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Nimonic 75

Le Nimonic 75 est un alliage nickel-chrome haute température utilisé pour des pièces usinées CNC nécessitant une résistance à l’oxydation, une stabilité mécanique et une résistance modérée au fluage jusqu’à 1000 °C.

Introduction au Nimonic 75

Le Nimonic 75 est un superalliage à base de nickel et de chrome, reconnu pour son excellente résistance à l’oxydation, sa résistance modérée et sa remarquable stabilité thermique à des températures pouvant atteindre 1000°C. Initialement développé pour les composants de turbines à gaz, il a depuis été largement adopté dans les industries aéronautique, du traitement thermique et du nucléaire, où des performances mécaniques fiables dans des environnements à haute température et oxydants sont essentielles.

Grâce à sa composition équilibrée et à des additions de durcissement relativement faibles par rapport à d’autres nuances Nimonic, le Nimonic 75 est plus facile à fabriquer et à usiner. Il est souvent formé, soudé et fini avec précision par usinage CNC afin de produire des composants à tolérances serrées, tels que des supports, des structures d’échappement, des pièces de four et des éléments de commande.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Nimonic 75

Le Nimonic 75 (UNS N06075 / W.Nr. 2.4951 / ASTM B409, B462) est un alliage durci par solution solide, doté d’une matrice Ni-Cr simple, conçu pour la résistance à l’oxydation et la stabilité dimensionnelle dans des environnements soumis à des cycles thermiques.

Composition chimique (typique)

Élément	Plage de composition (wt.%)	Rôle clé
Nickel (Ni)	Équilibre (≥76,0)	Élément de base pour la résistance à la corrosion et la stabilité thermique
Chrome (Cr)	18,0–21,0	Assure la résistance à l’oxydation via la formation d’une couche de Cr₂O₃
Fer (Fe)	≤5,0	Élément résiduel ; améliore la résistance et l’efficacité coût
Titane (Ti)	0,2–0,6	Améliore la résistance au fluage et à la rupture à haute température
Manganèse (Mn)	≤1,0	Améliore l’aptitude au travail à chaud
Silicium (Si)	≤1,0	Contribue à la résistance à l’oxydation
Carbone (C)	≤0,08	Contrôle la précipitation des carbures et les propriétés de fluage
Cuivre (Cu)	≤0,5	Limité pour éviter la fragilité à chaud
Soufre (S)	≤0,015	Minimise la fissuration à chaud lors du soudage

Propriétés physiques

Propriété	Valeur (typique)	Norme / condition d’essai
Densité	8,37 g/cm³	ASTM B311
Plage de fusion	1345–1380°C	ASTM E1268
Conductivité thermique	11,0 W/m·K à 100°C	ASTM E1225
Résistivité électrique	1,02 µΩ·m à 20°C	ASTM B193
Dilatation thermique	13,4 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
Capacité calorifique spécifique	430 J/kg·K à 20°C	ASTM E1269
Module d’élasticité	205 GPa à 20°C	ASTM E111

Propriétés mécaniques (état recuit)

Propriété	Valeur (typique)	Norme d’essai
Résistance à la traction	760–880 MPa	ASTM E8/E8M
Limite d’élasticité (0,2 %)	300–370 MPa	ASTM E8/E8M
Allongement	≥35%	ASTM E8/E8M
Dureté	150–190 HB	ASTM E10
Résistance à la rupture par fluage	140 MPa à 800°C (1000 h)	ASTM E139
Résistance à l’oxydation	Excellente jusqu’à 1000°C	ASTM G111

Caractéristiques clés du Nimonic 75

Résistance supérieure à l’oxydation : supporte une exposition prolongée aux atmosphères oxydantes et aux cycles thermiques jusqu’à 1000°C.
Bonne formabilité et soudabilité : plus facile à mettre en œuvre que les superalliages durcis par précipitation ; adapté au soudage et à l’usinage CNC de formes complexes.
Propriétés mécaniques stables à haute température : conserve la stabilité dimensionnelle et de faibles vitesses de fluage dans les composants exposés à la chaleur sur de longues durées.
Résistance à la corrosion en milieux chimiques modérés : offre une résistance aux acides dilués, au brouillard salin et à la corrosion atmosphérique.

Défis et solutions d’usinage CNC du Nimonic 75

Défis d’usinage

Écrouissage

La tendance de l’alliage à se durcir rapidement pendant la coupe peut accroître l’usure des outils et provoquer des imprécisions dimensionnelles.

Arête rapportée (BUE)

L’adhérence du matériau de la pièce sur l’outil de coupe en conditions de forte friction affecte la qualité de surface et la durée de vie de l’outil.

Conductivité thermique modérée

Cela entraîne une concentration de chaleur à l’interface outil-pièce, augmentant le risque de micro-ébréchures et d’endommagement de surface.

Stratégies d’usinage optimisées

Sélection des outils

Paramètre	Recommandation	Justification
Matériau de l’outil	Carbure à grain fin (K20–K30) ou outils HSS revêtus	Maintient la stabilité de l’arête sous l’effet de la chaleur
Revêtement	AlTiN ou TiAlCrN (PVD 3–5 µm)	Améliore la résistance thermique et réduit la BUE
Géométrie	Angle de coupe positif, arrondi d’arête 0,03–0,05 mm	Réduit les efforts de coupe et améliore l’état de surface

Paramètres de coupe (conformes ISO 3685)

Opération	Vitesse (m/min)	Avance (mm/tr)	Profondeur de passe (mm)	Pression du lubrifiant (bar)
Ébauche	20–30	0,20–0,25	1,5–2,5	70–100
Finition	40–55	0,05–0,10	0,5–1,0	100–150

Traitements de surface pour les pièces en Nimonic 75 usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP élimine la porosité interne et améliore la durée de vie en fatigue et en fluage des pièces moulées ou fabriquées par AM.

Traitement thermique

Traitement thermique améliore l’uniformité des grains et la stabilité mécanique aux températures de service supérieures à 800°C.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages permet des assemblages robustes en utilisant des baguettes d’apport Nimonic assorties pour des ensembles résistants à la pression et à la chaleur.

Revêtement barrière thermique (TBC)

Revêtement TBC assure une protection contre les environnements à gaz haute vitesse ou à chaleur rayonnante dans les applications aéronautiques.

Usinage par électroérosion (EDM)

EDM permet de réaliser des caractéristiques de haute précision dans des zones durcies ou difficiles d’accès, sans déformation thermique.

Perçage profond

Perçage profond garantit la concentricité et un bon état de surface dans les conduits de refroidissement ou de fluides avec des rapports L/D supérieurs à 15:1.

Essais et analyses des matériaux

Essais matériaux inclut les essais de traction, de fluage, de fatigue, l’analyse chimique, l’évaluation microstructurale et les contrôles non destructifs (CND).