Qu'est-ce qui rend les alliages Inconel si spéciaux ?

Les alliages d'Inconel sont l'un des métaux les plus polyvalents qui soient. Leurs applications couvrent un large éventail d'industries grâce à leurs hautes performances et leurs propriétés supérieures.

Ils sont un choix naturel dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de la marine et du pétrole et du gaz, car ils sont spécifiquement optimisés pour résister à certaines des conditions de fabrication les plus exigeantes.

Qu'est-ce qui rend les alliages Inconel® si spéciaux ? Voici tout ce que vous devez savoir à leur sujet.

Comment sont fabriqués les alliages Inconel

Bien que les alliages Inconel varient considérablement dans leur composition, ils sont tous constitués de nickel et de chrome comme éléments principaux. Ces métaux spéciaux ne doivent pas être confondus avec l'acier inoxydable duplex, l'acier inoxydable austénitique ou tout autre type d'alliage d'acier inoxydable. Voici un bref aperçu des différents types d'alliages Inconel et de leurs compositions respectives.

INCONEL 600

Cet alliage de nickel-chrome est très résistant à une large gamme d'éléments corrosifs. Il ne succombe pas à l'oxydation générale ou à la fissuration par corrosion sous contrainte causée par les ions chlorure, même dans des conditions de température extrêmes.

INCONEL 601

L'Inconel 601 contient du nickel, du chrome et de l'aluminium. L'ajout d'aluminium lui confère des propriétés mécaniques exceptionnelles même dans des environnements à haute température.

INCONEL 625

L'Inconel 625 contient du nickel, du chrome, du molybdène et du niobium. La réaction entre le molybdène et le niobium provoque le durcissement de la microstructure de la matrice de l'alliage, augmentant sa résistance à la traction globale. C'est ce qui rend cet alliage à base de nickel extrêmement résistant aux éléments corrosifs courants dans des conditions difficiles.

INCONEL 690

Contrairement aux autres alliages métalliques de la famille, l'Inconel 690 est composé de haute teneur en chrome et en nickel. L'utilisation de haute teneur en chrome rend cette variante particulière de l'alliage métallique très résistante aux conditions corrosives synonymes d'environnements aqueux. Sa haute résistance à la corrosion lui permet également de résister à la sulfuration qui se produit dans les environnements à haute température.

INCONEL 718

La structure et la réponse de l'Inconel 718 sont assez différentes des autres métaux de la famille. Ce superalliage à base de nickel est composé de nickel et de chrome, ainsi que de quantités importantes de molybdène, de niobium et de fer. Il contient également des traces d'aluminium et de titane. Ces éléments d'alliage combinés rendent l'Inconel 718 assez solide, flexible et résistant à la fissuration après soudure.

Applications des alliages Inconel

Les fabricants et les ingénieurs de conception utilisent les alliages Inconel® dans plusieurs applications industrielles qui nécessitent des matériaux fiables et techniquement supérieurs. Le fait qu'ils offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion et aux hautes températures les rend très attrayants.

Ces alliages sont mieux réservés à une utilisation dans des environnements où d'autres matériaux ne résisteront pas aussi bien. Voici un aperçu de certaines des principales applications industrielles qui reposent sur les alliages Inconel.

INDUSTRIE AÉROSPACIALE

Les composants des moteurs à réaction sont constamment exposés à des pressions élevées et à des températures élevées. Par conséquent, les matériaux utilisés dans leur construction doivent résister à ces conditions tout en conservant leur résistance et leur intégrité.

Un superalliage à base de nickel est un choix naturel pour toute application à haute température. Il offre une résistance à la corrosion, une résistance au fluage-déformation dans des environnements à fortes contraintes et de faibles taux de dilatation même dans des conditions de température élevées. L'Inconel® 718 et 750, par exemple, est utilisé dans la fabrication de joints de turbine, de fixations et de chemises d'échappement.

INDUSTRIE AUTOMOBILE

Un moteur de voiture est une machine délicate. Il génère une grande quantité de chaleur mais doit encore être efficace, léger et fiable. Les Inconel 600, 601 et 625 ont de larges gammes d'applications, y compris la construction de composants critiques dans les véhicules hautes performances. De plus, il est souvent utilisé dans les dispositifs de sécurité passive tels que les airbags, les appareillages électriques, les pompes à carburant, les capteurs, les systèmes d'allumage et les raccords d'échappement.

INDUSTRIE MARINE

Les alliages Inconel sont conçus pour des performances élevées même dans les conditions les plus extrêmes, telles que celles de l'industrie maritime. Un alliage de nickel est conçu pour résister aux conditions hautement corrosives présentes dans les usines de traitement offshore qui dépendent de l'eau de mer comme liquide de refroidissement.

L'Inconel 625 est couramment utilisé dans le gainage des câbles de communication sous-marins, les moteurs de propulsion, les pales d'hélice, les câbles métalliques et même les équipements de fond de trou.

Caractéristiques des alliages Inconel

L'une des caractéristiques les plus remarquables de l'alliage Inconel est sa résistance à la corrosion. Ils présentent également une résistance à l'oxydation remarquable et peuvent supporter des températures élevées, même par rapport à l'acier inoxydable.

Lorsqu'il est exposé à une chaleur élevée, l'Inconel forme une couche d'oxyde de passivation protectrice sur sa surface pour le protéger contre d'autres dommages. Non seulement il résiste à la chaleur, mais il conserve également sa résistance dans ces conditions. De plus, l'Inconel est résistant à la pression, ce qui en fait le choix idéal pour les applications extrêmes dans divers domaines.

Résistance à haute température des alliages Inconel

La résistance d'un alliage à haute température est développée par le renforcement en solution solide et le renforcement par précipitation, ou le durcissement par vieillissement. Le traitement thermique utilisé dépend du superalliage spécifique.

Ces techniques combinent le nickel avec des quantités variables de niobium pour former le gamma double prime (γ″). Ce composé intermétallique crée de minuscules cristaux cubiques qui empêchent la déformation par fluage et le glissement à haute température.

La formation de ces cristaux continue d'augmenter avec le temps, en particulier après 3 à 72 heures d'exposition de l'alliage à des températures de 1 560 °F (850 °C) et plus. Cette épaisse couche d'oxyde passivante permet au métal de rester exceptionnellement résistant sur une large plage de températures.

Voici un aperçu des caractéristiques mécaniques d'une feuille d'Inconel 718 après avoir subi un traitement thermique de précipitation.

Limite d'élasticité à l'état recuit (Min avec 0,2 % de décalage) : 80 000 psi (550 MPa)

Résistance à la traction ultime (Min) : 140 000 psi (965 MPa)

Allongement (Min) : 30 (pourcentage en 2 po.)

Coefficient de dilatation thermique à 77°F à 1400°F : 8,9

Compte tenu de la haute résistance des superalliages, vous devez tenir compte de certaines considérations critiques de la machine lors de leur découpe. Leur résistance aux températures élevées ajoute généralement de la chaleur supplémentaire à l'outil de coupe, réduisant ainsi ses performances. L'incorporation d'un insert ou d'un revêtement spécial résistant à la chaleur pendant l'usinage aide la machine à mieux tenir pendant le processus de coupe.