Rene 104
Introduction au Rene 104
Le Rene 104 est un superalliage à base de nickel haute performance, reconnu pour son excellente résistance mécanique à haute température, sa résistance à l’oxydation et sa résistance au fluage. Conçu principalement pour des applications aéronautiques et de production d’énergie, il est idéal pour des composants exposés à des charges mécaniques et thermiques extrêmes, tels que les aubes de turbine, les disques de compresseur et les pièces de turbines à gaz. Le Rene 104 conserve une résistance élevée et une stabilité dimensionnelle à des températures dépassant 1000°C, ce qui en fait l’un des matériaux les plus fiables pour les turbines et moteurs à haut rendement.
En raison des exigences élevées de ces applications, des services d’usinage CNC sont utilisés pour produire des composants de haute précision en Rene 104, garantissant des tolérances serrées et des performances optimales. L’usinage CNC offre la répétabilité, la précision et la fiabilité requises pour ces pièces critiques.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Rene 104
Le Rene 104 (UNS N07040 / W.Nr. 2.4954) est un superalliage à base de nickel à la composition hautement optimisée, conçue pour maximiser la résistance, la tenue à l’oxydation et la stabilité thermique.
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (% masse) | Rôle principal |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Équilibre (~50,0) | Matrice de base ; assure la résistance à l’oxydation et la tenue mécanique à haute température |
Chrome (Cr) | 13,0–16,0 | Forme une couche d’oxyde Cr₂O₃ stable pour une résistance supérieure à l’oxydation |
Cobalt (Co) | 8,5–10,0 | Renforce l’alliage et améliore la résistance à la fatigue thermique |
Molybdène (Mo) | 2,5–3,5 | Augmente la résistance au fluage et la résistance à haute température |
Titane (Ti) | 2,0–2,5 | Forme des phases de renforcement (γ′, γ″) qui améliorent les propriétés mécaniques |
Aluminium (Al) | 1,0–2,0 | Contribue au durcissement par précipitation via la phase γ′ (Ni₃Al) |
Fer (Fe) | ≤1,0 | Élément résiduel |
Carbone (C) | ≤0,08 | La formation de carbures améliore la résistance et la résistance à l’usure |
Manganèse (Mn) | ≤0,5 | Améliore l’aptitude au travail à chaud et réduit la formation de carbures |
Silicium (Si) | ≤0,5 | Améliore la résistance à l’oxydation et la stabilité à haute température |
Bore (B) | ≤0,005 | Renforce les joints de grains et améliore la résistance au fluage |
Zirconium (Zr) | ≤0,05 | Améliore la résistance à la rupture par fluage et la stabilité à haute température |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme / condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 8,3 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1325–1375°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 13,2 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,13 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 14,0 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Chaleur spécifique | 450 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 210 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (traité en solution + vieilli)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 800–950 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥20% | ASTM E8/E8M |
Dureté | 240–270 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | 210 MPa à 900°C (1000 h) | ASTM E139 |
Résistance à la fatigue | Excellente | ASTM E466 |
Caractéristiques clés du Rene 104
Résistance à haute température et résistance à la fatigue Le Rene 104 conserve une résistance à la traction exceptionnelle à haute température, avec des valeurs dépassant 1000 MPa jusqu’à 900°C, ce qui le rend idéal pour les turbines à gaz et d’autres applications à haute température.
Renforcement par précipitation La résistance de l’alliage provient principalement des phases γ′ et γ″, qui confèrent une résistance élevée en traction et en fatigue sans compromettre la soudabilité.
Résistance à l’oxydation et à la corrosion La teneur en chrome permet la formation d’une couche d’oxyde protectrice stable, rendant le Rene 104 très résistant à l’oxydation dans des environnements jusqu’à 1050°C.
Résistance au fluage Avec une résistance à la rupture par fluage supérieure à 200 MPa à 900°C, le Rene 104 est conçu pour supporter des charges thermiques de longue durée sans déformation significative, garantissant l’intégrité des aubes de turbine et d’autres composants.
Bonne soudabilité La chimie du Rene 104 permet une soudabilité fiable, avec un minimum de fissuration à chaud et une bonne conservation de la résistance dans la zone soudée, ce qui le rend adapté aussi bien aux pièces neuves qu’aux réparations.
Défis et solutions d’usinage CNC pour le Rene 104
Défis d’usinage
Usure des outils et écaillage des arêtes
La dureté élevée et la présence de phases de renforcement en solution solide accélèrent l’usure des outils carbure pendant l’usinage.
Génération de chaleur
Si elle n’est pas maîtrisée, la faible conductivité thermique du Rene 104 entraîne des températures élevées dans la zone de coupe, pouvant provoquer la dégradation des outils et des déformations dimensionnelles.
Écrouissage
L’alliage présente un écrouissage important lors de l’usinage, ce qui peut entraîner une augmentation de la dureté de surface allant jusqu’à 30%.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure (K20–K30) ou plaquettes CBN pour la finition | Forte résistance à l’usure et aux hautes températures |
Revêtement | PVD AlTiN ou TiSiN (3–5 µm) | Réduit le frottement et l’accumulation de chaleur |
Géométrie | Angle de coupe positif (6–8°), arête de coupe vive (~0,05 mm) | Réduit les efforts de coupe et l’écrouissage |
Paramètres de coupe (conformes ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression du liquide de coupe (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 15–25 | 0,10–0,20 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Finition | 30–40 | 0,05–0,08 | 0,3–0,8 | 120–150 |
Traitement de surface pour les pièces usinées en Rene 104
Pressage isostatique à chaud (HIP)
Le HIP améliore la densité des pièces et élimine les vides internes, augmentant la résistance en fatigue de plus de 25% pour les composants de turbine.
Traitement thermique
Le traitement thermique comprend une mise en solution à ~1080°C suivie d’un vieillissement à 760°C afin d’optimiser la phase γ′, augmentant la résistance au fluage et à la fatigue.
Soudage des superalliages
Le soudage des superalliages garantit des soudures solides et sans fissures, avec une perte minimale de résistance dans la zone affectée thermiquement.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Le revêtement TBC réduit la température de surface jusqu’à 250°C, améliorant significativement la durabilité des aubes et des buses de turbine.
Usinage par décharge électrique (EDM)
L’EDM permet la réalisation de fonctionnalités complexes et de trous de refroidissement à tolérances serrées, essentiels pour les composants haute performance.
Perçage profond
Le perçage profond garantit des canaux internes précis avec des rapports L/D >30:1 et une déviation de concentricité <0,3 mm/m.
Essais et analyses des matériaux
Les essais matériaux incluent des essais de fluage, de traction et de fatigue afin de confirmer les performances à haute température, ainsi qu’une analyse microstructurale pour vérifier la distribution de la phase γ′.
Applications industrielles des composants en Rene 104
Moteurs de turbines aéronautiques : aubes de turbine, disques de compresseur et joints exposés à des contraintes thermiques et mécaniques cycliques.
Production d’énergie : composants de turbines à gaz tels que aubes, aubes directrices et buses fonctionnant dans des centrales à haut rendement.
Réacteurs nucléaires : cuves sous pression, cœurs de réacteur et barres de commande exposés à des contraintes thermiques et aux radiations.
Systèmes turbo automobiles : soupapes d’échappement, composants de turbocompresseur et pièces moteur résistantes à la chaleur.
Équipements industriels : composants de fours haute température, brides et vannes nécessitant une forte résistance au fluage.
Explorer les blogs associés
