Inconel 738
Introduction à l’Inconel 738
L’Inconel 738 est un superalliage à base de nickel, coulé, à haute résistance, développé pour des applications exigeant une résistance supérieure au fluage, une résistance à l’oxydation et de très bonnes performances en fatigue thermique à des températures élevées allant jusqu’à 980°C (1796°F). Conçu pour des composants de turbine soumis à des contraintes thermiques et mécaniques extrêmes, l’Inconel 738 est largement utilisé dans l’aérospatiale, la production d’énergie et les systèmes de turbines à gaz à haut rendement.
Composé principalement de nickel (~62%) et renforcé par le chrome (16%), le tungstène (2,6–3,3%), le molybdène (1,5–2,1%), le cobalt (8,0–9,0%), le titane (3,3–3,7%) et l’aluminium (3,2–3,7%), l’alliage forme une phase gamma prime (γ′) stable qui maintient la résistance lors d’une exposition prolongée à haute température. L’Inconel 738 offre une excellente coulabilité et une bonne stabilité dimensionnelle, ce qui le rend idéal pour des pièces moulées de précision quasi-net shape (moulage à la cire perdue), suivies d’un usinage CNC.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 738
L’Inconel 738 (UNS R30738 / AMS 5389) est généralement fourni à l’état moulé et durci par précipitation pour les moteurs de turbine et les composants industriels de zone chaude.
Composition chimique (analyse typique de pièce moulée)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | ~61,0 | Matrice de base pour la résistance à haute température |
Chrome (Cr) | 16,0 | Assure la résistance à l’oxydation |
Cobalt (Co) | 8,5 | Améliore la résistance à chaud et la durée de vie en fatigue |
Tungstène (W) | 2,6–3,3 | Renforcement par solution solide |
Molybdène (Mo) | 1,5–2,1 | Améliore la résistance au fluage |
Titane (Ti) | 3,3–3,7 | Formation et renforcement de la phase γ′ |
Aluminium (Al) | 3,2–3,7 | Contribue à la précipitation γ′ |
Tantale (Ta) | ≤0,05 | Renforce les joints de grains (optionnel) |
Carbone (C) | 0,11–0,17 | Formation de carbures pour la stabilité des joints de grains |
Bore (B) | 0,005–0,01 | Améliore la ductilité et la résistance à chaud |
Zirconium (Zr) | ≤0,05 | Cohésion des joints de grains |
Silicium (Si) | ≤0,5 | Améliore l’adhérence de la couche d’oxyde |
Manganèse (Mn) | ≤0,5 | Favorise la coulabilité |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 8,15 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1260–1330°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 11,2 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,28 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 13,2 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 450 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 190 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état moulé + vieilli)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 980–1120 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 700–820 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥4–8% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 330–400 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | ≥140 MPa à 870°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 738
Renforcement par gamma prime : une forte teneur en phase γ′ (~60%) offre une excellente résistance au fluage et à la fatigue à des températures allant jusqu’à 980°C.
Résistance supérieure à l’oxydation : forme des couches d’oxydes stables Al₂O₃ et Cr₂O₃ pour une protection durable de surface dans les environnements de gaz chauds et d’échappement de turbine.
Grande stabilité structurelle : conserve la précision dimensionnelle et la résistance mécanique sous charges thermiques cycliques et lors d’expositions prolongées.
Coulabilité et compatibilité CNC : un bon écoulement et un bon comportement à l’alimentation lors de la fonderie permettent des géométries complexes, suivies d’un usinage CNC à tolérances serrées (±0,02 mm).
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 738
Défis d’usinage
Dureté élevée et fragilité
Les pièces moulées vieillies peuvent atteindre une dureté de 400 HB, provoquant une usure accélérée en dépouille et limitant la durée de vie des outils en finition.
Accumulation thermique
Une faible dissipation de chaleur (conductivité thermique faible) entraîne des dommages thermiques et une usure rapide en cratère sans stratégies d’arrosage adéquates.
Entaillage et ébrèchement des outils
Les phases intermétalliques abrasives et les carbures durs provoquent un entaillage de l’arête et exigent des géométries d’arête renforcées.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Céramique SiAlON ou carbure avec CBN en finition | Forte dureté à chaud et résistance à l’usure |
Revêtement | TiAlN, AlCrN (PVD, 3–6 µm) | Empêche la diffusion de chaleur et le grippage |
Géométrie | Angle de coupe positif (10–12°), préparation d’arête renforcée | Réduit la déflexion et l’ébrèchement de l’outil |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 15–25 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Finition | 30–45 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Traitements de surface pour les pièces en Inconel 738 usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP densifie les structures moulées et élimine la porosité de retrait, améliorant la résistance en fatigue et la stabilité dimensionnelle sous chargements cycliques.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend généralement une mise en solution à 1120–1170°C et un vieillissement à 845°C afin de développer pleinement la phase γ′ pour une résistance optimale à haute température.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages met en œuvre des techniques avancées telles que le TIG ou le soudage par faisceau d’électrons (EB), avec contrôle du préchauffage, afin de réduire les risques de fissuration à chaud dans les alliages renforcés γ′.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique 125–250 µm de zircone stabilisée à l’yttria (YSZ), réduisant la température de surface de 150–200°C sur les aubages et pièces d’échappement de turbine.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM permet la réalisation de canaux de refroidissement, de caractéristiques de pied d’aube et de fentes complexes avec une précision de ±0,01 mm.
Perçage profond
Perçage profond atteint des rapports L/D ≥ 40:1 pour des trajets d’écoulement de fluide de refroidissement efficaces dans les aubes de turbine et les pièces moulées d’aubes directrices.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux comprend des essais non destructifs et destructifs selon ASTM E112, E139 et AMS 5389 afin de certifier la conformité mécanique, microstructurale et dimensionnelle.
Applications industrielles des composants en Inconel 738
Turbines aérospatiales
Aubes de turbine, aubes directrices, segments de chambre de combustion et anneaux de protection (shrouds).
Fonctionne à des températures soutenues au-dessus de 950°C sous charge cyclique et oxydation.
Production d’énergie
Pièces de zone chaude de turbines à gaz industrielles, bagues de stator et joints.
Combine résistance à l’oxydation et résistance en fatigue dans des environnements de combustion haute pression.
Défense & propulsion
Tuyères de moteurs à réaction, diffuseurs d’échappement et écrans thermiques.
Résiste à des chocs thermiques extrêmes et à des charges vibratoires pendant les séquences de vol et de lancement.
Secteur de l’énergie
Composants de turbine à haut rendement dans les centrales à cycle combiné.
Conserve la stabilité mécanique et la résistance à la corrosion dans des systèmes de transfert de chaleur agressifs.
Explorer les blogs associés
