Inconel 718-Schrauben Inconel 718 ist keine gewöhnliche Befestigungstechnik. Sie wird oft als „König der Superlegierungen“ bezeichnet. Diese Schrauben sind sehr teuer, weil sie Eigenschaften besitzen, die mit normalem Stahl nicht zu erreichen sind. Es handelt sich um Spezialbefestigungen für extrem heiße oder raue Umgebungen. Was macht sie so leistungsstark? Das Geheimnis liegt in ihrem Material und ihrer Herstellung. Wir erklären Ihnen, was Inconel 718 ist, warum es so fest ist und in welchen Branchen es in den anspruchsvollsten Bereichen der Welt eingesetzt wird.
1. Warum zeichnen sich Inconel 718-Schrauben aus?
Inconel 718 ist eine spezielle Superlegierung auf Nickelbasis. Sie ist vor allem dafür bekannt, dass sie ihre Festigkeit und Form auch bei extrem hohen Temperaturen beibehält. Normaler Stahl wird bei hohen Temperaturen weich und schwach. Inconel 718 hingegen nicht. Es hält Temperaturen bis zu 700 °C stand und bleibt dabei fest. Zudem ist es sehr korrosionsbeständig. Der entscheidende Vorteil liegt in der Härte, die durch ein spezielles Wärmebehandlungsverfahren, die sogenannte Doppelaushärtung, erzielt wird. Dieses Verfahren macht das Metall extrem hart und fest.
2. Chemische Zusammensetzung von Inconel 718 (Was steckt in der Legierung?)
Die Festigkeit von Inconel 718 beruht auf seiner exakten Metallmischung. Hauptbestandteil ist Nickel. Weitere wichtige Elemente verleihen ihm besondere Eigenschaften.
| Element | Ungefährer Prozentsatz (nach Gewicht) | Funktion / Besondere Leistung |
| Nickel (Ni) | 50.0% – 55.0% | Das Hauptmetall. Sorgt für Festigkeit bei hohen Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit. |
| Chrom (Cr) | 17.0% – 21.0% | Bietet ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxidation (Rosten) und Korrosion. |
| Eisen (Fe) | Hautgleichgewicht | Ein Basismetall, das die Herstellung und die Kosten erleichtert. |
| Niob (Nb) / Columbium (Cb) | 4.75% – 5.50% | Das wichtigste Element. Es bildet die Hauptverstärkungsphasen ($\gamma”$). |
| Molybdän (Mo) | 2.80% – 3.30% | Erhöht die Festigkeit und verbessert die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion. |
| Titan (Ti) | 0.65% – 1.15% | Unterstützt Niob beim Härtungsprozess. |
| Aluminium (Al) | 0.20% – 0.80% | Unterstützt Niob und Titan beim Härtungsprozess. |
Die spezielle Kombination aus Niob, Titan und Aluminium ist der Schlüssel. Sie wirken während der Wärmebehandlung zusammen und bilden winzige, feste Partikel im gesamten Metall. Diese Partikel verleihen den Bolzen ihre enorme Festigkeit.
3. Ausscheidungshärtung – Der Hauptgrund für seine extreme Festigkeit
Die Ausscheidungshärtung ist der wichtigste Schritt bei Inconel 718. Es handelt sich um ein Wärmebehandlungsverfahren. Durch dieses Verfahren wird die Legierung deutlich fester als von Natur aus. Beim Erhitzen und anschließenden langsamen Abkühlen des Metalls bilden sich neue, sehr kleine Metallstrukturen. Diese Strukturen werden als Ausscheidungen bezeichnet. Bei Inconel 718 ist die wichtigste härtende Ausscheidung die Gamma-Doppelprime-Phase (γ-Double-Prime).) Phase. Diese Phase besteht aus Nickel, Niob und Eisen ().Diese Die Partikel wirken wie winzige Hindernisse im Inneren der Metallstruktur. Sie verhindern, dass die inneren Kristallschichten des Metalls aneinander vorbeigleiten. Dieses Gleiten ist die Ursache dafür, dass sich das Metall unter Belastung verbiegt oder bricht. Durch die Blockierung von Partikeln wird das Material deutlich härter und fester. Deshalb kann eine Schraube aus Inconel 718 enormen Kräften standhalten.
4. Hohe Temperaturbeständigkeit
Inconel 718 ist für den Einsatz in Umgebungen mit dauerhaft hohen Temperaturen konzipiert. Dabei geht es nicht nur um Festigkeit, sondern auch um Beständigkeit gegen Kriechen und Oxidation.
Kriechwiderstand: Kriechen bezeichnet die langsame Formveränderung eines Werkstoffs unter konstanter Spannung bei hohen Temperaturen. Man kann es sich wie eine sehr langsame Dehnung vorstellen. Inconel 718 zeichnet sich durch eine hervorragende Kriechbeständigkeit aus. Es behält seine Form und Größe über lange Zeiträume bei Temperaturen bis zu 700 °C bei. Dies ist entscheidend für Bauteile, die sich sehr schnell drehen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln.
Oxidationsbeständigkeit: Hohe Temperaturen führen üblicherweise dazu, dass Metalle mit dem Sauerstoff der Luft reagieren. Dabei bildet sich Zunder oder Rost, was das Metall schwächt. Der hohe Chromgehalt in Inconel 718 erzeugt eine dünne, stabile Schutzoxidschicht auf der Oberfläche. Diese Schicht verhindert weitere Oxidation und schützt so den Bolzen im Inneren.
5. Außergewöhnliche mechanische Festigkeit (Bitte ungefähre Werte angeben)
Durch den Härtungsprozess weisen Inconel-718-Schrauben eine erstaunliche Festigkeit auf. Die genannten Werte sind lediglich Beispiele; die tatsächliche Festigkeit hängt von der abschließenden Wärmebehandlung ab.
| Mechanische Eigenschaft | Ungefährer Wert | Was es bedeutet |
| Zugfestigkeit | Mindestens 1280 MPa (185,000 psi). | Die maximale Belastung, die die Schraube aushalten kann, bevor sie bricht. Sie ist sehr hoch. |
| Streckgrenze | Mindestens 1035 MPa (150,000 psi). | Der Belastungspunkt, an dem die Schraube beginnt, sich zu dehnen oder sich dauerhaft zu verformen. |
| Härte | 35-42 HRC | Ein Maß dafür, wie widerstandsfähig die Schraube gegen Dellen und Kratzer ist. Sie ist sehr hart. |
Die Zugfestigkeit der Schraube kann 1280 Megapascal (MPa) oder mehr erreichen. Dies entspricht einer enormen Zugkraft. Aufgrund dieser Festigkeit werden diese Schrauben in den wichtigsten, tragenden Teilen von Maschinen eingesetzt.
6. Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
Inconel 718 ist nicht nur robust, sondern auch äußerst widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen.
Korrosionsbeständigkeit: Der hohe Nickel- und Chromgehalt verleiht der Legierung eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber vielen korrosiven Chemikalien. Dazu gehören Säuren, Laugen und insbesondere Spannungsrisskorrosion durch Chloridionen. Letzteres ist besonders wichtig für Bohrungen in Meerwasser und Tiefsee-Ölquellen.
Oxidationsbeständigkeit: Wie bereits erwähnt, bildet das Chrom eine starke Schutzschicht. Diese Schicht verhindert die Reaktion mit Sauerstoff selbst bei sehr hohen Temperaturen. Das bedeutet, dass die Schrauben in heißer Luft nicht rosten oder schnell an Festigkeit verlieren.
7. Kryogene Leistungsfähigkeit (Ein weiterer Vorteil)
Die meisten Metalle werden bei extremer Kälte spröde (brechen leicht). Das ist das Gegenteil von dem, was bei Hitze passiert. Inconel 718 besitzt jedoch eine besondere Eigenschaft: Es wird bei sehr niedrigen Temperaturen fester.
Kryogene Temperatur: Das bedeutet Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, wie im Weltraum oder in Flüssigtreibstofflagern. Die spezielle Kristallstruktur von Inconel 718 verleiht ihm eine hohe Duktilität (die Fähigkeit, sich ohne zu brechen biegen zu lassen) und Festigkeit unter diesen extremen Bedingungen. Deshalb verwenden die NASA und andere Raumfahrtagenturen Befestigungselemente aus Inconel 718 in Raketen. Diese Bolzen halten die Raketenteile, die mit tiefgekühltem flüssigem Sauerstoff oder flüssigem Wasserstoff betrieben werden.
8. Wärmebehandlung – Wie sie die Festigkeit steigert
Die Wärmebehandlung ist der entscheidende Schritt, der Inconel 718 seine extremen Eigenschaften verleiht. Der Prozess ist komplex und muss präzise durchgeführt werden. Er beinhaltet häufig einen doppelten Aushärtungsprozess:
1. Lösungsglühen: Zuerst wird die Schraube auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt (etwa zu Anschließend wird es schnell abgekühlt. Dadurch wird die Legierung weich und für den nächsten Schritt vorbereitet.
2. Doppelte Alterung (Ausscheidungshärtung):
Erster Schritt im Alterungsprozess: Der Bolzen wird bei einer Temperatur von etwa für eine festgelegte Zeit.
Zweiter Alterungsschritt: Die Temperatur wird dann auf etwa und wurde dort länger festgehalten.
Diese beiden Alterungsschritte sind entscheidend. Sie ermöglichen die Bildung von aushärtenden Ausscheidungen () sich langsam und gleichmäßig in der gesamten Metallstruktur ausbilden. Dies verleiht dem Metall seine endgültige, extreme Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit. Dieser präzise Zwei-Temperatur-Prozess ermöglicht es, dass die Zugfestigkeit den Wert von 1280 MPa erreicht.
Welche Branchen wählen Inconel 718-Schrauben?
Inconel-718-Schrauben sind teuer. Daher werden sie nur eingesetzt, wenn ein Versagen absolut ausgeschlossen ist. Diese Schrauben bewähren sich selbst unter extremsten Bedingungen.
Luft- und Raumfahrt:Strahltriebwerke und Gasturbinen: Dient zur Aufnahme von heißen Bereichen, Brennkammern und Rotoren, wo die Temperaturen am höchsten sind.
Raketentriebwerke: Wird für Strukturbauteile und kryogene Brennstoffhandhabungssysteme verwendet.
Öl und Gas:Bohrlochwerkzeuge: Wird in tiefen, schwefelhaltigen Gasquellen eingesetzt, wo hoher Druck, hohe Temperatur (HPHT) und korrosiver Schwefelwasserstoff ein Problem darstellen.
Energieerzeugung:Kernreaktoren: Wird aufgrund seiner Langzeitstabilität und Korrosionsbeständigkeit für interne Komponenten verwendet.
Marine- und Chemieverarbeitung: Wird in Geräten eingesetzt, die mit aggressiven Chemikalien oder heißem Meerwasser in Kontakt kommen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Festigkeit einer Inconel-718-Schraube nicht nur auf einen einzigen Faktor zurückzuführen ist. Sie ist das Ergebnis einer perfekt abgestimmten Legierung. Der hohe Nickelanteil sorgt für Stabilität. Chrom schützt vor Korrosion und Oxidation. Vor allem aber ermöglicht die Kombination aus Niob, Titan und Aluminium den entscheidenden Ausscheidungshärtungsprozess.
Inconel-718-Schrauben sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit, Kaltverfestigung und Hitzebeständigkeit extrem schwer zu bearbeiten. Dieses Material ist für kleine oder unerfahrene Betriebe nicht geeignet. Bei der Auswahl eines Inconel-SchraubenlieferantDaher ist es wichtig, einen Hersteller mit fortschrittlicher Ausrüstung, strenger Prozesskontrolle und nachgewiesener Erfahrung auszuwählen.
