Poudre d'alliage de nickel HX

Qualification et impression

La qualification de nouveaux matériaux tels que la poudre d'alliage de nickel HX pour la fabrication additive implique une caractérisation approfondie et le développement de processus :

Qualification des poudres d'alliage de nickel HX

• Analyse chimique - Confirmer la conformité de la composition aux spécifications par chimie humide ou OES
• Distribution de la taille des particules - Validation des paramètres de sphéricité et de taille des poudres à l'aide de la diffraction laser
• Densité apparente et mesures de débit - Vérifier l'aptitude à l'épandage de poudre à l'aide d'un débitmètre à effet Hall conformément à la norme ASTM B213.
• Évaluation de la porosité interne - Analyse de l'uniformité de la densité et des défauts internes à l'aide de scanners microCT
• Caractérisation de la microstructure - Utiliser le MEB et l'EDS pour évaluer l'uniformité de l'alliage, la précipitation et les défauts.
• Développement des paramètres du processus - Optimiser la puissance du laser, la vitesse, l'espacement des hachures pour une densité >99,5% à l'aide de cubes d'essai
• Essais mécaniques - Effectuer des essais de traction, de fatigue, de résistance à la rupture et de fluage sur des pièces d'essai AM et les comparer aux propriétés des pièces corroyées.
• Évaluation non destructive - Utiliser des techniques telles que le ressuage pour identifier les défauts de surface et de sous-surface.
• Essais de corrosion - Évaluer le taux de corrosion dans des environnements pertinents par des essais d'immersion ou des normes ASTM.
• Post-traitement - Étude de l'effet du pressage isostatique à chaud (HIP) et du traitement thermique sur les propriétés
• Démonstration de l'application - Fabriquer des prototypes de composants réels et mesurer les performances fonctionnelles par rapport aux objectifs de conception.

Ces essais approfondis permettent de valider la qualité de la poudre d'alliage et son aptitude à imprimer des composants d'application répondant aux objectifs de propriétés requis.

Directives relatives aux paramètres d'impression

Paramètres typiques pour l'impression de poudre d'alliage de nickel HX sur le système SLM 125HL de SLM Solutions :

Les paramètres varient en fonction de facteurs tels que les propriétés souhaitées, l'état de surface, les priorités en matière de vitesse de fabrication et les capacités du système d'AM. Les ensembles de paramètres sont continuellement affinés par des approches DOE rigoureuses afin d'étendre la géométrie imprimable et la gamme de propriétés.

Post-traitement

Les étapes courantes de post-traitement des composants en alliage de nickel HX fabriqués de manière additive sont les suivantes :

• Retrait de la plaque de construction - Découpe par électroérosion à fil ou par scie à ruban pour retirer les pièces de la plaque
• Suppression du support - Retirer avec précaution les supports générés automatiquement, mécaniquement ou par électroérosion.
• Soulagement du stress - Chauffer uniformément le composant à 620°C pendant 1 à 2 heures pour éliminer les contraintes résiduelles.
• Pressage isostatique à chaud - HIP à 1160°C/100-200 MPa pendant 4 heures pour éliminer la porosité interne >98% densité
• Traitement de surface - L'usinage par flux abrasif et le sablage améliorent la finition de la surface.
• Mesure des dimensions - Confirmer les dimensions critiques à l'aide d'une inspection CMM et d'un balayage pour vérifier la précision géométrique.
• Essai de ressuage - Contrôler les défauts de rupture de la surface nécessitant une réparation à l'aide de pénétrants fluorescents ou de colorants visibles.
• Traitement thermique - Traitement en solution à 1120°C, refroidissement rapide à l'air + vieillissement à 720°C/16 heures pour obtenir les propriétés souhaitées.

L'automatisation des opérations de post-traitement est cruciale compte tenu de la complexité géométrique des composants fabriqués additivement à l'aide de poudre d'alliage de nickel HX.

Une conception soignée et des stratégies de soutien sont également essentielles pendant le prétraitement pour améliorer l'efficacité en aval. Des inspections périodiques doivent permettre de vérifier que toutes les exigences en matière de conception et de certification sont respectées.

Applications et études de cas

L'alliage de nickel HX est utilisé dans des domaines d'application exigeants :

Aérospatiale

• Boîtes de combustion - 40% réduction du poids, supporte des températures plus élevées de 100°C
• Boîtier de vanne de purge à jet commercial - Canaux de refroidissement intégrés, flux de fluide optimisé
• Chambres de propulsion pour satellites - Rapport résistance/poids élevé, réutilisable

Pétrole et gaz

• Corps de vanne pour gaz corrosif - Alliage de nickel résistant à la corrosion et à l'environnement H2S
• Composants des vannes de sécurité de fond de puits - Résiste aux températures de 150°C et à l'érosion
• Roue de pompe offshore - Légèreté et efficacité dans le transport des fluides sous l'eau de mer

Automobile

• Roue de compresseur du turbocompresseur - Capacité de vitesse élevée jusqu'à 110 000 tr/min
• Vanne de régulation des gaz d'échappement - Pour des températures de gaz d'échappement allant jusqu'à 1050°C
• Couronne de piston - Les canaux de refroidissement conformes permettent d'augmenter la densité de puissance du moteur

Industriel

• Buse de coulée continue - Un dispositif d'écoulement des fluides à haute température stimule la productivité des aciéries
• Outillage de presse à extrusion - Durabilité améliorée et durée de vie doublée
• Élément chauffant pour presse d'imprimerie - Le circuit intégré en alliage de nickel supporte des températures de 700°C

Ces exemples d'application montrent le potentiel de l'alliage de nickel HX pour repousser les limites de performance dans toutes les industries grâce aux techniques additives. Une plus grande disponibilité des données sur les paramètres et des démonstrations permettra d'élargir l'adoption de ces produits.

FAQ

Q : Quels sont les principaux avantages de l'alliage de nickel HX par rapport aux matériaux conventionnels ?

L'alliage de nickel HX offre une combinaison exceptionnelle de haute résistance jusqu'à 1095°C, ainsi qu'une ténacité et une résistance à la corrosion impossibles à obtenir avec les alliages typiques. La fabrication additive permet des conceptions impossibles à réaliser avec des techniques soustractives.

Q : Quel traitement thermique est utilisé pour les pièces AM en alliage de nickel HX ?

Le traitement de mise en solution à 1120°C suivi d'un vieillissement à 720°C pendant 16 heures permet d'obtenir un excellent équilibre entre la résistance (>150 ksi UTS) et la ductilité (>16% El.). Le HIP est appliqué après la construction et avant le traitement thermique.

Q : Quel est le procédé AM idéal pour la poudre d'alliage de nickel HX ?

La fusion sélective par laser (SLM) est préférable à la fusion par faisceau d'électrons pour l'alliage de nickel HX afin de mieux contrôler les contraintes thermiques et la fissuration. La fusion par laser sélectif permet d'obtenir une densité plus élevée tout en contrôlant les propriétés directionnelles.

Q : Quelles sont les industries qui offrent les meilleures opportunités d'adoption de l'alliage de nickel HX AM ?

Les industries de l'aérospatiale, du pétrole et du gaz, de l'automobile et du traitement thermique industriel adoptent l'alliage de nickel HX pour les composants exigeant une stabilité thermique, une résistance et des performances en matière de corrosion.

Q : L'alliage de nickel HX nécessite-t-il des précautions particulières pour la manipulation ou le stockage des poudres ?

Les poudres d'alliage de nickel ne sont pas dangereuses, mais des précautions respiratoires et antidéflagrantes s'imposent comme pour toute poudre métallique fine. Le stockage sous atmosphère inerte d'argon avec contrôle de l'humidité préserve la réutilisabilité à long terme.