Inconel 718C
Introduction à l’Inconel 718C
L’Inconel 718C est une variante du superalliage nickelé Inconel 718 standard, optimisée spécifiquement pour les procédés de fonderie tout en conservant les propriétés mécaniques à haute température, la résistance à la corrosion et la capacité de durcissement par précipitation qui font de l’alliage de base une référence dans l’aérospatiale, l’énergie et les applications d’ingénierie haute performance. Conçu pour des composants quasi-finis (near-net-shape) obtenus par moulage à la cire perdue, l’Inconel 718C convient particulièrement aux pièces de grande taille ou de géométrie complexe nécessitant un usinage CNC final.
Contenant du nickel (50–55%), du chrome (17–21%), du niobium (4,75–5,50%), du molybdène (2,80–3,30%) et du fer (reste), l’Inconel 718C tire sa résistance de la précipitation des phases γ′ et γ″ après vieillissement. Il offre des performances mécaniques stables jusqu’à 704°C (1300°F), et sa coulabilité le rend idéal pour les aubes directrices de turbine, les anneaux de chambre de combustion et d’autres pièces structurelles soumises à des contraintes mécaniques et thermiques.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 718C
L’Inconel 718C (UNS N07718C / nuance moulée ASTM B670) est généralement livré à l’état moulé, traité en mise en solution puis vieilli, répondant aux exigences rigoureuses des applications aérospatiales et des turbines à gaz industrielles.
Composition chimique (analyse typique de pièce moulée)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 50,0–55,0 | Élément de base ; résistance mécanique à haute température |
Chrome (Cr) | 17,0–21,0 | Assure la résistance à l’oxydation et à la corrosion |
Fer (Fe) | Balance | Support structurel et stabilité |
Niobium (Nb) + Tantale (Ta) | 4,75–5,50 | Clé pour le renforcement γ″ et la stabilité |
Molybdène (Mo) | 2,80–3,30 | Résistance au fluage et renforcement par solution solide |
Titane (Ti) | 0,65–1,15 | Forme la phase γ′ pour un durcissement par précipitation additionnel |
Aluminium (Al) | 0,20–0,80 | Forme la phase γ′ avec Ti pour la résistance à haute température |
Cobalt (Co) | ≤1,00 | Optionnel pour améliorer la résistance à chaud |
Carbone (C) | ≤0,08 | Contrôlé pour réduire le risque de fissuration à chaud |
Manganèse (Mn) | ≤0,35 | Améliore la coulabilité |
Silicium (Si) | ≤0,35 | Améliore la résistance à l’oxydation |
Soufre (S) | ≤0,015 | Minimisé pour éviter la fissuration et les défauts de soudage |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 8,19 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1260–1336°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 11,0 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,23 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 13,0 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 435 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 198 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état moulé + vieilli)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 1120–1260 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 960–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥6–10% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 320–360 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | ≥160 MPa à 650°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 718C
Résistance mécanique à haute température : conserve une résistance à la traction supérieure à 1100 MPa et une structure de précipités γ′/γ″ stable jusqu’à 704°C, adaptée aux environnements thermiques et structurels exigeants.
Coulabilité et intégrité : excellent pour le moulage de précision à la cire perdue ; fissuration à chaud réduite et meilleur comportement d’alimentation (feeding) par rapport aux variantes corroyées.
Résistance à la corrosion : excellente résistance à la corrosion par piqûres en milieu chloruré, à la corrosion sous contrainte sulfureuse et aux environnements oxydants à haute pression.
Usinabilité après moulage : l’usinage CNC est généralement employé pour atteindre les tolérances dimensionnelles finales (±0,02 mm) et les états de surface (Ra ≤ 0,8 µm).
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 718C
Défis d’usinage
Résistance élevée à l’état vieilli
Une dureté matière pouvant atteindre 360 HB entraîne des taux d’usure d’outil élevés et limite les vitesses de coupe, en particulier lors des opérations de finition.
Limites de conductivité thermique
Génère des zones de chaleur intense pendant la coupe, nécessitant un apport de lubrifiant efficace et des outils résistants au choc thermique.
Sensibilité à l’entaillage et arête rapportée
Un comportement à la fois ductile et abrasif provoque la formation d’arête rapportée et l’entaillage, notamment aux transitions de profondeur de passe.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Plaquettes carbure haute performance ou céramique | Résiste à la chaleur et conserve le tranchant |
Revêtement | Revêtements PVD TiAlN, AlCrN (3–6 µm) | Améliore la résistance thermique et la durée de vie à l’usure |
Géométrie | Angle de coupe positif (8–12°), profils à arête rodée | Maîtrise les efforts de coupe et évite les ruptures d’arête |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 20–30 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Finition | 35–50 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Traitements de surface pour les pièces en Inconel 718C usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP élimine la porosité de coulée et augmente la résistance en fatigue jusqu’à 25%, ce qui est critique pour l’intégrité de niveau aérospatial.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend un recuit de mise en solution à 980–1065°C et un vieillissement à ~718°C afin d’optimiser le durcissement γ′/γ″ et la stabilité dimensionnelle.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages avec des métaux d’apport stabilisés au Nb et un contrôle précis de l’arc permet d’obtenir des assemblages résistants sans microfissuration ni fissuration de la ZAT (HAZ).
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique des couches céramiques YSZ (125–300 µm) afin de prolonger la durée de vie en fatigue thermique dans des environnements gazeux à grande vitesse.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM est idéal pour la mise en forme finale des segments de turbine, des trous de refroidissement et des contours fins avec une précision de ±0,01 mm.
Perçage profond
Perçage profond prend en charge la réalisation de canaux de refroidissement et de caractéristiques tubulaires avec des rapports L/D ≥ 40:1 dans les sections moulées.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux garantit la conformité complète avec ASTM E139, AMS 5663 et E112 pour l’inspection mécanique, microstructurale et des défauts.
Applications industrielles des composants en Inconel 718C
Turbines à gaz aérospatiales
Aubes directrices de turbine, anneaux de tuyère et supports de combustion.
Offre une résistance élevée à la fatigue et une excellente tenue thermique pour les pièces tournantes et statiques.
Production d’énergie
Pièces moulées de zone chaude de turbine à vapeur et pièces de transition.
Fonctionne en continu à haute température et sous charges cycliques.
Extraction pétrolière & gazière
Vannes, impulseurs et composants d’étanchéité dans les outils de fond de puits.
Résiste à la corrosion riche en H₂S et à la corrosion par piqûres en milieu chloruré lors des opérations en puits profonds.
Défense et astronautique
Chambres de poussée, jupes de tuyère et aubes de contrôle.
Maintient la résistance et la géométrie pendant les cycles thermiques de lancement et de rentrée atmosphérique.
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