Stellite 25 (Alloy L-605)
Introduction à Stellite 25
Stellite 25, également appelé alliage L-605 (UNS R30605), est un superalliage haute performance à base de cobalt, conçu pour offrir une excellente résistance mécanique, une bonne tenue à l’usure et une stabilité à l’oxydation à haute température. Contrairement à d’autres nuances Stellite optimisées pour une dureté extrême, Stellite 25 présente un profil mécanique équilibré — combinant une dureté modérée avec une résistance supérieure au fluage, une bonne durée de vie en fatigue et une excellente tenue à l’oxydation thermique jusqu’à 1100°C.
Grâce à son durcissement par solution solide (chrome, nickel et tungstène), Stellite 25 est largement utilisé pour des composants structuraux soumis à la fatigue thermique, à des charges élevées et à des environnements chimiquement agressifs. Les pièces sont généralement forgées ou moulées, puis finies avec précision par usinage CNC, notamment pour des applications à tolérances serrées dans l’aéronautique, la production d’énergie et les procédés chimiques.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de Stellite 25
Stellite 25 (UNS R30605 / AMS 5537 / ASTM F90) est un alliage cobalt-nickel-chrome-tungstène reconnu pour son excellente résistance en traction et en fatigue à haute température, ainsi que pour sa résistance à la corrosion et à l’oxydation.
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (en % masse) | Rôle clé |
|---|---|---|
Cobalt (Co) | Équilibre (≥50,0) | Matrice pour la résistance à haute température et la tenue à l’oxydation |
Chrome (Cr) | 19,0–21,0 | Résistance à l’oxydation via formation d’une couche Cr₂O₃ |
Nickel (Ni) | 9,0–11,0 | Améliore la ductilité, la ténacité et la résistance à la corrosion |
Tungstène (W) | 14,0–16,0 | Renforce la résistance par durcissement en solution solide |
Fer (Fe) | ≤3,0 | Élément résiduel |
Carbone (C) | ≤0,10 | Limite la formation de carbures pour conserver la ténacité |
Manganèse (Mn) | ≤2,0 | Améliore l’aptitude au travail à chaud et l’uniformité microstructurale |
Silicium (Si) | ≤1,0 | Aide la tenue à l’oxydation et la fluidité de coulée |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 9,13 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1330–1410°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 12,6 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,00 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 13,1 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 400 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 210 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état corroyé ou traité thermiquement)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Dureté | 25–32 HRC (recuite) / 33–40 HRC (vieillie) | ASTM E18 |
Résistance à la traction | 930–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 430–550 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | 25–35% | ASTM E8/E8M |
Résistance à la fatigue | ≥275 MPa (flexion rotative à 10⁷ cycles) | ASTM E466 |
Résistance au fluage-rupture | 230 MPa à 870°C (1000 h) | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de Stellite 25
Excellente résistance à la fatigue et au fluage : Convient à un service prolongé à 800–1000°C sous charges cycliques ou soutenues.
Tenue supérieure à l’oxydation et à la sulfidation : Conserve l’intégrité de la couche d’oxyde en environnements agressifs (air chaud, vapeur, gaz de combustion riches en soufre).
Bonne ductilité et aptitude à la fabrication : Se prête au formage à froid/à chaud et au soudage, utile pour des conceptions structurales complexes.
Résistance à la corrosion en milieux acides et salins : Supporte l’acide chlorhydrique, l’acide nitrique et les environnements chlorurés, idéal pour les équipements chimiques et marins.
Défis et solutions d’usinage CNC pour Stellite 25
Défis d’usinage
Forte tendance à l’écrouissage
La dureté de surface augmente rapidement (densité de dislocations induite par la déformation), ce qui peut provoquer une déflexion de l’outil et des vibrations.
Usure d’outil due à la matrice tenace
La matrice durcie par solution solide résiste au cisaillement, accélérant l’usure des plaquettes et réduisant la durée de vie outil.
Instabilité dimensionnelle liée à la dilatation thermique
Les opérations de précision nécessitent une maîtrise stricte de la température pour tenir des tolérances de ±0,01 mm, compte tenu du coefficient de dilatation élevé.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix de l’outil
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure à grain fin (grade K30), céramique ou plaquettes CBN | Forte tenue d’arête et résistance à l’usure |
Revêtement | AlTiN ou TiSiN (PVD 3–5 µm) | Réduit l’échauffement et le choc thermique |
Géométrie | Angle négatif avec arête rodée 0,05 mm | Évite le micro-ébrèchement dans les zones écrouies |
Paramètres de coupe (conformes ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 10–15 | 0,20–0,25 | 1,5–2,5 | 100–120 |
Finition | 18–25 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Traitements de surface pour les pièces en Stellite 25 usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP élimine la porosité et améliore la résistance à la fatigue et au fluage des pièces moulées ou issues de fabrication additive.
Traitement thermique
Traitement thermique améliore l’uniformité des grains, la stabilité dimensionnelle et la détente des contraintes, notamment après usinage ou formage.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages avec baguettes d’apport correspondantes assure l’intégrité structurale des assemblages en systèmes haute température.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC apporte une isolation thermique aux composants fonctionnant au-delà de 1000°C (pièces de chambre de combustion, liners, etc.).
Usinage par électroérosion (EDM)
EDM permet des finitions à tolérances sub-10 µm sur surfaces durcies, sans introduire de déformation thermique.
Perçage profond
Perçage profond pour les alésages de précision de pièces rotatives, passages de refroidissement et structures de buses avec L/D > 20:1.
Essais et analyse des matériaux
Essais matériaux incluent traction, fluage, oxydation, profil de microdureté et contrôle ultrasonore des défauts.
Applications industrielles des composants en Stellite 25
Aéronautique : combustion et échappement
Porte-flammes, conduits de transition et supports de turbine nécessitant une résistance à la fatigue et une stabilité à l’oxydation à 1000°C.
Systèmes de réacteurs nucléaires
Tiges, sièges et joints de soupapes exposés aux radiations, à la vapeur sous pression et à des contraintes de fluage à long terme.
Équipements de procédés chimiques
Roue/impulseurs, réacteurs et matériels de pompes soumis à des chlorures acides et à des agents oxydants.
Implants médicaux et dentaires
Composants biocompatibles (p. ex. stents cardiovasculaires, outils chirurgicaux) offrant une longue durée de vie en usure et une bonne stabilité à la corrosion.
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