Aperçu de la poudre d'Inconel 718

Vue d'ensemble Poudre d'Inconel 718

L'Inconel 718 est une poudre de superalliage à base de nickel-chrome utilisée pour les applications à haute résistance à des températures élevées. Les propriétés clés incluent :

• Excellente résistance jusqu'à 700°C
• Haute résistance à la corrosion et à l'oxydation
• Bonne résistance à la fatigue et au fluage
• Capacité à résister aux températures cryogéniques
• Compatibilité avec le post-traitement comme le pressage isostatique à chaud

La poudre d'Inconel 718 est largement utilisée pour fabriquer des composants pour l'aérospatiale, le pétrole et le gaz, le nucléaire et d'autres industries exigeantes via la fabrication additive métallique ou la métallurgie des poudres.

Types de poudre d'Inconel 718

La poudre d'Inconel 718 est disponible dans différentes distributions granulométriques, formes et méthodes de production :

Les poudres sphériques et préalliées offrent une qualité supérieure mais coûtent plus cher que les options mélangées ou atomisées au gaz. Le choix dépend des exigences de l'application.

Propriétés et composition de l'Inconel 718

L'Inconel 718 possède une combinaison exceptionnelle de propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion :

La composition nominale de l'Inconel 718 est :

• Nickel : 50-55%
• Chrome : 17-21%
• Fer : Équilibre
• Niobium : 4,75-5,5%
• Molybdène : 2,8-3,3%
• Titane : 0,65-1,15%
• Aluminium : 0,2-0,8%

Cette combinaison d'ajouts de nickel, de chrome et de niobium confère à l'Inconel 718 ses excellentes propriétés mécaniques à haute température.

Applications de la poudre d'inconel 718

La poudre d'Inconel 718 est largement utilisée dans :

• Aéronautique – Composants de moteur tels que pales de turbine, disques, fixations
• Pétrole et gaz – Outils de fond, vannes, composants de tête de puits
• Production d'énergie – Pièces de section chaude de turbine à gaz, fixations
• Automobile – Roues de turbocompresseur, soupapes, composants de moteur
• Traitement chimique – Cuves de réacteurs, échangeurs de chaleur, tuyauterie
• Outillage – Moules à injection, matrices, montages d'outillage
• Médical – Implants orthopédiques grâce à la biocompatibilité

Sa haute résistance à des températures élevées, sa résistance à la corrosion et sa stabilité font de l'Inconel 718 un matériau idéal pour les composants critiques dans toutes les industries.

Avantages de la poudre d'Inconel 718

Les principaux avantages de l’utilisation de la poudre Inconel 718 comprennent :

• Les pièces conservent une résistance et une ténacité élevées jusqu'à 700°C
• Résiste aux environnements oxydants, corrosifs et cryogéniques
• Deux fois plus de résistance à la traction que l'acier inoxydable 316L
• Excellentes propriétés de fatigue et de rupture par fluage
• Peut être une précipitation renforcée par un traitement de vieillissement
• Facilement soudable pour les réparations et l'assemblage
• Résiste aux fissures lors du pressage isostatique à chaud
• Peut être réutilisé jusqu'à 10 fois avec une détérioration minime
• Permet des géométries complexes impossibles à réaliser par usinage
• Réduit le poids des composants par rapport aux formes solides
• Diminue le taux d'achat par rapport aux billettes ou aux pièces forgées

Ces propriétés permettent des améliorations substantielles des performances et des économies de poids dans les composants.

Limites de Poudre d'Inconel 718

Certaines limitations lors du travail avec la poudre d'Inconel 718 incluent :

• Coût des matériaux élevé par rapport aux alliages d'acier et de titane
• Taille des pièces limitée en fonction du volume de fabrication additive de la machine
• Sensible à l'oxydation et à la corrosion au-dessus de 700°C
• Nécessite un pressage isostatique à chaud après la fabrication additive pour soulager les contraintes
• Difficile de densifier complètement lors de la fusion sur lit de poudre laser
• Le post-traitement comme l'usinage peut être difficile en raison de l'écrouissage
• Une finition de surface est nécessaire pour obtenir la rugosité souhaitée
• Nécessite la manipulation et le stockage de poudre sèche pour éviter la contamination
• Nombre limité de fournisseurs qualifiés par rapport aux alliages plus courants

Principes de conception des pièces en Inconel 718

Directives de conception clés pour les composants en Inconel 718 fabriqués à partir de poudre :

• Épaisseur de paroi minimale de 2 mm recommandée pour une résistance adéquate
• Inclure des chanfreins et des congés pour minimiser les concentrations de contraintes
• Les canaux internes doivent avoir un diamètre ≥ 2 mm pour l'élimination de la poudre
• Limiter les surplombs sans supports à 10 mm maximum
• Optimiser l'orientation de la construction pour minimiser les supports et la hauteur totale
• Autoriser un retrait isotrope de ~ 20% pendant le frittage
• Tenir compte d'une précision inférieure et d'une rugosité de surface plus élevée que les pièces usinées
• Conception pour un retrait plus facile de la poudre en incluant des ouvertures
• Autoriser un stock d'usinage supplémentaire si une précision dimensionnelle ou une finition de surface élevée est nécessaire

La simulation des constructions dès le début du processus de conception permet d'identifier tout problème avant la fabrication.

Paramètres de processus pour l'Inconel 718 AM

Les paramètres critiques pour la fabrication additive Inconel 718 comprennent :

• Puissance laser : 100-500 W
• Vitesse de numérisation : jusqu'à 10 m/s
• Diamètre du faisceau : 50-100 μm
• Épaisseur de la couche : 20-50 μm
• Espacement des hachures : 50-200 μm
• Stratégie de numérisation : alterner entre les couches
• Gaz de protection : Argon ou azote
• Débit de gaz : 2-8 L/min
• Température de la plaque de construction : 60-100 °C
• Post-traitement : Pressage isostatique à chaud, traitement thermique

Ces paramètres doivent être précisément optimisés pour obtenir des composants denses présentant la microstructure et les propriétés mécaniques souhaitées.

Post-traitement des pièces en Inconel 718

Les étapes de post-traitement typiques pour les composants Inconel 718 AM comprennent :

• Élimination de la poudre libre par sablage avec des billes en plastique
• Traitement thermique anti-stress à 1080°C pendant 1 heure suivi d'un refroidissement à l'air
• Pressage isostatique à chaud à 1120°C pendant 4 heures sous une pression de 100 MPa
• EDM coupé par fil pour retirer les pièces de la plaque de construction
• Usinage CNC – fraisage, perçage, tournage pour améliorer la finition et la précision
• Amélioration de la surface – meulage, ponçage, polissage
• Grenaillage de précontrainte pour induire des contraintes de compression sur les surfaces
• Tests de qualité – traction, dureté, microstructure, fractographie

Un post-traitement approprié est essentiel pour obtenir les propriétés matérielles requises par l'application.

Tests de contrôle qualité pour l’Inconel 718

Des tests de contrôle qualité complets garantissent la qualité de la poudre et des pièces imprimées :

• Analyse chimique – ICP-OES confirme que la composition de la poudre est conforme à la spécification AMS
• Distribution granulométrique de poudre – Granulomètre à diffraction laser
• Morphologie de la poudre – L'imagerie SEM vérifie la forme sphérique de la poudre
• Microstructure de la poudre – Cartographie EBSD de la structure des grains
• Fluidité de la poudre – Mesurée par les tests en entonnoir Hall et Carney
• Analyse de densité – La pycnométrie à l'hélium et la méthode Archimède vérifient une densité > 99,51 TP3T
• Essais mécaniques – traction, fatigue, ténacité, essais de dureté
• Microstructure – Taille des grains et distribution de phase par microscopie optique et SEM
• Analyse des défauts – Les radiographies et les tomodensitogrammes vérifient les défauts internes
• Rugosité de surface – Mesurée par stylet ou profilomètre optique

Des tests approfondis garantissent que les pièces en Inconel 718 répondent aux normes aérospatiales et industrielles strictes.

Analyse des coûts pour l’Inconel 718 AM

Les coûts associés à la production de l'Inconel 718 AM comprennent :

• Coût de la machine – $500 000 à $1 million pour un système AM de qualité
• Coût des matériaux – $350-500/kg pour poudre d’Inconel 718 vierge
• Coût du travail – Opérateurs qualifiés pour exécuter la construction et le post-traitement
• Coût énergétique – Consommation électrique importante lors des constructions
• Post-traitement – HIP, usinage et autres frais de finition
• Contrôle de qualité – Frais de tests et de caractérisation
• Réutilisabilité – La poudre inutilisée peut être recyclée pour réduire les coûts des matériaux
• Volume des commandes – Des commandes en volume plus élevé offrent des économies d’échelle
• Taux d'achat par vol – Doit considérer la poudre inutilisée qui doit être recyclée
• Géométrie de la pièce – Des pièces bien conçues maximisent l’utilisation des matériaux

Pour la production de petits et moyens volumes, la fabrication additive devient rentable par rapport à l'usinage soustractif en raison des économies de matériaux et de la réduction du rapport achat-vol.

Sélection d'un Poudre d'Inconel 718 Fournisseur

Facteurs clés lors de la sélection d’un fournisseur de poudre Inconel 718 :

• Expertise technique en atomisation gaz et plasma des superalliages de nickel
• Gamme de tailles et morphologies de poudre disponibles – sphérique, mélangée, alliée
• Procédures et certifications d’assurance qualité – ISO 9001, AS9100, etc.
• Capacité à effectuer des analyses chimiques et des tests de distribution granulométrique
• Capacité à livrer de grandes quantités de poudre dans des délais courts
• Capacités de personnalisation telles que le tamisage selon des distributions granulométriques spécifiques
• Prix compétitifs et stables, en particulier pour les commandes en grande quantité
• Capacité à respecter la conformité réglementaire si nécessaire – ITAR, REACH, RoHS
• Échantillons pour la qualification et les tests de poudre du client
• Support technique pour la manipulation et le stockage des poudres
• Une proximité géographique pour une logistique et un support plus rapides

Les fournisseurs établis possédant une expertise de niche dans les poudres d’alliage de nickel ont tendance à mieux satisfaire les besoins des utilisateurs en termes de qualité, de personnalisation, de prix et d’assistance.

Avantages et inconvénients de l'Inconel 718 par rapport à l'acier inoxydable

Avantages de l'Inconel 718 :

• Deux fois la résistance à la traction de l'acier inoxydable 316L
• Résistance au fluage et à la fatigue nettement supérieure
• Résiste à l'oxydation et à la corrosion jusqu'à 700°C
• Meilleure durée de vie en fatigue cyclique que les aciers
• Propriétés constantes grâce à la composition de l'alliage de nickel
• Peut être durci par vieillissement contrairement aux aciers inoxydables standards
• Produit des liaisons plus fortes lorsqu’il est appliqué comme revêtement de matière première
• Plus facile à recycler et à réutiliser la poudre inutilisée

Inconvénients de l'Inconel 718 :

• Coût des matériaux beaucoup plus élevé que les aciers inoxydables
• Température de fonctionnement maximale inférieure à celle de l'acier inoxydable
• Plus difficile à densifier complètement lors de l'impression AM
• Difficile à usiner en raison de l’écrouissage
• Nombre limité de fournisseurs qualifiés
• Sensible à la fragilisation par métal liquide pendant la matinée
• Exigences de post-traitement plus élevées – HIP, traitement thermique
• Nécessite un traitement sous atmosphère inerte contrôlée

Pour les applications critiques où les performances dépassent les considérations de coût, l'Inconel 718 offre des propriétés à haute température nettement supérieures à celles des aciers inoxydables.

Comparaison de l'Inconel 718 et de l'Inconel 625

Les Inconel 718 et 625 présentent les caractéristiques distinctives suivantes :

• L'Inconel 718 offre une résistance à la traction, au fluage et à la fatigue beaucoup plus élevée.
• L'Inconel 625 offre une meilleure résistance globale à la corrosion et à l'oxydation.
• L'Inconel 625 a une soudabilité exceptionnelle tandis que l'Inconel 718 est plus difficile.
• L'Inconel 625 est plus coûteux en raison des nombreux ajouts d'alliages de columbium.
• L'Inconel 625 a une température nominale de service maximale plus élevée.

L'Inconel 718 est préféré pour les applications à haute résistance les plus exigeantes comme les composants aérospatiaux, tandis que l'Inconel 625 est sélectionné lorsque la résistance à la corrosion est la principale exigence.

FAQ

Quelle distribution granulométrique est recommandée pour la fabrication additive avec poudre d'Inconel 718 ?

Une gamme de tailles de particules de 15 à 45 microns avec une majorité entre 20 et 35 microns est généralement recommandée pour la fusion laser sur lit de poudre avec l'Inconel 718 afin de permettre une bonne fluidité et un compactage dense.

Quels sont les traitements thermiques de post-traitement utilisés pour les pièces en Inconel 718 AM ?

Les traitements thermiques courants comprennent un recuit en solution à 1 270 °C, un durcissement par précipitation à 960 °C et une relaxation des contraintes à 1 080 °C. Les traitements de vieillissement en plusieurs étapes peuvent améliorer encore la résistance et la ductilité.

Quelles sont les applications typiques de la poudre d’Inconel 718 dans l’aérospatiale ?

L'Inconel 718 est largement utilisé pour fabriquer des composants de moteurs d'avion tels que des pales, des disques, des fixations, des carters et des pièces de train d'atterrissage nécessitant une résistance élevée à des températures élevées et dans des environnements corrosifs.

L'Inconel 718 nécessite-t-il un pressage isostatique à chaud après le matin ?

Oui, le HIP est fortement recommandé après la fusion sur lit de poudre au laser ou par faisceau d'électrons avec l'Inconel 718 pour éliminer les vides et les pores internes et améliorer la durée de vie en fatigue grâce à l'homogénéisation de la microstructure.

Comment la poudre d’Inconel 718 inutilisée doit-elle être manipulée ?

Toute poudre non utilisée doit être manipulée dans une atmosphère inerte pour éviter l'oxydation et la contamination. La poudre peut être réutilisée jusqu'à 10 fois si elle est conservée dans un environnement contrôlé. Au-delà de 10 recyclages, une nouvelle poudre est recommandée.

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