Poudre d'Inconel 718

Vue d'ensemble

Poudre d'inconel 718 est une poudre d'alliage nickel-chrome utilisée principalement dans les applications de fabrication additive et d'impression 3D de métaux. Les principales caractéristiques de la poudre d'Inconel 718 sont les suivantes :

• Résistance et dureté élevées, y compris à des températures élevées
• Excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation
• Bonne soudabilité et usinabilité
• Capacité de fabrication additive de géométries complexes
• Utilisé dans l'aérospatiale, le pétrole et le gaz, l'automobile et d'autres industries exigeantes

L'Inconel 718 est un alliage de nickel à durcissement par précipitation auquel ont été ajoutés du chrome, du fer, du niobium, du molybdène, du titane et de l'aluminium. Il allie résistance à la corrosion, haute résistance à des températures élevées allant jusqu'à 700°C et facilité de fabrication de pièces complexes par fabrication additive.

Composition de la poudre d'Inconel 718

La composition nominale de la poudre d'Inconel 718 est indiquée ci-dessous :

Élément	Poids %
Nickel (Ni)	50-55%
Chrome (Cr)	17-21%
Fer (Fe)	Équilibre
Niobium (Nb) + Tantale (Ta)	4.75-5.5%
Molybdène (Mo)	2.8-3.3%
Titane (Ti)	0.65-1.15%
Aluminium (Al)	0.2-0.8%

La teneur en fer est équilibrée à 100% en poids. D'autres oligo-éléments comme le carbone, le manganèse et le silicium peuvent être présents en petites quantités.

Les principaux éléments d'alliage de la poudre d'Inconel 718 sont le nickel, le chrome, le niobium et le molybdène. Le nickel forme la matrice de l'alliage et lui confère sa ductilité. Le chrome assure la résistance à l'oxydation et à la corrosion. Le niobium, combiné au nickel et au chrome, contribue au durcissement par précipitation. Le molybdène améliore également la résistance à haute température en renforçant la solution solide.

Caractéristiques et propriétés des Poudre d'Inconel 718

La poudre d'Inconel 718 présente les caractéristiques suivantes :

Propriétés mécaniques :

• Résistance à la traction : 1 034 - 1 414 MPa
• Limite d'élasticité : 827- 1 103 MPa
• Allongement : Environ 20%
• Dureté : 36-48 HRC

Propriétés physiques :

• Point de fusion : 1300°C
• Densité : 8,19 g/cm3

Propriétés thermiques :

• Coefficient de dilatation thermique : 12,8 x 10^-6 /K
• Température de service maximale : 700°C
• Conductivité thermique : 11,2 W/m.K

Résistance à la corrosion :

• Excellente résistance à la corrosion dans une large gamme d'acides, de bases et de sels
• Résiste à la sulfuration et à l'oxydation jusqu'à 700°C

Distribution de la taille des particules de la poudre d'Inconel 718

Les distributions granulométriques typiques de la poudre d'Inconel 718 pour les processus AM sont les suivantes :

Taille des particules (μm)	Pourcentage (%)
15 à 25	55%
25 à 45 ans	30%
45 à 75	10%
Au-dessus de 75	5%

Des distributions granulométriques plus étroites, comme 15-45 μm, peuvent être utilisées, mais des distributions plus larges, entre 15-75 μm, sont généralement courantes. Des poudres atomisées plus fines, inférieures à 15 μm, sont également disponibles. Les particules plus grosses, supérieures à 100 μm, peuvent nécessiter un tamisage.

Méthodes de production de la poudre d'Inconel 718

Les méthodes courantes de production de la poudre d'alliage Inconel 718 sont les suivantes :

• Atomisation des gaz - Un gaz inerte à haute pression (N2 ou Ar) désintègre l'alliage fondu en fines gouttelettes qui se solidifient en poudre. Cette poudre sphérique est idéale pour l'AM.
• Procédé à électrodes rotatives - Le matériau fondu est filé à grande vitesse dans une atmosphère inerte pour produire des paillettes ou des poudres sphériques. Coût inférieur à celui de l'atomisation.
• Procédé d'électrodes rotatives à plasma (PREP) - Des électrodes d'Inconel 718 sont tournées et fondues à l'aide d'une source de chaleur plasma dans une atmosphère de gaz inerte. On obtient ainsi une poudre sphérique adaptée à l'AM.
• Fusion par induction sous vide (VIM) suivie d'une atomisation au gaz - L'alliage est d'abord fondu à l'aide du VIM pour affiner la composition et éliminer les inclusions. Il est ensuite atomisé en poudre.

Les poudres d'électrodes atomisées au gaz et rotatives au plasma avec une distribution contrôlée de la taille des particules sont préférées pour la fabrication additive avec l'Inconel 718.

Normes et spécifications

La poudre d'Inconel 718 fabriquée pour les applications de fabrication additive est conforme aux spécifications suivantes :

Norme/spécification	Organisation
AMS 5662	SAE International
ASTM B214	ASTM International
ISO 21432	ISO

La chimie est conforme à l'AMS 5662 et les propriétés mécaniques à l'AMS 5662 ou à l'ASTM B214 après fabrication par AM et traitement thermique.

Utilisations et applications

Les principales utilisations et applications de la poudre d'alliage d'Inconel 718 sont les suivantes :

Aérospatiale : Les composants aérospatiaux critiques tels que les pales de turbines, les boîtiers, les fixations, les engrenages, les guides d'ondes et les cellules sont fabriqués de manière additive à l'aide de poudre d'Inconel 718 en raison de sa résistance élevée et de ses performances à des températures élevées.

Pétrole et gaz : Utilisé pour imprimer les outils de fond de puits, les vannes, les composants de tête de puits qui doivent résister à la fissuration et à la corrosion par le sulfure d'hydrogène.

Automobile et course : Les composants légers et performants tels que les turbocompresseurs, les soupapes de moteur et les collecteurs d'échappement sont imprimés en 3D en Inconel 718 plutôt qu'en acier.

Soins médicaux et dentaires : Instruments chirurgicaux, couronnes et implants dentaires imprimés en raison de leur biocompatibilité et de leur capacité à être stérilisés par autoclavage.

Outillage : L'outillage léger en Inconel 718 imprimé en 3D par AM offre une durée de vie plus longue que les aciers d'outillage traditionnels.

Pompes, vannes et quincaillerie marine : Composants exposés à la corrosion de l'eau de mer et aux environnements marins imprimés en Inconel 718.

Avantages de la poudre d'Inconel 718

Les avantages de l'utilisation de la poudre d'Inconel 718 pour la fabrication additive sont les suivants :

• Les pièces imprimées en Inconel 718 peuvent égaler ou dépasser les niveaux de résistance des pièces forgées.
• Capacité à produire des géométries complexes et légères, ce qui n'est pas possible avec les pièces moulées
• La finition de la surface imprimée est beaucoup plus lisse que les surfaces usinées.
• Le poids réduit des composants permet de diminuer la consommation de carburant dans les applications aérospatiales
• Excellente résistance à la corrosion dans les environnements difficiles sans revêtement
• La dureté élevée offre une bonne résistance à l'usure et à l'abrasion.
• Composants entièrement denses par rapport aux défauts de porosité des pièces coulées
• Réduction des délais et des coûts par rapport aux pièces forgées ou moulées

Limites de Poudre d'Inconel 718

Les limitations ou inconvénients associés à la poudre d'Inconel 718 sont les suivants :

• Coût élevé des matériaux par rapport aux aciers à outils ou aux alliages d'aluminium
• Nécessite un pressage isostatique à chaud (HIP) après l'AM pour obtenir les meilleures propriétés.
• Difficulté d'impression et de traitement en raison d'une mauvaise conductivité thermique
• Risque de fissuration et de porosité en l'absence de paramètres optimisés
• Un nombre limité de modèles d'imprimantes 3D métalliques peuvent traiter la poudre d'Inconel 718
• Les opérations de post-traitement telles que l'enlèvement des supports, l'usinage et la finition augmentent les coûts.
• La qualification et la certification nécessitent des essais mécaniques coûteux

Analyse des coûts

Les prix typiques de la poudre d'alliage Inconel 718 pour la fabrication additive sont résumés ci-dessous :

Qualité de la poudre	Coût par kg
Inconel 718 Poudre atomisée pré-alliée	$220 - $350 par kg
Poudre d'Inconel 718 atomisée par plasma	$245 - $425 par kg
Poudre d'Inconel 718 atomisée au gaz	$275 - $485 par kg
Poudre Inconel 718 HIP	$300 - $450 par kg

Le coût dépend de la distribution de la taille des particules de poudre, de la morphologie, de la méthode de fabrication et de la quantité achetée. Le traitement thermique, le traitement HIP, l'usinage, les essais et la certification entraînent des coûts supplémentaires qui peuvent dépasser le coût du matériau. L'achat d'une poudre de qualité aérospatiale entièrement certifiée sera plus coûteux.

Fournisseurs

Parmi les principaux fournisseurs mondiaux de poudre d'alliage de nickel Inconel 718 pour l'AM, on peut citer

Entreprise	Marques
Sandvik Osprey	Osprey 718 pour AM
Additif pour charpentier	CarTech AL718V
Praxair	718 Poudre atomisée
Hoganas	718La caution pour l'AM
Technologie LPW	LP71S-F
Solutions SLM	IN718

Critères de sélection

Les principaux critères de sélection de la poudre d'Inconel 718 sont les suivants :

Composition chimique - Doit être conforme aux spécifications de composition AMS 5662 ou ASTM B214

Distribution de la taille des particules - Le D50 et la distribution dépendent du procédé AM et de la résolution de couche souhaitée.

Forme de la poudre - La morphologie très sphérique et lisse de la poudre garantit un écoulement optimal de la poudre et des couches uniformes.

Méthode de fabrication - Poudre atomisée au gaz et au plasma de préférence à la méthode PREP et à l'atomisation rotative.

Impuretés - Faibles niveaux d'oxygène et d'azote pour éviter les défauts et les problèmes de fissuration

Densité apparente et densité de prise - Une densité plus élevée améliore les taux de réutilisation de la poudre et le conditionnement.

Débit - Le débit minimum de Hall de 20 secondes pour 50 g assure un étalement régulier de la poudre.

Analyse comparative

Comparaison entre la poudre d'Inconel 718 et les alternatives :

Alliage	Inconel 718	Inconel 625	Haynes 282
Densité (g/cm3)	8.19	8.44	8.36
Résistance à la traction (MPa)	1275	860	1035
Température de fonctionnement maximale (°C)	700	980	730
Résistance à la corrosion	Excellent	Excellent	Modéré
Coût par kg	Haut	Modéré	Haut

Inconel 718 vs poudres d'acier

Paramètres	Inconel 718	Acier maraging	Acier inoxydable
La force	Plus élevé	Équivalent	Plus bas
Dureté	Plus élevé	Légèrement inférieur	Beaucoup plus bas
Coût	3-4 fois plus élevé	–	Plus bas

Avantages par rapport aux aciers inoxydables

• Résistance accrue à haute température
• Dureté et résistance à l'usure plus élevées
• Amélioration de la résistance à la corrosion

Inconvénients des aciers inoxydables

• Coût des matériaux plus élevé
• ductilité et résistance à la rupture plus faibles
• Plus difficile à imprimer et à traiter

Paramètres d'impression pour Poudre d'Inconel 718

Gamme typique de paramètres d'impression pour la poudre d'Inconel 718 sur les systèmes de fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) :

Paramètres	Gamme
Épaisseur de la couche (μm)	20 – 50
Puissance du laser (W)	195 - 400W
Vitesse de balayage (mm/s)	700 – 1300
Espacement des trappes (mm)	0.08 – 0.12
Température du lit de poudre (°C)	90 – 180

Les paramètres dépendent de facteurs tels que la résolution souhaitée, les propriétés mécaniques, les vitesses de fabrication, les spécifications de l'imprimante OEM et les caractéristiques de la poudre.

Opérations de post-traitement

Les étapes courantes de post-traitement des pièces imprimées en Inconel 718 sont les suivantes :

• Élimination de la poudre: L'excès de poudre est d'abord soufflé ou brossé des cavités internes et des surfaces.
• Soulagement du stress: Chauffage en dessous de la température de mise en solution pour éliminer les contraintes résiduelles.
• Pressage isostatique à chaud (HIP): Le procédé HIP de la capsule permet de fermer les cavités internes et les micropores.
• Traitement des solutions et vieillissement: Traitements thermiques de durcissement par précipitation pour obtenir les propriétés requises
• Usinage de surfaces: Usinage CNC des surfaces imprimées afin de réduire la rugosité et d'obtenir des tolérances plus serrées
• Conditionnement de surface: Le grenaillage de billes de verre, le polissage au laser ou d'autres procédés de conditionnement de la surface peuvent réduire la rugosité.

FAQ

Pourquoi l'Inconel 718 est-il le superalliage le plus utilisé pour l'impression 3D de métaux ?

L'Inconel 718 est populaire pour la fabrication additive en raison de son excellente résistance aux températures élevées, de sa bonne résistance à la corrosion, de sa facilité de fabrication de géométries complexes par impression 3D, de sa capacité à fonctionner dans des environnements extrêmes et de son adoption dans des applications critiques dans l'aérospatiale, le pétrole et le gaz, etc. où l'échec n'est pas une option.

L'Inconel 718 nécessite-t-il un traitement thermique après l'AM ?

Oui, un traitement thermique impliquant un recuit de mise en solution et un vieillissement en plusieurs étapes est nécessaire après l'impression de composants en Inconel 718 par AM afin d'ajuster la microstructure pour la transformer en précipités durcis qui fournissent d'excellentes propriétés mécaniques.

Quelle est la différence entre l'Inconel 625 et l'Inconel 718 dans la fabrication additive ?

Les principales différences sont que l'Inconel 625 a une meilleure soudabilité tandis que l'Inconel 718 offre une plus grande limite d'élasticité et une plus grande résistance à la traction. L'Inconel 718 est également plus performant dans des conditions cryogéniques, tandis que l'Inconel 625 est préféré pour sa résistance à la fatigue, à la fissuration par corrosion sous contrainte et à l'usure.

Les pièces en Inconel 718 doivent-elles être traitées par HIP après l'impression 3D ?

Le pressage isostatique à chaud (HIP) permet d'éliminer les vides internes et la microporosité dans les composants AM en Inconel 718. Le HIP améliore la ductilité, la résistance à la fatigue et à la corrosion tout en réduisant les points de défaillance potentiels. Les applications aérospatiales exigent le pressage isostatique à chaud pour garantir une qualité et une fiabilité optimales.

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