Poudre d'alliage de nickel 718
La poudre d'alliage de nickel 718, également connue sous le nom de poudre d'Inconel 718, est une poudre d'alliage de nickel-chrome très résistante à la corrosion.
| Poudre de métal | Taille | Quantité | Prix/kg | Taille | Quantité | Prix/kg |
| Inconel 718 | 0-20μm | 1KG | 60.9 | 53-105μm | 1KG | 59 |
| 10KG | 39.8 | 10KG | 38 | |||
| 100KG | 34.5 | 100KG | 33 |
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Les quantités minimales de commande sont peu élevées, ce qui permet de répondre à différents besoins.
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Table des matières
Vue d'ensemble
La poudre d'alliage de nickel 718, également connue sous le nom de poudre d'Inconel 718, est une poudre d'alliage de nickel-chrome très résistante à la corrosion. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, le pétrole et le gaz, l'automobile et d'autres applications à haute température en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de sa résistance à l'oxydation et à la corrosion à haute température.
Les principales caractéristiques de la poudre d'alliage de nickel 718 sont les suivantes :
- Haute résistance et dureté jusqu'à ~650°C
- Résistance exceptionnelle à la corrosion
- Excellente résistance au fluage et à la fatigue
- Bonne soudabilité et usinabilité
- Résistance aux chocs et ténacité élevées
- Peut être traité thermiquement pour obtenir des propriétés optimales
La poudre d'alliage de nickel 718 est le plus souvent utilisée dans les techniques de fabrication additive telles que la fusion sélective par laser (SLM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM) et la projection de liant pour fabriquer des géométries complexes. D'autres applications incluent le moulage par injection de métal (MIM) et la pulvérisation thermique ou à froid.
Composition
La composition chimique typique de la poudre d'alliage de nickel 718 est la suivante :
| Élément | Poids % |
|---|---|
| Nickel (Ni) | 50 – 55 |
| Chrome (Cr) | 17 – 21 |
| Fer (Fe) | Équilibre |
| Niobium (Nb) | 4.75 – 5.5 |
| Molybdène (Mo) | 2.8 – 3.3 |
| Titane (Ti) | 0.65 – 1.15 |
| Aluminium (Al) | 0.2 – 0.8 |
| Cobalt (Co) | ≤ 1 |
| Cuivre (Cu) | ≤ 0.3 |
| Manganèse (Mn) | ≤ 0.35 |
| Silicium (Si) | ≤ 0.35 |
| Phosphore (P) | ≤ 0.015 |
| Soufre (S) | ≤ 0.015 |
| Bore (B) | ≤ 0.006 |
| Carbone (C) | ≤ 0.08 |
Les principaux éléments d'alliage tels que Ni, Cr, Nb et Mo contribuent à une résistance élevée par le biais de mécanismes de durcissement par précipitation et de renforcement par solution solide. Le fer est le principal métal de base avec le nickel. Des ajouts moindres d'Al et de Ti contribuent au contrôle de la structure du grain. Les oligo-éléments sont limités pour éviter les effets néfastes.
Propriétés
La poudre d'alliage de nickel 718 offre une combinaison unique de propriétés exceptionnelles, ce qui la rend appropriée pour les pièces de haute performance dans toutes les industries :
| Propriété | Description |
|---|---|
| La force | Résistance à la traction de 1 300 MPa à l'état recuit. Peut atteindre plus de 1 500 MPa après un traitement thermique de durcissement par vieillissement. |
| Dureté | dureté supérieure à 470 HB |
| Densité | 8,19 g/cm3 |
| Point de fusion | 1,260-1,336°C |
| Conductivité thermique | ~11 W/m-K |
| Résistivité électrique | ~125 μΩ-cm |
| Dilatation thermique | ~13 μm/m-°C |
| Module d'élasticité | ~205 GPa |
| Élongation | Plus de 12% |
| La résistance aux chocs | Jusqu'à 100 J à température ambiante |
| Résistance à la fatigue | Très grande résistance à la fatigue et au fluage |
| Résistance à l'oxydation | Résiste à l'oxydation jusqu'à 700°C |
| Résistance à la corrosion | Excellente résistance à la CSC et à d'autres formes de corrosion aqueuse |
| Soudabilité | Bonne soudabilité |
| Usinabilité | Amélioration de l'usinabilité par rapport à l'alliage de nickel 718 ordinaire |
La haute résistance est maintenue à plus de 650°C, avec une bonne ductilité et une bonne ténacité. Sa résistance au fluage, à la fatigue et à la croissance des fissures est bien supérieure à celle des aciers inoxydables. La résistance exceptionnelle à la corrosion permet des applications dans des environnements difficiles. Ces propriétés bien équilibrées font que l'alliage de nickel 718 convient pour les composants critiques.
Caractéristiques
Les caractéristiques uniques de la poudre d'alliage de nickel 718 sont les suivantes :
- Durcissement dû à l'âge ou à la précipitation - Le traitement thermique par précipitation de phases intermétalliques Ni3(Al,Ti) gamma prime et de phases tétragonales Ni3Nb gamma double prime centrées sur le corps permet de développer la résistance dans le temps.
- Renforcement de la solution solide - Les éléments d'alliage tels que le Mo et le Cr se dissolvent dans la matrice nickel-fer, ce qui augmente la résistance de base.
- Traitement thermique - Peut être recuit par mise en solution et durci par précipitation pour adapter les propriétés aux besoins de l'application.
- Produit une couche d'oxyde stable et tenace offrant une résistance à la corrosion.
- Ténacité cryogénique - Conserve sa ductilité et sa ténacité à des températures extrêmes inférieures à zéro.
- Il est facile d'obtenir une microstructure à grain fin grâce aux procédés d'AM par fusion sur lit de poudre
- Capacité du HIP - Le pressage isostatique à chaud peut éliminer la porosité interne des pièces AM
- Bonne aptitude à la fabrication additive avec des puissances laser modérées
Spécifications
La poudre d'alliage de nickel 718 est disponible en différentes distributions de tailles classées en différentes catégories :
Gamme de tailles
| Catégorie | Gamme de tailles (μm) |
|---|---|
| Catégorie fine | 15-45 |
| Qualité extra-fine | 10-22 |
| Qualité submicronique | 0.5-15 |
Répartition par taille
Distributions de tailles typiques pour les processus d'AM :
| Répartition par taille | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
|---|---|---|---|
| 15-45 μm | 20 | 35 | 40 |
| 10-22 μm | 12 | 18 | 22 |
Pureté chimique
| Grade | La pureté |
|---|---|
| Standard | ≥ 99.9% |
| Haute pureté | ≥ 99.95% |
| Ultra haute pureté | ≥ 99.99% |
Normes
La composition des poudres d'alliage de nickel 718 est normalisée en fonction des critères suivants :
- ASTM B637
- AMS 5596G
- AMS 5662M
Toutefois, des compositions personnalisées adaptées à l'AM sont également disponibles.
Applications
La poudre d'alliage de nickel 718 est utilisée dans toutes les industries pour fabriquer des composants critiques par AM ou d'autres procédés de métallurgie des poudres :
L'industrie
| Application | |
|---|---|
| Aérospatiale | Aubes de turbines, disques, arbres, engrenages, boîtiers, supports structurels |
| Pétrole et gaz | Composants de têtes de puits, outils de fond de puits, vannes, pompes |
| Automobile | Pièces de turbocompresseurs, composants de moteurs |
| Médical | Implants orthopédiques, prothèses |
| Défense | Composants de missiles, pièces de systèmes de rotors |
| Production d'électricité | Pièces de la section chaude des turbines à vapeur et à gaz |
| Traitement chimique | Échangeurs de chaleur, cuves de réaction |
Composants
| Composant |
|---|
| Roues de turbocompresseur |
| Revêtements de chambre de combustion |
| Joints d'étanchéité |
| Tubes d'échangeurs de chaleur |
| Corps de vanne |
| Revêtements par pulvérisation thermique |
L'excellente résistance mécanique et la résistance à la corrosion à des températures élevées en font un matériau de choix pour la fabrication de composants structurels à chaud. La résistance au fluage permet de supporter des charges soutenues. L'alliage de nickel 718 est également utilisé dans les applications cryogéniques en raison de sa ductilité à basse température.
Fournisseurs
La poudre d'alliage de nickel 718 adaptée aux processus d'AM et de pulvérisation thermique est fournie par les principaux fabricants :
Fournisseurs
| Entreprise | Marques | Méthodes de production |
|---|---|---|
| Sandvik | Osprey® 718 | Atomisation des gaz |
| Praxair | TRU 718 | Atomisation des gaz |
| Additif pour charpentier | CR 718 | Atomisation des gaz |
| Erasteel | EZ 718 | Atomisation des gaz |
| AP&C | PulNi 718 | Atomisation des gaz |
| Solutions SLM | IN718 | Atomisation des gaz |
| Technologie LPW | LP18Ni700 | Atomisation des gaz |
Liste de prix des poudres Met3dp in718
| Poudre de métal | Taille | Quantité | Prix/kg | Taille | Quantité | Prix/kg |
| Inconel 718 | 0-20μm | 1KG | 60.9 | 53-105μm | 1KG | 59 |
| 10KG | 39.8 | 10KG | 38 | |||
| 100KG | 34.5 | 100KG | 33 |
Les prix varient d'un fournisseur à l'autre en fonction du volume de la commande, de la quantité de poudre, de la caractérisation supplémentaire de la poudre et des niveaux de pureté.
Comment choisir la bonne poudre d'alliage de nickel 718 ?
Le choix du bon type de poudre d'alliage de nickel 718 est essentiel pour obtenir des composants AM de haute qualité. Voici quelques éléments clés à prendre en compte :
Gamme de tailles
- La règle générale est que le plus fin est le meilleur pour la résolution, la finition de la surface, etc.
- Mais une finesse trop élevée entraîne un mauvais écoulement de la poudre et des pertes par diffusion.
- 15-45 μm est l'équilibre optimal pour la plupart des processus d'AM
Répartition par taille
- Des distributions plus serrées comme Dv90 < 10 μm améliorent la densité.
- Mais la gamme permet une bonne densité d'emballage
Sphéricité et morphologie
- La poudre très sphérique et lisse s'écoule agréablement, se tasse densément et s'étale uniformément.
- Les particules irrégulières peuvent avoir un impact négatif sur les propriétés des matériaux
Composition chimique
- Respecter la composition standard de l'ASTM pour une performance prouvée de l'alliage
- Assurer une faible teneur en oxygène et en azote pour éviter la porosité et la faiblesse.
- La grande pureté de la poudre réduit les particules nuisibles de la seconde phase.
- Compositions personnalisées disponibles pour une meilleure processabilité AM
Microstructure
- L'atomisation au gaz permet d'obtenir une structure de grain fine essentielle pour les propriétés mécaniques
- L'absence de textures confère une résistance isotrope
- La contamination et les satellites peuvent engendrer des défauts
Caractéristiques de la poudre
- La bonne fluidité et l'aptitude à l'étalement facilitent le traitement AM.
- La densité apparente influe directement sur la densité finale de la pièce
- Analyser toutes les caractéristiques selon les normes ASTM et MPIF
Comment traiter la poudre d'alliage de nickel 718
La poudre d'alliage de nickel 718 peut être traitée par de multiples techniques d'AM ainsi que par des opérations secondaires :
Fabrication additive
Procédés AM populaires
| Processus | Description |
|---|---|
| Jetting de liant | L'agent de liaison liquide relie sélectivement les particules de poudre |
| Dépôt d'énergie dirigée | L'énergie thermique focalisée fait fondre la poudre pour le dépôt couche par couche |
| Fusion par faisceau d'électrons | Un faisceau d'électrons de haute puissance fusionne sélectivement le lit de poudre |
| Fusion laser sur lit de poudre | Le balayage laser permet de fondre et de consolider les couches de poudre |
| Moulage par injection de métal | Liaison de la poudre avec le polymère, puis déliant et sintérisant |
Toutes les techniques produisent des pièces de forme presque nette qui nécessitent un post-traitement. La projection de liant nécessite une infiltration pour consolider les pièces compactes vertes, tandis que la fusion sur lit de poudre permet d'obtenir des pièces de haute densité. Toutes les options permettent une liberté géométrique et une personnalisation.
Paramètres des meilleures pratiques
Pour la fusion laser sur lit de poudre avec l'alliage de nickel 718 :
- Puissance du laser : 195-250 W
- Vitesse de balayage : 700-850 mm/s
- Espacement des hachures : 0,09-0,12 mm
- Épaisseur de la couche : 20-50 μm
Le pressage isostatique à chaud permet d'éliminer la porosité résiduelle et d'améliorer les propriétés du matériau.
Traitement thermique
Procédure de traitement thermique typique :
- Pressage isostatique à chaud
- 1 160°C, 100 à 150 MPa, 4 heures
- Recuit en solution
- 980°C, maintien pendant 1 heure, trempe à l'argon
- Durcissement par l'âge
- 720°C, 8 heures, refroidissement du four à 620°C
- 620°C, 8 heures, refroidissement à l'air
Cela permet d'obtenir une microstructure uniforme à double prime gamma et d'obtenir une résistance optimale grâce au durcissement par précipitation. Le traitement thermique de mise en solution dissout les intermétalliques riches en Nb/Ti, tandis que le vieillissement les précipite de manière homogène.
Finition de la surface
La rugosité de la surface telle qu'elle est construite est en moyenne de 15 à 20 μm Ra, en fonction des paramètres du processus. Diverses opérations de finition permettent d'obtenir des surfaces lisses :
- Usinage CNC
- Finition par culbutage/vibration
- Gravure chimique
- Électropolissage
- Grenaillage de précontrainte
La plupart des composants AM en alliage de nickel 718 sont usinés pour obtenir la précision dimensionnelle et l'état de surface souhaités.
Applications des pièces en alliage de nickel 718 fabriquées de manière additive
L'AM permet de consolider des composants multiples et des géométries optimisées en utilisant l'alliage de nickel 718 :
| L'industrie | Composants | Avantages |
|---|---|---|
| Aérospatiale | Aubes de turbines, tuyères de fusées | Canaux de refroidissement complexes, formes aérodynamiques |
| Pétrole et gaz | Bagues d'étanchéité, corps de pompe, vannes | Refroidissement conforme, réduction du nombre de pièces |
| Automobile | Roues de turbocompresseur | Réduction de la masse grâce à des structures en treillis |
| Production d'électricité | Composants du parcours des gaz chauds | Délais courts pour les pièces obsolètes |
| Traitement chimique | Raccords de tuyauterie, récipients de réaction | Résistance supérieure à la corrosion |
Les structures en treillis plus légères réduisent la masse des composants. Les canaux de refroidissement conformes dans les outils de la section chaude augmentent l'efficacité. Les formes optimisées sur le plan topologique réduisent les pertes de dynamique des fluides. Tous ces éléments réduisent les coûts du cycle de vie en termes de matières premières, de consommation d'énergie et de maintenance.
En même temps, la projection de liant et la déposition d'énergie dirigée permettent un outillage rapide, un prototypage et une production en petite série directement dans l'alliage de nickel 718.
Avantages et inconvénients de la poudre d'alliage de nickel 718
Pour
- Résistance et dureté extrêmement élevées maintenues jusqu'à ~650°C
- Excellente résistance au fluage, à la fatigue, à la rupture et à la corrosion
- Conserve sa résistance et sa ductilité à des températures cryogéniques
- Propriétés mécaniques quasi isotropes
- Alliage éprouvé avec de la poudre d'alimentation facilement disponible
- Avantage en termes de coûts par rapport aux superalliages de nickel difficiles à usiner
- Personnalisation et flexibilité de la conception grâce à l'AM
- Consolider les composants et les structures légères
Cons
- Moins de possibilités de pressage isostatique à chaud que l'alliage coulé 718
- Toujours sujet à des fissures de solidification en AM
- Nécessite un traitement thermique pour des propriétés optimales
- Résistance inférieure à celle de certains superalliages au Ni
- Sensible aux défauts de fabrication typiques des procédés d'AM des métaux
- La poudre est relativement chère par rapport à l'acier inoxydable
Une optimisation adéquate des paramètres et un contrôle rigoureux de la qualité lors de la fabrication des composants par AM sont essentiels pour exploiter toutes les capacités de ce matériau à hautes performances.
Perspectives d'avenir pour la poudre d'alliage de nickel 718
L'alliage de nickel 718 continuera à être de plus en plus utilisé dans l'AM pour l'aérospatiale, les turbines à gaz, l'outillage et d'autres applications difficiles :
- Les nouveaux moteurs d'avion contiennent plus de 40% d'AM, ce qui permet de réaliser d'importantes économies grâce à la réduction du poids, à l'amélioration de l'efficacité et à la consolidation des pièces.
- La baisse des prix des machines d'AM et l'élargissement de la gamme de matériaux disponibles stimuleront l'adoption de cette technologie.
- Des variantes d'alliages personnalisés à haute résistance sont développées pour repousser les limites.
- De nouveaux traitements thermiques sont en cours d'évaluation pour obtenir un durcissement par précipitation maximal en même temps qu'un durcissement par précipitation.
- La fabrication hybride combinant l'AM, l'usinage et le surfaçage permettra d'atteindre des volumes élevés.
- La normalisation accrue des paramètres des procédés d'AM, des spécifications des poudres et des protocoles de qualification des pièces facilitera la croissance.
Avec l'évolution des méthodes de métallurgie des poudres telles que l'AM, l'alliage de nickel 718 continuera à répondre aux besoins de composants spécialisés dont les performances l'emportent sur les coûts de traitement.
FAQ
Q. Pourquoi l'alliage de nickel 718 est-il préféré aux aciers inoxydables pour les applications à haute température ?
A. L'alliage de nickel 718 conserve une résistance mécanique, une dureté et une résistance à la corrosion bien supérieures à celles des aciers inoxydables à des températures supérieures à 650°C. Il offre également une résistance à la rupture par fluage nettement supérieure, ce qui lui permet de supporter des charges statiques à haute température.
Q. Quelle est la gamme de tailles de particules optimale pour l'AM utilisant de la poudre d'alliage de nickel 718 ?
A. Une granulométrie comprise entre 15 et 45 microns constitue un bon équilibre entre la résolution, l'état de surface, la fluidité de la poudre et la densité d'empaquetage. Les poudres plus fines, inférieures à 10 microns, peuvent être plus difficiles à traiter.
Q. La poudre d'alliage de nickel 718 nécessite-t-elle un pressage isostatique à chaud après la fabrication additive ?
A. Le pressage isostatique à chaud (HIP) élimine les vides internes et la porosité dans les composants AM en alliage de nickel 718. Cela permet d'obtenir une densité proche de 100% et des propriétés matérielles isotropes. Le pressage isostatique à chaud est recommandé mais pas obligatoire avant le traitement thermique.
Q. Pourquoi l'alliage de nickel 718 est-il préférable aux autres alliages pour les applications cryogéniques ?
A. Contrairement à d'autres alliages à haute résistance, l'alliage de nickel 718 conserve une ductilité et une ténacité appréciables à des températures cryogéniques inférieures à zéro, tout en maintenant sa résistance. Il convient donc aux applications de stockage et de transport de gaz liquéfiés.
Q. La poudre d'alliage de nickel 718 présente-t-elle une meilleure résistance à la corrosion que l'alliage 718 corroyé ?
A. L'alliage 718, qu'il soit en poudre ou corroyé, offre une résistance à la corrosion similaire et exceptionnelle dans différents milieux. L'AM à base de poudre permet de fabriquer des composants avec des géométries complexes et optimisées, ce qui améliore encore la résistance à la corrosion.
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