Inconel 800H
Introduction à l’Inconel 800H
L’Inconel 800H est une variante haute performance de la série Inconel 800, conçue pour offrir des propriétés mécaniques améliorées à haute température. Il conserve la composition chimique de base de l’Inconel 800 — nickel, fer et chrome — mais est modifié avec une teneur en carbone contrôlée (0,05–0,10 %) ainsi qu’un apport en aluminium + titane afin d’améliorer la résistance au fluage-rupture et l’intégrité structurelle lors d’expositions prolongées à 650–1000°C.
Cet alliage excelle dans des environnements soumis à de fortes contraintes thermiques, tels que les réformeurs d’hydrocarbures, les échangeurs de chaleur et les tubes de chaudières industrielles. Sa taille de grain augmentée et ses propriétés de relaxation des contraintes le rendent adapté aux composants sous pression fonctionnant sous charges thermiques cycliques. L’usinage CNC est généralement réalisé après mise en solution (recuit de dissolution) et stabilisation afin d’assurer la précision et la fiabilité mécanique.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 800H
L’Inconel 800H (UNS N08810 / ASTM B409 / ASME SB409 / DIN 1.4958) est fourni à l’état mis en solution (solution-annealed) et utilisé dans des applications sous pression certifiées (code-stamped) nécessitant des performances à température élevée.
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (en % massique) | Rôle principal |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 30,0–35,0 | Métal de base assurant la résistance à l’oxydation et à la carburation |
Chrome (Cr) | 19,0–23,0 | Favorise la formation d’oxydes stables pour la protection à haute température |
Fer (Fe) | Équilibre (≥39,5 %) | Renforce la matrice structurelle et la résistance |
Carbone (C) | 0,05–0,10 | Augmente la résistance au fluage et à la rupture |
Manganèse (Mn) | ≤1,5 | Améliore l’aptitude au travail à chaud |
Silicium (Si) | ≤1,0 | Améliore le comportement à l’oxydation |
Aluminium (Al) | 0,15–0,60 | Formation de γ′ et résistance à l’oxydation |
Titane (Ti) | 0,15–0,60 | Stabilise la microstructure |
Soufre (S) | ≤0,015 | Minimisé pour améliorer la soudabilité |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 7,94 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1357–1385°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 11,2 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,18 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 14,4 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacité thermique massique | 460 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 190 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état mis en solution)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 520–620 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2 %) | 210–310 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥30 % (longueur utile 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 150–180 HB | ASTM E10 |
Résistance au fluage-rupture | ≥95 MPa @ 815°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 800H
Haute résistance au fluage-rupture : le taux de carbone (0,05–0,10 %) assure une excellente résistance à la déformation thermique de longue durée et à la rupture à ≥800°C.
Stabilité thermique : conserve son intégrité métallurgique lors de la relaxation des contraintes en environnements thermiques cycliques ou en charge de base.
Excellente soudabilité : les ajouts de titane et d’aluminium réduisent le risque de sensibilisation et d’attaque des joints de grains lors de l’assemblage.
Usinabilité CNC : usiné à l’état mis en solution pour atteindre une tolérance dimensionnelle de ±0,01 mm et un état de surface Ra ≤ 0,8 µm.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 800H
Défis d’usinage
Tendance à l’écrouissage
La forte teneur en nickel et en fer augmente l’exposant d’écrouissage, exigeant une profondeur de passe constante afin d’éviter les vibrations (chatter) et l’arête rapportée (BUE).
Usure d’outil à des températures de coupe élevées
L’accumulation locale de chaleur à l’interface outil-pièce accélère l’usure en dépouille et l’usure en cratère, en particulier lors de coupes interrompues.
Environnement d’usinage sans soufre
En raison de la sensibilité de l’alliage au soufre, les fluides de coupe doivent être sélectionnés avec soin afin d’éviter l’embrittlement de surface ou une attaque chimique.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Outils carbure avec revêtements PVD (TiAlN, AlCrN) | Excellente dureté à chaud et résistance à l’oxydation |
Revêtement | TiAlN ou AlTiN 3–5 µm | Réduit le frottement et limite la formation d’arête rapportée |
Géométrie | Angle de coupe positif (10–12°) avec arêtes rodées | Favorise l’évacuation des copeaux et réduit la résistance à la coupe |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de liquide de coupe (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 30–50 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Finition | 60–90 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Traitements de surface pour les pièces usinées en Inconel 800H
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP améliore la densité structurelle et la résistance au fluage en éliminant la porosité des pièces coulées ou fabriquées, un point critique pour les performances à long terme des équipements sous pression.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend une mise en solution à 1100–1150°C suivie d’un refroidissement rapide à l’air afin de stabiliser la taille de grain et d’optimiser les performances au fluage.
Soudage des superalliages
Soudage des superalliages utilise le procédé GTAW à faible apport thermique avec des métaux d’apport correspondants afin de minimiser la fissuration à chaud et la corrosion intergranulaire.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique 125–250 µm de YSZ pour résister à la chaleur radiative et prolonger la durée de vie des composants dans les environnements de réformage et de fours.
Électroérosion (EDM)
EDM permet de réaliser des fentes fines, des rainures et des caractéristiques à tolérances serrées avec une précision allant jusqu’à ±0,01 mm.
Perçage profond
Perçage profond permet de créer des canaux d’écoulement précis avec un rapport L/D > 40:1 dans les composants d’échangeurs de chaleur et de réformeurs.
Essais et analyses des matériaux
Essais des matériaux incluent l’analyse de la taille de grain (ASTM E112), des essais de traction/corrosion, et des contrôles non destructifs conformément aux normes ASME.
Applications industrielles des composants en Inconel 800H
Fours pétrochimiques
Collecteurs de sortie de réformeur, tubes de craquage de l’éthylène et systèmes de manifolds.
Maintient la résistance au fluage et à la corrosion à 800–1000°C en environnements gazeux mixtes.
Production d’énergie (systèmes de chaudières)
Tubulures de surchauffeur/réchauffeur, collecteurs de paroi d’eau (waterwall headers) et limites sous pression.
Longue durée de vie en conditions de fluage et de fatigue thermique.
Générateurs de vapeur nucléaires
Structures de support du cœur, gainage de combustible et tuyauteries de boucle secondaire.
Excellente résistance à la corrosion sous contrainte en milieux riches en chlorures et sous irradiation.
Équipements de traitement thermique
Outillages, mufles, paniers et plateaux.
Résiste à la carburation, au calaminage et aux dérives dimensionnelles lors de cycles répétés.
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