Poudre d'alliage de nickel 718

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

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 :

1. Pressage isostatique à chaud
   • 1 160°C, 100 à 150 MPa, 4 heures
2. Recuit en solution
   • 980°C, maintien pendant 1 heure, trempe à l'argon
3. 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 :

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.