Inconel 738C
Introduction à l’Inconel 738C
L’Inconel 738C est un superalliage coulé à base de nickel, conçu pour des applications structurelles à haute température où la résistance au fluage, la protection contre l’oxydation et la résistance à la fatigue thermique sont essentielles. Cet alliage est une variante améliorée de l’Inconel 738, optimisée pour une meilleure coulabilité et une meilleure soudabilité, ce qui en fait un choix fiable pour des composants moulés de précision nécessitant un post-usinage CNC.
L’Inconel 738C conserve une forte teneur en γ′ (~60%) et est stabilisé par des éléments tels que le nickel (~62%), le chrome (16%), le cobalt (8,5–9,5%), le titane (3,4–3,8%) et l’aluminium (3,2–3,7%). Il présente une excellente stabilité mécanique à haute température jusqu’à 980°C (1796°F), ce qui permet son utilisation pour des aubes directrices, des pièces de chambre de combustion et d’autres composants exposés à des cycles thermiques agressifs.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 738C
L’Inconel 738C (UNS R30738 / ASTM A297) est généralement fourni en moulage à la cire perdue, traité en mise en solution et vieilli, adapté aux pièces de turbine aérospatiales et de production d’énergie à haute intégrité.
Composition chimique (analyse typique de pièce moulée)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | ~62,0 | Matrice de base ; résistance thermique élevée |
Chrome (Cr) | 15,5–16,5 | Résistance à l’oxydation et à la corrosion |
Cobalt (Co) | 8,5–9,5 | Améliore la fatigue et la stabilité thermique |
Tungstène (W) | 2,6–3,3 | Renforcement par solution solide |
Molybdène (Mo) | 1,5–2,1 | Améliore le comportement au fluage |
Titane (Ti) | 3,4–3,8 | Formation de γ′ pour le durcissement par vieillissement |
Aluminium (Al) | 3,2–3,7 | Avec Ti, stabilise la phase γ′ |
Carbone (C) | 0,08–0,12 | Contrôlé pour former des carbures et renforcer les grains |
Bore (B) | 0,005–0,01 | Améliore la ductilité et la résistance à la fissuration |
Zirconium (Zr) | ≤0,05 | Augmente la cohésion des joints de grains |
Silicium (Si) | ≤0,5 | Améliore l’adhérence de la couche d’oxyde |
Manganèse (Mn) | ≤0,5 | Aide à la coulabilité et à l’élimination des scories |
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 | 11,0 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,28 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 13,3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 450 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 188 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état moulé + vieilli)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 680–800 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥4–8% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 330–390 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | ≥135 MPa à 870°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 738C
Coulabilité optimisée : une meilleure fluidité et un meilleur comportement à l’alimentation réduisent le retrait et la porosité dans les composants de turbine complexes.
Haute résistance via gamma prime : une fraction volumique γ′ proche de 60% assure une excellente stabilité mécanique à des températures d’utilisation élevées.
Stabilité de surface : formation de couches d’oxyde protectrices (Cr₂O₃ et Al₂O₃) pour une résistance supérieure à l’oxydation sous chauffage cyclique.
Prédisposition à l’usinage CNC : les pièces moulées peuvent être reprises en usinage à ±0,02 mm avec des états de surface fins jusqu’à Ra ≤ 0,8 µm grâce à des outils haute performance.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 738C
Défis d’usinage
Dureté élevée
Les pièces 738C durcies par vieillissement peuvent dépasser 390 HB, rendant difficile le maintien de la durée de vie des outils et de l’état de surface lors de cycles d’usinage prolongés.
Rétention de chaleur
Une conductivité thermique inférieure à 12 W/m·K concentre la chaleur dans la zone de coupe, nécessitant des solutions avancées de refroidissement et de revêtements.
Abrasivité microstructurale
Les phases intermétalliques et les carbures contribuent à une usure rapide de l’arête et à l’usure en cratère, surtout à grande vitesse de coupe.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Céramiques SiAlON ou carbure revêtu PVD | Résiste à la chaleur extrême et à l’usure abrasive |
Revêtement | TiAlN, AlCrN (épaisseur 3–6 µm) | Réduit la charge thermique et le frottement |
Géométrie | Angle de coupe positif 10–12°, plaquette avec préparation d’arête | Maîtrise les efforts de coupe et retarde la rupture d’arête |
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 738C usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP densifie la microstructure interne et améliore la résistance en fatigue à faible nombre de cycles en éliminant la microporosité typique des pièces moulées.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend une mise en solution à 1120–1170°C, suivie d’un vieillissement à 845°C pour précipiter pleinement la phase γ′ et obtenir la résistance et la stabilité thermique.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages est possible avec préchauffage et application contrôlée du métal d’apport, afin de minimiser la fissuration lors de l’assemblage ou de la réparation.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique 125–250 µm de céramiques YSZ afin d’allonger la durée de vie en fatigue thermique et de réduire l’oxydation en service des surfaces d’aubes.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM permet une découpe précise de fentes de refroidissement, de pieds en sapin (fir-tree) et de détails complexes avec une précision de ±0,01 mm après moulage.
Perçage profond
Perçage profond fournit des trous précis à grand rapport d’aspect (L/D ≥ 40:1), essentiels pour les canaux de circulation de refroidissement en applications turbine.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux comprend l’analyse microstructurale, des essais de traction/corrosion et des CND selon ASTM E139, E112 et AMS 5389.
Applications industrielles des composants en Inconel 738C
Turbines d’aéronefs
Aubes directrices (NGV), aubes de turbine et segments de bagues de protection (shrouds).
Assure l’intégrité mécanique à 900–980°C sous conditions de vol cycliques.
Turbines à gaz industrielles
Conduits de transition, pièces de chambre de combustion et segments de rotor.
Fonctionne sous combustion haute pression et cycles thermiques rapides.
Énergie & production électrique
Cadres d’échappement de turbine, joints et systèmes d’écrans thermiques.
Combine résistance à l’oxydation et résistance au fluage à long terme.
Défense & propulsion spatiale
Composants de moteurs à réaction haute température et tuyères de fusée.
Conserve la résistance portante dans des environnements sévères de lancement et de rentrée.
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