Poudre d'Hastelloy X pour la fabrication additive (impression 3D)
La poudre d'Hastelloy X est une poudre de superalliage à base de nickel qui présente une résistance exceptionnelle à haute température et des propriétés exceptionnelles de résistance à l'oxydation et à la corrosion.
| Poudre de métal | Taille | Quantité | Prix/kg |
| Hastelloy X | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
Faible MOQ
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Table des matières
Aperçu de la poudre d'Hastelloy X
La poudre d'Hastelloy X est une poudre de superalliage à base de nickel qui présente une résistance exceptionnelle à haute température et des propriétés exceptionnelles de résistance à l'oxydation et à la corrosion. Il conserve ses propriétés mécaniques jusqu'à 1150°C, ce qui le rend adapté aux composants critiques des moteurs aérospatiaux, des turbines à gaz industrielles, du traitement chimique et de la manipulation des métaux en fusion.
La poudre d'Hastelloy X peut être utilisée pour fabriquer des pièces à partir de cet alliage haute performance par le biais de procédés de fabrication additive par fusion sur lit de poudre tels que la fusion sur lit de poudre au laser (LPBF) et la fusion sur lit de poudre par faisceau d'électrons (EBM). Cela permet d'imprimer des géométries complexes directement à partir de données de CAO sans les contraintes du moulage et de l'usinage traditionnels.
Comparé aux superalliages de nickel conventionnels, l'Hastelloy X présente une résistance supérieure à la rupture par fluage grâce à l'ajout stratégique d'autres éléments tels que le cobalt et le molybdène. Il résiste aux atmosphères oxydantes, réductrices et neutres jusqu'à des températures extrêmes, ce qui prolonge la durée de vie des composants.
Grâce à la fabrication additive, les concepteurs peuvent construire des pièces en Hastelloy X plus légères avec des canaux de refroidissement conformes et des assemblages intégrés qui n'étaient pas réalisables auparavant. Ce guide couvre la composition des poudres d'Hastelloy X, les données sur les propriétés, les applications, les paramètres de l'imprimante et les fournisseurs afin d'exploiter les avantages de cet alliage.
Composition de la poudre d'Hastelloy X
L'Hastelloy X est un alliage Ni-Cr-Fe-Co-Mo auquel on a ajouté des traces d'autres éléments pour améliorer certaines propriétés. La composition nominale en pourcentage de poids est la suivante
| Élément | Ni | Cr | Fe | Co | Mo | W | Mn | Si |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Poids % | bal. | 21.5 | 18.5 | 12.5 | 9.0 | 0.6 | 0.5 | 0.5 |
- Le nickel est le principal élément de base de la matrice cristalline FCC. Il réduit le coefficient de dilatation thermique.
- Le chrome contribue à la résistance à l'oxydation et à la corrosion grâce à la formation d'une couche protectrice d'oxyde de chrome à la surface.
- Le fer, le cobalt et le molybdène renforcent le matériau par des mécanismes de solution solide. Le cobalt maintient également la ductilité.
- Le tungstène améliore encore la résistance à haute température par la formation de carbures.
- Les oligo-éléments comme le manganèse et le silicium améliorent la coulabilité et l'aptitude au travail à chaud.
Les modifications allant au-delà de cette composition standard visent à adapter l'alliage à des exigences spécifiques, telles qu'une résistance ou une fabricabilité plus élevées, ou à minimiser certains éléments.
Propriétés de la poudre d'Hastelloy X
L'Hastelloy X possède une excellente combinaison de résistance à haute température, de résistance à la corrosion, de fabricabilité et de soudabilité. Ses principales caractéristiques sont les suivantes
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 8,22 g/cm3 |
| Point de fusion | 1350°C |
| Résistance à la traction | 760 MPa (à 20°C)<br>140 MPa (à 1090°C) |
| Élongation % | 50% (à 20°C) |
| Conductivité thermique | 11,3 W/m-K |
| Coefficient de dilatation thermique | 13,0 μm/m-°C |
| Module d'élasticité | 196-214 GPa |
| Rapport de Poisson | 0.29-0.32 |
- Conserve 55% de résistance à température ambiante jusqu'à 900°C. La résistance à la rupture par fluage dépasse 100 MPa pendant plus de 1000 heures à 980°C.
- Résiste à la corrosion à chaud et à l'oxydation dans des gaz à haute vitesse jusqu'à des températures extrêmes. Une couche protectrice d'oxyde Cr2O3 se forme.
- L'aptitude à la fabrication est bonne grâce à une aptitude à la déformation à froid de 45-55% et à une aptitude à la déformation à chaud à haute température. L'usinabilité est évaluée à 35% pour l'acier inoxydable 303.
- Excellente soudabilité. La faible teneur en carbone minimise la précipitation de carbure pendant le soudage.
Propriétés de l'Hastelloy X imprimé
Les propriétés mécaniques des pièces AM en Hastelloy X dépendent de l'orientation de la construction, des paramètres de traitement et des traitements thermiques. Les propriétés isotropes sont possibles à l'état recuit. Exemple de données :
| Propriété | EBMF tel qu'imprimé | LPBF tel qu'imprimé |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | 330 - 470 MPa | 500 - 660 MPa |
| Limite d'élasticité (0.2%) | 230 MPa | 320 MPa |
| Allongement à la rupture | 37% | 35% |
Applications de l'Hastelloy X
L'Hastelloy X est très utilisé dans :
Aérospatiale : Chambres de combustion, barres de pulvérisation, tubes, boîtiers, fixations et logements dans les moteurs d'avion et les turbines de production d'énergie terrestre, en raison de sa résistance aux températures extrêmes et à l'environnement.
Traitement chimique : Tubes de reformeur, serpentins de craquage, échangeurs de chaleur, pièces de robinetterie exposés au traitement des hydrocarbures et à des atmosphères industrielles mixtes à des températures élevées recherchant la résistance à la corrosion.
Traitement des métaux en fusion : Creusets, gaines de thermocouple, fixations et composants de pompes et de vannes entrant en contact avec du verre, de l'aluminium, du zinc, du plomb, du cuivre, de l'acier et des superalliages en fusion pendant les opérations de moulage, de revêtement et de fusion.
Contrôle de la pollution : Conduits, cheminées, épurateurs, ventilateurs, registres traitant les gaz d'échappement acides et chauds dans les usines d'incinération des déchets et les centrales électriques au charbon, qui induisent l'oxydation et la corrosion.
Travail des métaux : Les filières de formage à chaud, les conteneurs d'extrusion et l'outillage maintiennent les superalliages, le titane et les métaux réfractaires à des températures élevées pendant le traitement thermomécanique où la résistance à la chaleur et à l'usure est vitale.
Pièces en Hastelloy X fabriquées par fabrication additive
Les avantages de la fabrication additive de composants en Hastelloy X sont les suivants :
- Fabrication de canaux de refroidissement complexes et de géométries bioniques améliorant la fonctionnalité
- Consolidation des assemblages pour réduire le nombre de pièces
- Personnalisation des alliages pour en améliorer les propriétés
- Itération accélérée de la conception et pièces à la demande
- Réduction des délais de livraison et des stocks
- Construction de structures sandwich complexes avec des treillis
- Alléger les composants grâce à l'optimisation de la topologie
Paramètres du processus d'impression de la poudre d'Hastelloy X
Les procédés LPBF et EBM consistent à étaler de fines couches de poudre métallique d'une épaisseur d'environ 20 à 100 microns et à faire fondre sélectivement certaines zones sur la base de données de CAO en 3D à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons, respectivement. Les paramètres clés de l'Hastelloy X sont les suivants
Paramètres LPBF
| Paramètres | Gamme |
|---|---|
| Puissance du laser (W) | 195 - 380 W |
| Vitesse de balayage (mm/s) | 600-1550 mm/s |
| Taille du faisceau (μm) | 50-200 μm |
| Épaisseur de la couche (μm) | 20-50 μm |
| Espacement des hachures (μm) | 80-140 μm |
| Gaz de protection | Argon |
Paramètres EBM
| Paramètres | Gamme |
|---|---|
| Puissance du faisceau (W) | 2,0-3,5 kW |
| Vitesse du faisceau (m/s) | 1000-3000 m/s |
| Taille du faisceau (μm) | 200 |
| Épaisseur de la couche (μm) | 50-200 μm |
| Décalage de la ligne (μm) | 100 |
| Température de préchauffage (°C) | 1000°C |
Une densité de pièces supérieure à 99% est obtenue dans les deux procédés après détensionnement et pressage isostatique à chaud. Des dimensions minimales de ~100-200 microns sont possibles.
Fournisseurs de poudre d'Hastelloy X pour l'AM
| Entreprise | Désignation du produit | Taille des particules |
|---|---|---|
| Met3DP | Hastelloy X Poudre | 15-45 μm |
| Additif pour charpentier | Hastelloy X MicroMelt Spherical Powder (poudre sphérique) | 10-45 μm |
| AP&C | Hastelloy X45 AM Poudre | D10 45 μm |
| L'Amérique fait | Hastelloy X Poudre atomisée au gaz | D50 17 μm |
| Poudres métalliques | Alliages Hastelloy X sur mesure | 10-53 μm |
| Équipement de l'Atlantique | Poudre d'impression 3D Hastelloy X | 22-71 μm |
Coût de la poudre d'Hastelloy X
En tant que poudre de superalliage de niche pour les applications à haute performance, les prix de la poudre d'Hastelloy X sont plus élevés :
- Le coût de la poudre métallique est de $500-$1000 par kg.
- Les délais de livraison pour les commandes personnalisées peuvent varier de 2 à 16 semaines.
Liste de prix des poudres d'Hastelloy X Met3DP :
| Poudre de métal | Taille | Quantité | Prix/kg |
| Hastelloy X | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
Normes d'essais mécaniques
Les principales méthodes d'essai utilisées pour évaluer les propriétés de traction, de fatigue, de résistance à la rupture et de rupture par fluage des matériaux et des poudres d'Hastelloy X sont les suivantes :
| Standard | Titre | Organisation |
|---|---|---|
| ASTM E8 | Essai de traction des matériaux métalliques | ASTM |
| ASTM E23 | Essai d'impact sur barre entaillée | ASTM |
| ISO 6892 | Essai de traction sur matériaux métalliques | ISO |
| AMS 2633A | Traitement thermique des pièces en Hastelloy X | SAE |
Post-traitement de pièces en Hastelloy X fabriquées de manière additive
Après l'impression, les pièces en Hastelloy X doivent subir les étapes de post-traitement suivantes avant d'être mises en service :
Suppression du support
- Les supports sacrificiels sont détachés par électroérosion à fil ou par dissolution chimique lorsqu'ils sont accessibles.
Déstressant
- Pour éliminer les contraintes résiduelles dues à l'accumulation de couches, chauffer doucement sous vide ou sous gaz inerte à une température comprise entre 760 et 980 °C pendant 1 à 2 heures.
Pressage isostatique à chaud
- HIP l'ensemble de l'impression à une température de 1120°C et une pression de 100-200 MPa pendant 3-6 heures pour fermer les vides internes et la microporosité.
Traitement thermique
- Le recuit de mise en solution entre 1150 et 1210°C assure une microstructure équilibrée et la dureté souhaitée.
Traitement de surface
- Les traitements de surface supplémentaires comprennent le meulage, le fraisage, le polissage et le grenaillage de précontrainte afin d'obtenir la rugosité et la finition de surface requises.
Tests de qualité
- Contrôler la conformité des pièces aux spécifications relatives aux dimensions, à l'intégrité des matériaux, à la microstructure et aux propriétés mécaniques, conformément aux normes applicables. Effectuer un balayage par couches.
Guide de l'acheteur - Imprimantes 3D à lit de poudre Hastelloy X
Les considérations essentielles pour les imprimeurs qui travaillent avec des alliages réactifs comme la poudre d'Hastelloy X sont les suivantes :
Précision - contrôle étroit des processus pour assurer la précision dimensionnelle et la répétabilité des produits fabriqués
Atmosphère inerte - gaz de protection de très haute pureté pour éviter la contamination des matériaux
Automatisation - des systèmes de manipulation des poudres pour minimiser l'exposition à l'oxygène
Assurance qualité - surveillance en ligne, rétroaction en boucle fermée des bassins de fusion et de la microstructure
Logiciel intelligent - des stratégies de balayage spéciales adaptées à l'histoire et à la géométrie thermiques
Productivité - des cadences de fabrication plus rapides grâce à une puissance laser plus élevée et à des volumes de fabrication plus importants
Les principaux modèles sont les suivants
- 3D Systems DMP Factory 500
- GE Additive Concept Laser Xline 2000R
- Système EOS M 400-4 à 4 lasers
- Série SLM Solutions Next Generation
- Machine laser Renishaw RenAM 500 Quad
Perspectives d'avenir pour l'Hastelloy X et le Metal AM
Les applications des composants en Hastelloy X se développeront dans les secteurs existants, car les techniques additives offrent de nouvelles possibilités combinées à une viabilité économique croissante :
- Une utilisation plus courante consiste à imprimer directement en 3D des chambres de combustion de fusées, des pièces de moteurs à réaction commerciaux, des sections chaudes de turbines à gaz industrielles et du matériel de production d'énergie, en raison des avantages qu'ils présentent en termes de géométrie, de refroidissement et de poids.
- D'autres équipements chimiques tels que les échangeurs de chaleur et les réservoirs de traitement avec des canaux conformes imprimés comme un seul corps plutôt que des assemblages de tôles soudées.
- Consolidation des assemblages de modules et des joints traditionnellement brasés pour l'aérospatiale et les équipements de production de semi-conducteurs susceptibles d'être soumis au vide et à des atmosphères corrosives de grande pureté.
- Assemblages d'injecteurs de carburant et plaques de refroidissement d'effusion personnalisés et unitisés, adaptés à des environnements thermiques spécifiques dans les systèmes de propulsion liquide et les turbines.
- Adoption accrue d'implants adaptés au patient, tels que les bridges et les couronnes dentaires, qui tirent parti de la biocompatibilité.
L'avenir de l'AM des métaux lui-même est très positif en raison d'un coût plus abordable et de taux de fabrication et de délais d'exécution plus rapides. Les applications de cette technologie dans le domaine de la fabrication ne cessent de se développer.
FAQ
Q : Pour quelles propriétés de l'alliage Hastelloy X est-il le plus connu ?
R : L'Hastelloy X est surtout connu pour sa résistance élevée à des températures extrêmes allant jusqu'à 1150°C, ainsi que pour sa superbe résistance à la corrosion qui lui permet de supporter des atmosphères chaudes oxydantes et réductrices dans des environnements exigeants.
Q : Quelles sont les industries qui utilisent le plus l'Hastelloy X et les superalliages apparentés ?
R : L'aérospatiale est le principal consommateur d'Hastelloy X en raison de sa résistance à la chaleur (plus de 50%). Vient ensuite le traitement chimique qui s'appuie sur la résistance à la corrosion, puis le traitement des métaux et les applications de contrôle de la pollution.
Q : Qu'est-ce qui fait que l'Hastelloy X est meilleur que les autres superalliages à base de nickel pour les environnements extrêmes ?
R : Des ajouts stratégiques de fer, de cobalt et de molybdène confèrent à l'Hastelloy X la résistance la plus élevée parmi les alliages de nickel jusqu'à 1150°C. Les autres superalliages de nickel ne parviennent pas à atteindre cette température maximale ou finissent par être surclassés en termes de durée de résistance à la rupture.
Q : Quel est le coût typique par kg de poudre d'Hastelloy X adaptée aux procédés AM sur lit de poudre ?
R : L'Hastelloy X étant une poudre spéciale conçue pour des applications exigeantes, son prix varie normalement entre $500 et $1000 par kg. Cela représente 5 à 10 fois le coût de l'acier inoxydable, par exemple. Il y a une majoration supplémentaire pour les commandes de quantités inférieures.
Q : Quel est le meilleur procédé d'impression 3D pour l'Hastelloy X - DMLS ou EBM ?
R : Les procédés LPBF et EBM peuvent tous deux imprimer des composants en Hastelloy X entièrement denses. Les processus basés sur le laser peuvent offrir une meilleure finition de surface et une précision dimensionnelle jusqu'à ~50 microns de détail. Mais la vitesse de fabrication plus rapide de l'EBM le rend préférable pour les applications de production en grande série.
Q : Quel traitement thermique est utilisé pour les pièces en Hastelloy X après la fabrication par AM métal ?
R : Le cycle de traitement thermique typique comprend 1 à 2 heures de trempage entre 1150°C et 1210°C après un premier traitement de détente à 1080°C. Ce traitement homogénéise les éléments dans la matrice, ce qui permet d'obtenir l'équilibre de phase souhaité et les propriétés. Les éléments de la matrice sont ainsi homogénéisés, ce qui permet d'obtenir l'équilibre des phases et les propriétés souhaitées.
Q : L'Hastelloy X est-il plus difficile ou plus facile à usiner que les aciers inoxydables standard 304 ou 316 ?
R : L'Hastelloy X a un indice d'usinabilité inférieur de près de 50% par rapport aux aciers inoxydables courants de la série 300, en raison de sa plus grande résistance et de ses caractéristiques d'écrouissage. Des installations plus rigides et un outillage approprié sont nécessaires.
Q : Peut-on souder le superalliage Hastelloy X à l'aide de méthodes conventionnelles de soudage par fusion ?
R : Oui, l'Hastelloy X présente une excellente soudabilité par soudage à l'arc au gaz tungstène (GTAW), par plasma ou par faisceau laser, en raison de sa faible teneur en carbone et de l'absence de précipités de renforcement le long des joints de grains, qui peuvent former des phases intermétalliques fragiles. Utiliser un alliage d'apport adapté.
Q : Quelles sont les industries qui, à l'avenir, favoriseront l'adoption de l'AM des métaux utilisant des alliages comme l'Hastelloy X ?
R : Les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile et de l'énergie comptent parmi les applications les plus intéressantes pour les pièces métalliques imprimées fabriquées à partir d'alliages qui présentent des propriétés équilibrées telles que la résistance à la température, la résistance à la corrosion et une grande solidité, là où les constructions légères confèrent des avantages significatifs.
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