Les pièces Inconel DMLS peuvent-elles égaler les propriétés mécaniques des pièces forgées ?
Du point de vue de l’ingénierie des matériaux et de la fabrication, la question de savoir si les pièces en Inconel imprimées par DMLS peuvent égaler les propriétés mécaniques des composants forgés nécessite une réponse nuancée. Oui, il est possible que les pièces DMLS atteignent, voire dépassent, certaines propriétés des pièces forgées, mais ce n’est pas automatique et cela dépend d’un régime de post-traitement rigoureux et d’une compréhension critique de ce que signifie « égaler » dans le contexte. La différence essentielle réside dans le fait que, pour le DMLS, les propriétés sont obtenues par post-traitement, tandis que pour les pièces forgées, elles sont inhérentes au travail thermomécanique.
La séparation métallurgique : tel que fabriqué vs corroyé
L’Inconel DMLS à l’état brut (par ex. Inconel 718) présente une microstructure non à l’équilibre, caractérisée par des grains fins, des structures dendritiques et une ségrégation d’éléments (par ex. les phases de Laves). Il contient également des contraintes résiduelles et une porosité microscopique potentielle. Bien que cela puisse donner une résistance à la traction élevée, cela compromet souvent la ductilité, la durée de vie en fatigue et la résistance à la rupture sous contrainte par rapport à une pièce forgée équivalente.
L’Inconel forgé bénéficie d’une microstructure homogène, corroyée, avec des grains équiaxes et raffinés obtenus par une déformation plastique sévère et une recristallisation. Ce processus élimine la ségrégation chimique et crée un matériau isotrope doté d’une excellente ductilité et de performances éprouvées à haute température, en faisant la référence historique pour les composants critiques de l’aéronautique et l’aviation.
Le chemin vers la parité : le post-traitement
Pour qu’une pièce DMLS soit considérée comme équivalente à une pièce forgée, elle doit subir des traitements spécifiques afin de transformer sa structure :
Pressage isostatique à chaud (HIP) : C’est une étape non négociable pour les pièces critiques. Le HIP élimine la porosité interne et les vides, atteignant une densité proche de la densité théorique. Il contribue également à homogénéiser la microstructure, améliorant considérablement la ductilité et la durée de vie en fatigue en supprimant les défauts concentrant les contraintes.
Traitement de mise en solution et de vieillissement : Un cycle précis de traitement thermique est requis. La mise en solution dissout les phases secondaires nuisibles (comme les phases Laves et delta) dans la matrice, tandis que le traitement de vieillissement ultérieur précipite les phases de renforcement gamma prime et gamma double prime de manière contrôlée. Cela est essentiel pour obtenir la résistance à haute température et la résistance au fluage caractéristiques de l’Inconel.
Après ce cycle combiné HIP et traitement thermique, les propriétés de traction (limite d’élasticité et résistance ultime) de l’Inconel 718 DMLS peuvent effectivement atteindre ou dépasser les spécifications du matériau forgé AMS 5662. La ductilité (mesurée par l’allongement et la réduction de section) peut également être conforme aux spécifications.
Comparaison des propriétés et différences persistantes
Propriété mécanique | Condition DMLS + HIP + TT | Condition forgée + traitée thermiquement | Observation clé |
|---|---|---|---|
Résistance à la traction et limite d’élasticité | Peut atteindre ou dépasser les spécifications forgées. | Respecte les spécifications établies (par ex. AMS). | Le DMLS peut atteindre la parité. |
Ductilité (Allongement) | Peut être conforme après un HIP/TT approprié. | Généralement élevée et constante. | La parité est atteignable avec un procédé optimisé. |
Durée de vie en fatigue | Dépend fortement de l’état de surface. Peut égaler le forgé avec l’électropolissage ou l’usinage. | Excellente, avec une grande prévisibilité. | La qualité de surface est le facteur dominant. |
Anisotropie | Largement éliminée par le HIP, mais de légers effets directionnels peuvent persister. | Isotrope grâce au travail thermomécanique. | Les pièces forgées sont intrinsèquement plus isotropes. |
Fluage et rupture sous contrainte à haute température | Peut être plus variable et potentiellement inférieure en raison de l’absence de structure corroyée. | Supérieure et très constante ; la référence absolue. | C’est souvent le différenciateur le plus significatif pour les services extrêmes. |
Verdict technique et critères de sélection
Le choix entre DMLS et forgeage ne se limite pas à comparer les propriétés sur une fiche technique.
Choisir le DMLS lorsque : L’application bénéficie de géométries complexes, légères et consolidées impossibles à obtenir par forgeage ; que le délai pour le prototypage et la production en petite série est critique ; et que les propriétés mécaniques post-traitées sont vérifiées comme suffisantes pour la durée de vie en service, y compris les exigences en fatigue et fluage.
Choisir le forgeage lorsque : Les plus hauts niveaux possibles de fiabilité, d’isotropie et de performance éprouvée sous des conditions extrêmes de rupture et de fluage sont essentiels (par ex. disques de turbine en rotation) ; que le composant a une géométrie simple et forgeable ; et que la production en grande série rend le procédé rentable.
En conclusion, avec une chaîne complète et qualifiée de post-traitement, les pièces en Inconel imprimées par DMLS peuvent atteindre une équivalence fonctionnelle avec les propriétés mécaniques des composants forgés dans de nombreuses applications. Cependant, pour les environnements de service les plus exigeants à haute température et longue durée, où la microstructure corroyée et homogène d’un produit forgé est irremplaçable, le forgeage demeure le choix supérieur.
