Inconel 738LC
Introduction à l’Inconel 738LC
L’Inconel 738LC est une version à faible teneur en carbone du superalliage coulé à base de nickel Inconel 738, conçue pour améliorer la soudabilité, réduire la sensibilité à la fissuration à chaud et renforcer l’intégrité structurelle des composants moulés. Il est destiné aux environnements à haute température où la résistance mécanique, la tenue à l’oxydation et les performances au fluage sont critiques, notamment dans les turbines aéronautiques et les turbines à gaz industrielles.
Composé de nickel (~62%), de chrome (16%), de cobalt (8,5–9,5%), de titane (3,4–3,8%) et d’aluminium (3,2–3,7%), l’Inconel 738LC est renforcé principalement par la phase γ′. Sa teneur en carbone optimisée (0,02–0,06%) réduit le risque de microfissuration lors du soudage et de la solidification, tout en préservant les caractéristiques de performance à haute température de l’alliage de base.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 738LC
L’Inconel 738LC (UNS R30738 / ASTM A297, AMS 5391) est généralement fourni en moulage de précision, traité en mise en solution et durci par vieillissement pour les applications de zone chaude des turbines à gaz et les structures aéronautiques.
Composition chimique (analyse typique de pièce moulée)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | ~62,0 | Matrice de base pour la résistance à la chaleur et la tenue mécanique |
Chrome (Cr) | 15,5–16,5 | Améliore la résistance à l’oxydation et à la corrosion |
Cobalt (Co) | 8,5–9,5 | Augmente la résistance en fatigue et la tenue à la corrosion chaude |
Tungstène (W) | 2,6–3,3 | Renforcement par solution solide |
Molybdène (Mo) | 1,5–2,1 | Améliore la résistance au fluage et à la rupture |
Titane (Ti) | 3,4–3,8 | Forme la phase γ′ pour le durcissement par vieillissement |
Aluminium (Al) | 3,2–3,7 | Contribue à la précipitation de γ′ |
Carbone (C) | 0,02–0,06 | Teneur réduite : meilleure soudabilité et fiabilité en fonderie |
Bore (B) | 0,005–0,01 | Améliore la ductilité des joints de grains |
Zirconium (Zr) | ≤0,05 | Stabilisation des joints de grains |
Silicium (Si) | ≤0,5 | Résistance à l’oxydation |
Manganèse (Mn) | ≤0,5 | Améliore la coulabilité et la propreté métallurgique |
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 | 11,1 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 | 320–390 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | ≥135 MPa à 870°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 738LC
Faible teneur en carbone : réduit la fissuration à chaud en soudage et en fonderie, améliorant la fiabilité des pièces structurelles de turbine.
Teneur élevée en gamma prime : renforcé principalement par les précipités γ′, il offre une excellente résistance au fluage et à la fatigue à haute température.
Stabilité dimensionnelle et structurelle : conserve la géométrie et les performances portantes jusqu’à 980°C sous cycles thermiques.
Usinabilité CNC : compatible avec des outils de coupe haute performance, l’Inconel 738LC peut être usiné à ±0,02 mm avec des états de surface jusqu’à Ra ≤ 0,8 µm.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 738LC
Défis d’usinage
Dureté de surface élevée
Une dureté Brinell proche de 390 HB provoque une usure rapide des arêtes de coupe, imposant un choix optimisé de matériaux d’outils et de géométries.
Faible dissipation thermique
La faible conductivité thermique accumule la chaleur à l’interface outil–copeau, entraînant une usure en cratère et une rupture d’outil sans refroidissement adéquat.
Microstructure abrasive
Les phases γ′ et les carbures favorisent l’entaillage et le grippage lors d’usinages interrompus ou à forte avance.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Céramique (SiAlON) ou carbure revêtu | Conserve l’arête de coupe sous charge thermique |
Revêtement | TiAlN, AlCrN (PVD 3–6 µm) | Réduit la diffusion de chaleur et l’oxydation de l’outil |
Géométrie | Angle positif (10–12°), plaquettes avec arête adoucie | Diminue la résistance à la coupe et limite l’ébrèchement |
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 738LC usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP élimine la porosité et renforce la structure des grains, améliorant la durée de vie en fatigue et la résistance au fluage jusqu’à 25%.
Traitement thermique
Traitement thermique utilise une mise en solution à 1120–1170°C et un vieillissement à 845°C afin de précipiter pleinement γ′ et d’augmenter la résistance à haute température.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages est réalisable avec un risque de fissuration réduit grâce à la faible teneur en carbone. Le préchauffage et un traitement thermique après soudage stabilisent davantage la microstructure.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique 125–250 µm de céramiques YSZ par APS ou EB-PVD afin de réduire la fatigue thermique et l’oxydation sur les aubes de turbine.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM réalise des géométries complexes, fentes de refroidissement et arêtes vives avec une précision de ±0,01 mm après moulage.
Perçage profond
Perçage profond permet des perçages de refroidissement à grand rapport L/D et des canaux d’huile essentiels dans les aubes et structures rotor.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux vérifie l’intégrité de l’alliage par essais de traction, fluage, dureté et analyses microstructurales selon ASTM E112 et AMS 5391.
Applications industrielles des composants en Inconel 738LC
Turbines aéronautiques
Aubes directrices, segments de bagues de protection (shrouds) et composants de tuyère.
Fiable sous fortes contraintes de rotation et cycles thermiques extrêmes.
Production d’énergie
Pièces moulées de zone chaude de turbines à gaz, y compris chambres de combustion et joints.
Conserve forme et résistance lors d’un fonctionnement prolongé en base-load au-delà de 950°C.
Marine & énergie
Corps de pompe haute température, soupapes d’échappement et disques de turbine.
Résistant à la corrosion et à la déformation thermique en environnements offshore sévères.
Systèmes de propulsion défense
Pièces chaudes de moteurs à réaction et éléments de postcombustion.
Performances constantes malgré des cycles rapides de chauffage et de refroidissement.
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