Inconel 713LC

Introduction à l’Inconel 713LC

L’Inconel 713LC est un superalliage moulé nickel-chrome à faible teneur en carbone, développé pour offrir une résistance supérieure, une excellente résistance à l’oxydation et une longue durée de vie en fatigue à des températures élevées allant jusqu’à 980°C (1800°F). Il s’agit d’une version modifiée de l’Inconel 713C avec une teneur en carbone réduite et une meilleure coulabilité, ce qui le rend particulièrement adapté aux aubes de turbine aérospatiales à haute intégrité, aux aubes directrices et aux composants structurels de la section chaude.

L’alliage conserve une composition de base en nickel (~75%) et incorpore du chrome (12–14%), de l’aluminium (5,5–6,5%), du molybdène (4–5%) et du niobium (1,5–2,5%). Grâce à une résistance accrue à la fissuration de retassure, l’Inconel 713LC offre une intégrité structurelle fiable et des propriétés mécaniques constantes dans des conceptions à parois minces moulées à la cire perdue, qui nécessitent souvent un usinage CNC pour atteindre des tolérances de précision.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 713LC

L’Inconel 713LC (UNS N07713 / AMS 5382) est généralement fourni à l’état moulé à la cire perdue et vieilli, répondant aux exigences de performance des composants aérospatiaux et de production d’énergie.

Composition chimique (AMS 5382)

Propriétés physiques

Propriétés mécaniques (état moulé vieilli)

Caractéristiques clés de l’Inconel 713LC

• Performances à haute température : maintient l’intégrité structurelle au-dessus de 950°C avec une résistance à la rupture par fluage soutenue supérieure à 160 MPa, ce qui le rend adapté au fonctionnement des turbines sur de longs cycles.

• Coulabilité supérieure : la faible teneur en carbone et le micro-alliage Zr/B réduisent la fissuration à chaud et la porosité de retassure lors de la solidification, permettant un moulage à la cire perdue plus précis et plus complexe.

• Résistance à la fatigue thermique et à l’oxydation : les teneurs élevées en Cr et Al forment des couches protectrices Cr₂O₃ et Al₂O₃, offrant une protection contre l’oxydation dans des environnements moteur dynamiques.

• Usinabilité CNC : l’usinage après moulage permet d’atteindre des tolérances de finition jusqu’à ±0,02 mm et une rugosité Ra ≤ 0,8 µm en utilisant des paramètres de coupe et des systèmes d’outillage optimisés.

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

Défis d’usinage

Dureté du matériau et usure

• L’Inconel 713LC moulé-vieilli présente une dureté pouvant atteindre 380 HB, ce qui met à l’épreuve l’intégrité des outils de coupe lors d’opérations prolongées.

Comportement fragile

• Avec un allongement d’environ 4–6%, des chocs soudains sur l’outil ou des avances incorrectes peuvent provoquer des microfissures ou des éclats.

Concentration de la chaleur

• La conductivité thermique reste faible (<12 W/m·K), augmentant la température au bec de l’outil et favorisant l’usure en cratère en conditions sèches ou avec un refroidissement insuffisant.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix des outils

Paramètres de coupe (ISO 3685)

Traitements de surface pour les pièces en Inconel 713LC usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP densifie les microstructures moulées sous une pression de 100–200 MPa et une température >1100°C, supprimant la porosité interne et augmentant la résistance à la fatigue de plus de 25%.

Traitement thermique

Traitement thermique comprend un recuit de mise en solution à 1160°C et un vieillissement à 845°C afin d’améliorer la stabilité de γ′ et l’uniformité mécanique.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages (TIG préchauffé ou soudage par faisceau d’électrons) avec métaux d’apport Ni-Cr préserve la résistance de la soudure et limite la microfissuration.

Revêtement barrière thermique (TBC)

Revêtement TBC applique des céramiques YSZ de 150–300 µm pour prolonger la durée de vie en fatigue thermique et réduire les températures de surface de 150–200°C.

Usinage par décharge électrique (EDM)

EDM permet la formation précise des pieds d’aube, des canaux de refroidissement et des empreintes en sapin (fir-tree) avec des tolérances de ±0,01 mm.

Perçage profond

Perçage profond atteint une précision de perçage L/D ≥ 40:1 pour les canaux de refroidissement moulés de turbines et les pièces de chambre de combustion.

Essais et analyses matériaux

Essais matériaux incluent les contrôles ultrasonores, radiographiques (rayons X) et l’inspection de la structure de grain selon AMS 2175 et ASTM E112, garantissant la conformité dimensionnelle et métallurgique.

Applications industrielles des composants en Inconel 713LC

Turbines aérospatiales

• Aubes de turbine, aubes de tuyère et pièces moulées de section chaude.

• Résiste à de fortes charges centrifuges et à des cycles d’oxydation.

Production d’énergie

• Aubes stationnaires et rotatives, anneaux (shrouds) et aubes directrices de tuyère.

• Excellentes performances mécaniques à long terme à 900–980°C.

Compression de gaz et turbocompression

• Collecteurs d’échappement, rotors de turbocompresseur et carters de turbine.

• Fiable sous chocs thermiques rapides et rotation à grande vitesse.

Systèmes de combustion industriels

• Brûleurs, chambres de combustion et écrans thermiques.

• Maintient l’intégrité structurelle sous exposition thermique prolongée.