Inconel 718LC
Introduction à l’Inconel 718LC
L’Inconel 718LC est une variante à faible teneur en carbone du superalliage Inconel 718 largement utilisé, conçue pour améliorer la soudabilité, réduire la ségrégation et renforcer l’intégrité structurelle des pièces moulées critiques pour l’aérospatiale et les turbines à gaz industrielles. En abaissant la teneur en carbone et certains éléments traces, l’Inconel 718LC limite la fissuration à chaud et facilite le soudage et la fonderie sans défaut de composants de grande section nécessitant une finition CNC de précision.
Avec une base de nickel (50–55%) et des additions de chrome (17–21%), de niobium (4,75–5,50%), de molybdène (2,80–3,30%) et de fer (reste), l’Inconel 718LC offre une excellente résistance mécanique et une grande résistance à la corrosion jusqu’à 704°C (1300°F). Sa compatibilité avec le moulage à la cire perdue et les procédés de post-usinage en fait un choix fiable pour des pièces haute performance et dimensionnellement stables.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 718LC
L’Inconel 718LC (UNS N07718LC / AMS 5383) est généralement fourni à l’état moulé, traité thermiquement en mise en solution et durci par vieillissement, répondant aux exigences de performance élevées des composants aérospatiaux, nucléaires 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 pour la résistance à chaud et la résistance à la corrosion |
Chrome (Cr) | 17,0–21,0 | Améliore la résistance à l’oxydation et à la corrosion |
Fer (Fe) | Balance | Matrice structurelle et efficacité des coûts |
Niobium (Nb) + Tantale (Ta) | 4,75–5,50 | Renforcement par formation de précipités γ″ |
Molybdène (Mo) | 2,80–3,30 | Améliore la résistance au fluage à haute température |
Titane (Ti) | 0,65–1,15 | Forme la phase γ′ pour le maintien de la résistance |
Aluminium (Al) | 0,20–0,80 | Contribue à la précipitation de la phase γ′ |
Carbone (C) | ≤0,02 | Réduit la sensibilité à la fissuration à chaud et la ségrégation |
Cobalt (Co) | ≤1,00 | Améliore la résistance à haute température (optionnel) |
Manganèse (Mn) | ≤0,35 | Améliore la coulabilité |
Silicium (Si) | ≤0,35 | Résistance à l’oxydation à haute température |
Soufre (S) | ≤0,010 | Contrôlé pour la soudabilité et la ductilité à chaud |
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 | 11,2 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 | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 950–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥6–10% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 310–360 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | ≥160 MPa à 650°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 718LC
Avantage du faible carbone : réduit le risque de fissuration à chaud lors de la fonderie et du soudage, tout en améliorant la soudabilité et l’homogénéité microstructurale des composants de grande section.
Performances à haute température : maintient une résistance à la traction et une limite d’élasticité >1100 MPa et ≥950 MPa, respectivement, à des températures élevées jusqu’à 704°C.
Renforcement par précipitation : double durcissement via les phases γ′ (Ni₃(Al, Ti)) et γ″ (Ni₃Nb), permettant une conservation de la résistance à long terme sous charges thermiques et mécaniques cycliques.
Usinabilité après moulage : permet des tolérances CNC serrées (±0,02 mm) et un état de surface fin (Ra ≤ 0,8 µm) lorsqu’il est usiné avec des paramètres et des outils optimisés.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 718LC
Défis d’usinage
Résistance élevée et durcissement par vieillissement
Une dureté Brinell pouvant atteindre 360 HB à l’état vieilli réduit la durée de vie des outils et exige des montages rigides avec de faibles tolérances de fléchissement.
Rétention de chaleur et usure des outils
Une faible conductivité thermique (~11 W/m·K) entraîne des températures élevées à la pointe de l’outil, nécessitant des systèmes d’arrosage haute pression et des revêtements résistants à l’usure.
État de surface et entaillage
Les précipités γ′ et γ″ contribuent à la formation d’arête rapportée et à l’entaillage si une géométrie d’outil inadaptée ou des plaquettes usées sont utilisées.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Carbure revêtu ou céramique SiAlON pour opérations à haute température | Conserve la dureté et la stabilité sous l’effet de la chaleur |
Revêtement | TiAlN, AlCrN (PVD 3–6 µm) | Résiste à l’usure, à l’oxydation et à la diffusion |
Géométrie | Angle de coupe positif (8–12°), arête rodée/chanfreinée | Réduit les efforts de coupe et empêche l’ébrèchement de l’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 718LC usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP referme la porosité interne des structures moulées et augmente la résistance en fatigue de 25–30%, ce qui est crucial pour les pièces aérospatiales et de turbines.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend un traitement de mise en solution à 980–1065°C et un vieillissement autour de 718°C pour précipiter les phases γ′/γ″ et optimiser les propriétés à haute température.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages utilise le soudage TIG/EB avec des métaux d’apport à base de Ni à faible teneur en carbone pour un assemblage sans défaut et une fissuration minimale de la ZAT (HAZ).
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique 125–300 µm de YSZ via APS ou EB-PVD afin de protéger contre les cycles thermiques et l’oxydation.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM offre une précision de ±0,01 mm pour les trous de refroidissement, les encoches « fir-tree » et les détails moulés complexes.
Perçage profond
Perçage profond réalise des alésages précis avec L/D ≥ 40:1 pour les systèmes de refroidissement de turbine et les pièces moulées structurelles.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux inclut des contrôles mécaniques, ultrasonores et radiographiques (RX), ainsi qu’une analyse métallographique selon AMS 5383 et ASTM E112.
Applications industrielles des composants en Inconel 718LC
Moteurs aérospatiaux
Aubes directrices de turbine, bagues de stator et pièces moulées de guide de tuyère.
Fonctionne de manière fiable sous des cycles de poussée élevée, de contraintes thermiques et d’oxydation.
Production d’énergie
Aubes de zone chaude et pièces moulées de transition de chambre de combustion.
Offre une durée de vie prolongée à 650–700°C sous charges de fatigue à grand nombre de cycles.
Pétrole & gaz et applications marines
Corps de pompe, collecteurs haute pression et composants sous-marins.
Résiste à la corrosion sous contrainte induite par les chlorures, à l’exposition à la saumure et à la corrosion H₂S.
Défense et propulsion spatiale
Structures de support moteur et éléments de contrôle thermique.
Conserve sa résistance mécanique lors de variations extrêmes de température et de vibrations.
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