718의 범용 명칭입니다.
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AMS 5662 - 용액 처리된 상태의 가공된 형태의 합금 718 및 항공우주용 특정 추가 제어에 대한 사양입니다.
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AMS 5663 - 에이징/침전 경화 바 및 로드 사양.
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ASTM B637 - 일부 공급 형태를 포함한 니켈 및 니켈-철 합금에 대한 표준(특정 제품 형태는 현재 ASTM 목록 확인).
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밀 제품 데이터 시트(예: 특수 금속, 목공 기술, ATI)에는 권장 냉간 가공, 가공 공차 및 보증 특성이 포함되어 있습니다.
일반적인 제품 양식
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냉간 압연 원형 바(작은 직경)
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열간 압연 또는 단조 바(직경이 큰 경우)
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가공용 어닐링/용액 처리된 바(절단 용이성)
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완성된 부품을 위한 사전 숙성된 바(가공 후 열처리 감소)
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엄격한 공차와 동심도를 위한 정밀 접지 바
구매 주문서에 합금, UNS/AMS/ASTM 번호, 봉강 직경 및 공차 등급, 공급 조건(용액 처리 또는 노화), 필요한 기계적 테스트 및 NDT, 중요 애플리케이션에서 요구하는 경우 용해 방법(VIM, VAR)을 명시합니다.
6. 원형 바의 제조, 생산 및 밀링 사례
바가 어떻게 생산되는지 이해하면 리드 타임, 비용 및 변동성이 발생하는 위치를 설명하는 데 도움이 됩니다.
일반적인 용융 및 정제 경로
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진공 유도 용해(VIM) 후 진공 아크 재용해(VAR) 또는 전기 슬래그 재용해(ESR)를 통해 중요한 항공우주 재고를 용해합니다. 이러한 공정은 청결도와 분리 제어를 개선합니다.
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상품 바를 위한 제어된 균질화를 통한 연속 주조.
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정밀 바의 공차 및 표면 마감을 위한 콜드 드로잉 및 직선화.
단조 및 압연
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제어된 온도에서 단조 또는 열간 가공하여 입자 구조를 개선하여 인성을 높일 수 있습니다. 열기계 가공의 제어는 최종 크리프 수명과 내피로성에 영향을 미칩니다.
재고 크기 및 공차
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많은 공장에서 특별 주문을 통해 작은 미터법 크기부터 최대 직경 12인치 이상의 718 원형 봉재를 보유하고 있습니다. 공차는 원시, 연마 또는 정밀 봉재가 필요한지 여부에 따라 다릅니다. 재고 차트는 다양하므로 공급업체 카탈로그에서 사용 가능한 직경과 리드 타임을 확인하세요.
7. 가공, 제작 및 용접 안내
인코넬 718은 어닐링/용액 상태에서는 가공이 용이하지만 노화 후 강도와 경도가 증가하면 가공이 더 어려워집니다. 적절한 툴링 및 공정 파라미터는 생산성과 부품 품질을 보장합니다.
가공 팁
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가능한 경우 용액 처리 후 기계 가공, 높은 물성이 필요한 경우 기계 가공 후 최종 노화.
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단단한 설정, 포지티브 레이크 카바이드 인서트, 무거운 이송 및 절삭 깊이로 중저속에서 중간 정도의 절삭 속도를 사용하여 공작물이 경화되지 않도록 하십시오.
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온도 조절을 위해 홍수 냉각수를 권장합니다.
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도구 마모를 허용하고 칩 브레이커를 사용하여 엉킴을 방지하세요.
용접
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718은 적절한 용가재와 절차를 통해 쉽게 용접할 수 있지만, 용접 시 열을 제어해야 하며 오염 물질이나 부적절한 사전/사후 열처리를 사용할 경우 균열이 발생할 수 있습니다.
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완전한 기계적 특성을 충족해야 하는 용접물의 경우 용접 후 용액 어닐링 및 에이징이 필요한 경우가 많습니다.
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다공성 및 간질성 픽업을 방지하려면 차폐 가스와 청결이 중요합니다.
8. 부식, 산화 및 고온 성능
합금 718은 다양한 환경에서 우수한 내식성을 보이며 고온에서도 크리프 및 인장 강도를 유지합니다.
부식 동작
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환경에 따라 단시간 노출 시 약 982°C, 장시간 사용 시 704°C까지 고온 산화에 대한 내성이 있습니다.
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다른 니켈 합금에 비해 응력 부식 균열에 대한 저항성이 우수하지만 설계 시 환경과 가해지는 응력을 고려해야 합니다.
크리프 및 파열
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γ" 침전물은 최대 약 700°C의 사용 온도에서 크리프 저항성을 제공하며, 스트레스 및 온도에 따른 수명 예측을 위해서는 공장의 크리프 차트를 참조해야 합니다. 중요한 장기 서비스의 경우 공급업체 또는 표준 기관에서 제공하는 검증된 크리프 파열 데이터를 사용해야 합니다.
9. 일반적인 애플리케이션, 선택 참고 사항 및 사례 관찰
인코넬 718 원형 바는 고강도 및 내식성이 요구되는 까다로운 구조 부품에 사용됩니다.
일반적인 애플리케이션
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항공우주용 패스너, 샤프트, 터빈 디스크 및 스페이서.
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석유 및 가스 다운홀 도구 및 밸브.
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고온 산업용 볼트 및 스프링.
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부식 방지와 기계적 강도가 요구되는 원자로 부품.
선택 체크리스트
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650°C 이상의 온도에서 높은 강도가 필요한 설계라면 다른 고온 초합금을 고려하세요. 718은 최대 약 704°C에 최적화되어 있습니다.
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가공성과 리드 타임이 중요한 경우, 용액 처리된 바를 선호하고 최종 가공 후 에이징을 수행합니다.
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극도의 청결도와 파손이 중요한 부품의 경우 VIM/VAR 용융 및 전체 인증을 지정하세요.
10. 검사, 테스트 및 품질 관리
안전이 중요한 부품이나 항공우주 부품의 경우 엄격한 검사 및 공장 인증이 필수적입니다.
권장 테스트 및 구매 관련 문서
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화학 분석 및 밀 열 보고서.
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기계적 테스트 보고서(인장, 항복률, 연신율).
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경도 판독.
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NDT(대구경 바의 내부 결함에 대한 초음파 또는 와전류 검사).
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필요한 경우 입자 크기 및 미세 구조 보고서를 제공합니다.
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AMS/ASTM 양식에 대한 인증 및 용융 관행에 대한 추적성(VIM/VAR).
11. 조달, 재고 및 비용 동인
718 라운드 바의 가격은 니켈 시장, 바 직경, 용융 경로, 재고 및 후처리에 따라 달라집니다.
비용 요인
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니켈 및 니오븀 함량: 원자재 비용.
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용융 경로: VAR/VIM으로 가격 인상.
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공급 조건: 사전 숙성/숙성 바는 추가 가공으로 인해 어닐링된 바보다 가격이 더 비쌉니다.
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공차 및 정밀도: 연마 또는 정밀 막대는 압연 스톡보다 비용이 더 많이 듭니다.
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인증 및 테스트: 항공우주 인증은 가격과 리드 타임을 증가시킵니다.
견적을 요청할 때 정확한 사양, 직경, 길이, 마감 및 테스트 요구 사항을 포함해야 정확한 가격을 받을 수 있습니다.
| 기능 | 인코넬 718 | 인코넬 625 | 인코넬 600 |
|---|---|---|---|
| 기본 강화 | 강수량(γ″/γ′) | 고체 솔루션 및 Nb/Mo 추가 | 고체 용액(Cr 함량) |
| 일반적인 사용 온도 | 최대 ≈704°C | 부식 응용 분야에서 ≈980°C까지 적합 | 적당한 온도 상승 |
| 고강도/크리프에 적합 | 예 | 아니요, 내식성은 높지만 강도는 낮습니다. | 718보다 낮은 강도 |
| 제작 가능성 | 초합금에 적합 | 매우 좋음 | Good |
718을 선택한 이유는 최대 내산화성보다는 높은 강도와 적절한 부식 성능에 대한 필요성 때문입니다.
13. 엔지니어가 사용하는 실용적인 테이블
표: 일반적인 바 공급 조건 및 엔지니어링 참고 사항
| 공급 조건 | 일반적인 HRC | 가공 용이성 | 사용 시기 |
|---|---|---|---|
| 용액 처리(소프트) | 20-28 HRC | Good | 기계 노후화 |
| 프리에이징(AMS 5663) | 35-44 HRC | 어려움 | 가공 후 열처리 없이 완성된 부품 |
| 냉간 가공 + 숙성 | >40 HRC | Poorer | 고수율 패스너 |
표: P.O.에 권장되는 조달 필드
| 필드 | 예 |
|---|---|
| 합금 지정 | 인코넬 718, UNS N07718 |
| 사양 | AMS 5662(솔루션), AMS 5663(에이징) |
| 녹는 경로 | 항공 우주에 필요한 VIM + VAR |
| 직경 및 허용 오차 | 1.000" ±0.005" 접지 |
| 조건 | 용액 처리, 미숙성 |
| 테스트 | 화학, 인장, 경도, UT |
14. 자주 묻는 질문(FAQ)
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AMS 5662와 AMS 5663 바의 차이점은 무엇인가요?
AMS 5662는 용액 처리된 상태의 합금 718에 적용되며, AMS 5663은 노화/침전 경화 상태로 공급되는 바에 적용됩니다. 숙성된 봉강은 강도와 경도가 더 높고 가공이 더 어렵습니다. -
노화 후 인코넬 718을 가공할 수 있습니까?
예, 하지만 더 어렵습니다. 완전한 기계적 특성을 얻기 위해 연성(용액) 상태에서 가공하고 최종 에이징을 수행하는 것이 좋습니다. -
연속 서비스에 안전한 온도 범위는 어느 정도인가요?
718은 환경에 따라 내산화성 데이터와 함께 최대 약 700°C(1300°F)의 크리프 강도에서 우수한 성능을 발휘하며, 장기 사용 시에는 밀 크리프 차트를 참조하세요. -
VAR 또는 VIM 용융 재료가 필요한가요?
중요한 항공우주 또는 원자력 부품의 경우, VAR 또는 VIM+VAR은 내포물 및 분리를 줄여주며 사양에 요구되는 경우가 많습니다. -
내식성 측면에서 718은 625와 비교했을 때 어떤 차이가 있나요?
625는 다양한 환경에서 일반적인 내식성 및 내공극성이 우수한 반면, 718은 훨씬 더 높은 기계적 강도를 제공합니다. 강도 또는 내식성 중 어느 것이 더 중요한 요구 사항인지에 따라 선택하세요. -
지배적인 강화 단계는 무엇인가요?
γ"(Ni3Nb) 침전물은 718의 수율과 크리프 강도의 주요 원인입니다. 숙성 기간이 지나면 γ″의 효과가 감소할 수 있습니다. -
718을 극저온에서 사용할 수 있나요?
예, 718은 적절히 열처리하면 극저온에서도 뛰어난 인성과 강도를 유지합니다. -
바닷물에 대한 특별한 부식 주의 사항이 있나요?
718은 많은 부식성 매질에 저항하지만 해수는 염화물 위험이 있으므로 염화물 응력 부식 균열 취약성을 평가하고 심한 해수 노출에 대한 대체 합금 또는 코팅을 고려하십시오. 설계 시 부식 데이터를 참조하세요. -
대형 철근에 어떤 비파괴 검사를 실행해야 하나요?
내부 결함을 감지하기 위해 초음파 검사 또는 와전류 검사가 일반적이며, 일부 사양에서는 단조품에 방사선 촬영을 요구하기도 합니다. 계약서에 NDT 수준을 명시하세요. -
718 바를 어떻게 보관하고 취급해야 하나요?
건조하고 뚜껑이 있는 곳에 보관하세요. 표면 오염과 기계적 손상을 방지하세요. 장기간 보관할 경우 습도를 조절하고 이종 금속과의 접촉을 피하세요.
15. 인코넬 718 원형 바를 사용한 설계 시 참고 사항
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장기 크리프 서비스에는 보수적인 스트레스 제한을 사용하고, 항상 공급업체의 크리프 파손 데이터를 참조하세요.
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718은 일부 강재보다 팽창률이 높으므로 볼트/플랜지 설계 시 열 증가를 고려해야 합니다.
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마감 및 공차를 명확하게 지정하면 가공 공차가 줄어들지만 비용이 증가합니다.
16. 마무리 기술 해설
인코넬 718 원형 바는 약 704°C의 온도 범위 내에서 균형 잡힌 고강도, 우수한 용접성 및 합리적인 내식성이 요구되는 엔지니어링 틈새 시장을 점유하고 있습니다. 공급 조건, 용융 경로 및 열처리를 적절히 선택하면 인성과 크리프 수명의 예측 가능한 조합을 보장할 수 있습니다. 미션 크리티컬 부품의 경우 완전한 추적성, VIM/VAR 용융 및 공장의 기계 및 미세 구조 인증이 필요합니다.
