Inconel 713

Introduction à l’Inconel 713

L’Inconel 713 est un superalliage de moulage à base de nickel, durcissable par précipitation, conçu pour offrir une excellente résistance mécanique, une résistance à la fatigue thermique et une stabilité à l’oxydation à des températures élevées allant jusqu’à 980°C (1800°F). Initialement développé pour des composants structurels de turbines, cet alliage est largement utilisé dans l’aérospatiale, l’énergie et les applications de turbines à gaz industrielles nécessitant une exposition prolongée à haute température et une grande durabilité mécanique.

Composé principalement de nickel (≥75%), avec des additions de chrome (12–14%), d’aluminium (5,5–6,5%), de molybdène (4–5%) et de niobium (1,5–2,5%), l’Inconel 713 offre une excellente résistance à la rupture par fluage et maintient l’intégrité microstructurale dans des conditions de service extrêmes. Sa nature moulable permet des conceptions proches de la forme finale (net-shape), mais un usinage CNC de précision est souvent nécessaire pour satisfaire les exigences dimensionnelles et d’état de surface finales.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 713

L’Inconel 713 (UNS N07713 / AMS 5380) est généralement fourni à l’état moulé à la cire perdue et vieilli, et respecte les spécifications applicables aux composants haute température de qualité aérospatiale.

Composition chimique (AMS 5380)

Propriétés physiques

Propriétés mécaniques (état moulé vieilli)

Caractéristiques clés de l’Inconel 713

• Résistance à haute température : conserve une résistance à la traction supérieure à 900 MPa et une résistance au fluage dépassant 150 MPa à 870°C pendant plus de 100 heures — idéal pour les composants de section chaude des turbines à gaz.

• Résistance à l’oxydation et à la corrosion à chaud : le chrome et l’aluminium forment des oxydes stables et protecteurs (Cr₂O₃, Al₂O₃), assurant une résistance jusqu’à 1000°C dans des environnements oxydants et sulfatants.

• Renforcement par gamma prime : une fraction volumique de γ′ d’environ 60% contribue à une limite d’élasticité >700 MPa et à une excellente stabilité dimensionnelle sous fortes contraintes et à haute température.

• Coulabilité avec usinage de précision : adapté au moulage à la cire perdue proche forme (net-shape) avec finition CNC complémentaire pour atteindre des tolérances de ±0,02 mm et des états de surface Ra ≤ 0,8 µm.

Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 713

Défis d’usinage

Dureté élevée et abrasivité

• L’état moulé et vieilli peut atteindre une dureté Brinell allant jusqu’à 390 HB, entraînant une usure en dépouille et des dommages de type cratère sur les outils en carbure.

Sensibilité thermique

• La faible conductivité thermique (11,5 W/m·K) provoque des températures à la pointe de l’outil dépassant 1000°C, générant une oxydation rapide et une usure en entaille.

Fragilité de la pièce

• La ductilité limitée (allongement 3–6%) augmente le risque de microfissures et d’écaillage des arêtes lors de passes agressives ou en présence de vibrations.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix des outils

Paramètres de coupe (ISO 3685)

Traitements de surface pour les pièces en Inconel 713 usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP élimine la porosité interne de retassure et améliore la résistance à la fatigue de >25%, ce qui est essentiel pour les aubes de turbine et les pièces moulées structurelles soumises à des charges cycliques.

Traitement thermique

Traitement thermique comprend un traitement de mise en solution à 1160°C et un vieillissement à 845°C afin d’optimiser la précipitation γ′ et d’améliorer les propriétés de traction et de rupture.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages utilise des techniques TIG préchauffées ou de soudage par faisceau d’électrons avec des métaux d’apport à base Ni-Cr afin de maintenir l’intégrité des soudures sous cycles thermiques.

Revêtement barrière thermique (TBC)

Revêtement TBC applique des couches céramiques de zircone de 150–250 µm pour réduire la température de surface jusqu’à 200°C, prolongeant ainsi la durée de vie en fatigue des pièces de section chaude.

Usinage par décharge électrique (EDM)

EDM permet la réalisation de géométries précises dans l’Inconel 713 durci avec une précision de ±0,01 mm, adaptée aux empreintes en sapin (fir tree slots) et aux trous de refroidissement.

Perçage profond

Perçage profond prend en charge l’usinage de trous à grand rapport d’aspect (L/D ≥ 40:1), essentiel pour les passages de refroidissement des aubes et les perforations des chemises de chambre de combustion.

Essais et analyses matériaux

Essais matériaux incluent l’évaluation macro/microstructurale, les contrôles par rayons X et par ultrasons conformément à l’AMS 2175 afin de valider la solidité structurelle et la précision dimensionnelle.

Applications industrielles des composants en Inconel 713

Turbines aérospatiales

• Aubes de turbine de premier étage, buses et aubes directrices.

• Supporte de forts gradients thermiques et des charges centrifuges sans déformation par fluage.

Production d’énergie

• Composants de turbines à gaz stationnaires et segments de buses.

• Excellente résistance à l’oxydation sous charges thermiques continues et cycliques.

Systèmes de chauffage industriels

• Chemises de chambre de combustion, embouts de brûleur et buses de fumées.

• Maintient la résistance mécanique et la résistance à la corrosion dans des écoulements à grande vitesse et à haute température.

Turbocompresseurs automobiles

• Rotors de turbine et composants de carter.

• Résiste au choc thermique et à l’oxydation lors de cycles rapides d’accélération-décélération.