Le traitement HIP provoque-t-il une déformation des pièces ?
Du point de vue de la fabrication et de l’ingénierie, le pressage isostatique à chaud (HIP – Hot Isostatic Pressing) est un traitement post-processus conçu pour améliorer l’intégrité plutôt que provoquer une déformation. Cependant, une distorsion des pièces reste un risque potentiel si le composant présente des asymétries géométriques importantes, des parois minces ou des contraintes résiduelles préexistantes. Lorsqu’il est appliqué correctement à une pièce bien conçue, le procédé HIP entraîne généralement un changement dimensionnel minimal et prévisible, souvent dans les tolérances corrigées ensuite par l’usinage de précision.
Le procédé HIP et son objectif
Le HIP soumet un composant à l’application simultanée d’une température élevée (souvent de 70 à 90 % du point de fusion du matériau) et d’une pression élevée (typiquement 100 à 200 MPa) à l’aide d’un gaz inerte tel que l’argon. L’objectif principal est d’éliminer les défauts internes tels que les microporosités et les vides courants dans les pièces de fonderie ou les pièces imprimées en 3D par DMLS. Le procédé provoque un fluage et une diffusion du matériau, comblant ces vides internes et créant une microstructure entièrement dense et isotrope. Cela améliore considérablement les propriétés mécaniques telles que la durée de vie en fatigue, la ténacité à la rupture et la ductilité — des qualités essentielles pour les composants des secteurs exigeants comme l’aéronautique et la production d’énergie.
Quand et pourquoi la déformation peut se produire
Bien que la pression isostatique applique une force uniformément dans toutes les directions — empêchant théoriquement toute déformation — plusieurs facteurs peuvent entraîner des variations dimensionnelles :
Contraintes résiduelles issues de la fabrication : Les pièces présentant des contraintes internes élevées dues à des opérations précédentes telles que l’usinage CNC ou l’impression 3D SLM peuvent voir ces contraintes se relâcher pendant le cycle thermique du HIP, entraînant une distorsion. Un traitement de détente thermique avant le HIP est souvent recommandé pour limiter ce risque.
Épaisseur de section non uniforme : Les composants présentant de fortes variations d’épaisseur ou des parois très fines adjacentes à des sections épaisses peuvent subir des vitesses de fluage différentielles. Les sections minces peuvent se déformer ou se densifier à un rythme différent des parties massives, entraînant une flexion ou un affaissement.
Géométries à support limité : Les éléments longs, minces ou en porte-à-faux peuvent manquer de rigidité structurelle pour supporter leur propre poids aux températures élevées du HIP, entraînant un affaissement ou une déformation sous l’effet de la gravité, même avec une pression isostatique.
Porosité connectée à la surface : Si les pores de surface sont ouverts au gaz sous haute pression, la pression interne et externe s’égalise, empêchant leur fermeture. Cela ne provoque pas de déformation majeure, mais peut laisser des défauts de surface nécessitant un fraisage CNC ou un meulage post-HIP pour être éliminés.
Minimiser le risque de déformation
Un traitement HIP réussi sans déformation nuisible dépend d’une conception intégrée et d’un contrôle précis du procédé :
Conception adaptée au HIP : Concevoir des pièces à épaisseur de paroi uniforme et avec des transitions progressives réduit considérablement le risque. Pour la fabrication additive, c’est un principe fondamental du DFAM (Design for Additive Manufacturing).
Optimisation du procédé : Un contrôle précis du cycle HIP (pression, température, vitesses de montée, et temps de maintien) adapté à l’alliage spécifique (tel que l’Inconel 718 ou le Ti-6Al-4V) est essentiel pour obtenir une densification complète sans fluage excessif.
Pré- et post-traitements : Comme mentionné, un cycle de détente thermique préalable est fortement recommandé. De plus, il est courant de prévoir une étape finale d’usinage après le HIP afin d’atteindre des tolérances dimensionnelles strictes et d’obtenir l’état de surface usiné souhaité.
Conclusion technique
Le traitement HIP, par sa nature isostatique, n’est pas une cause primaire de déformation des pièces. La principale origine des distorsions provient généralement du relâchement thermique des contraintes préexistantes issues d’étapes antérieures de fabrication ou d’une conception géométrique inadaptée. Pour les composants critiques, une approche holistique combinant conception optimisée, détente préalable et paramètres HIP bien définis permet d’obtenir une pièce supérieure, totalement dense, présentant des variations dimensionnelles minimales et maîtrisables, corrigées ensuite par un usinage de précision final.
