Hastelloy G30 Poudre
La poudre d'Hastelloy G30 est une poudre d'alliage à base de nickel conçue pour les applications de fabrication additive. Ce matériau avancé offre une excellente résistance à la corrosion, à l'oxydation et aux hautes températures. L'Hastelloy G30 permet de produire des pièces métalliques complexes et performantes à l'aide des technologies d'impression 3D.
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Table des matières
La poudre d'Hastelloy G30 est une poudre d'alliage à base de nickel conçue pour les applications de fabrication additive. Ce matériau avancé offre une excellente résistance à la corrosion, à l'oxydation et aux hautes températures. L'Hastelloy G30 permet de produire des pièces métalliques complexes et performantes à l'aide des technologies d'impression 3D.
Aperçu de la poudre d'Hastelloy G30
La poudre d'Hastelloy G30 présente les caractéristiques clés suivantes :
Composition :
- Nickel : Équilibre
- Chrome : 22.5-23.5%
- Tungstène : 12.5-14.0%
- Fer : 3,0% max
- Cobalt : 6.0%
- Molybdène : 1,5%
Propriétés principales :
- Haute résistance et dureté à des températures élevées allant jusqu'à 1050°C
- Excellente résistance à la corrosion dans les milieux aqueux oxydants, réducteurs et neutres
- Bonne soudabilité avec les méthodes de soudage conventionnelles
- Faible coefficient de dilatation thermique
Gamme de taille des particules : 15-45 microns
Applications industrielles courantes :
- Composants aérospatiaux
- Pièces pour la production d'électricité
- Équipement de traitement chimique
- Composants de puits de pétrole et de gaz exposés à des conditions acides
Principaux fournisseurs : Carpenter Additive, Sandvik Osprey, Hoganas, LPW Technology
Propriétés métallurgiques détaillées
Les propriétés de l'Hastelloy G30 sont le fruit d'une optimisation minutieuse de la composition pour l'impression 3D et d'un traitement thermique ultérieur. Voici quelques caractéristiques métallurgiques clés :
Tableau 1 : Limites de composition et réponse au durcissement par précipitation
| Élément de composition | Wt% | Rôle |
|---|---|---|
| Nickel | Équilibre | Phase matricielle, assure la résistance à la corrosion |
| Chrome | 22.5-23.5% | Forme des carbures/nitrures de Cr, améliore la résistance à l'oxydation |
| Tungstène | 12.5-14.0% | Renforcement de la solution solide, confère une résistance à la chaleur |
| Le fer | 3,0% max | Renforcement supplémentaire de la solution solide |
| Cobalt | 6.0% | Améliore la stabilité de la matrice à des températures plus élevées |
| Molybdène | 1,5% max | Renforcement de la solution solide, favorise la résistance à la corrosion |
Le traitement thermique de durcissement par précipitation appliqué après l'impression 3D conduit à la formation de précipités Ni3(Al,Ti) gamma prime et Ni3(Nb,Ti) gamma double prime. Il en résulte un renforcement significatif et une amélioration des propriétés mécaniques à la fois à température ambiante et à température élevée.
Tableau 2 : Propriétés principales de la poudre d'Hastelloy G30
| Propriété physique | Tel qu'imprimé | Traitement thermique |
|---|---|---|
| Densité (g/cc) | 8.45 | 8.45 |
| Module de Young (GPa) | 205 | 205 |
| Coefficient de dilatation thermique (10-6/°C) | 11.0 | 11.0 |
| Conductivité thermique (W/m-°C) | 11 | 11 |
| Résistivité électrique (μΩ-cm) | 117 | 117 |
| Propriété mécanique | Tel qu'imprimé | Traitement thermique |
|---|---|---|
| Résistance à la traction (MPa) | 950 | 1275 |
| Limite d'élasticité (MPa) | 790 | 1240 |
| Élongation (%) | 35 | 20 |
| Dureté (HRC) | 24-32 | 36-42 |
Tableau 3 : Propriétés de résistance à la corrosion
| Méthode d'essai | Détails du test | Résultats |
|---|---|---|
| ASTM G28A | Solutions acides (pH<3) d'acide sulfurique et nitrique, conditions ambiantes et d'ébullition, 7 jours | Excellent - Pas de piqûres, de fissures ou de perte de poids |
| ASTM G48A | 50% solution de chlorure ferrique et d'acide chlorhydrique, en ébullition, 72 heures | Pas d'attaque |
| NACE TM-01-77 | saumure saturée en H2S à température ambiante, 1 mois | Pas de SSC (sulfure stress cracking) |
| ISO 15156/NACE MR0175/MR0103 | Certification de la résistance au service acide | Conforme au service H2S de niveau III |
La résistance exceptionnelle à la corrosion ambiante et à chaud permet une performance fiable des composants fabriqués en Hastelloy G30 dans des environnements de service exigeants. Il répond aux niveaux de certification stricts fixés par la NACE pour les applications de pétrole et de gaz acides.
Impression par fusion sur lit de poudre laser
Les pièces en Hastelloy G30 peuvent être fabriquées à l'aide des techniques de fabrication additive par fusion sélective au laser (SLM) et par dépôt direct au laser (DLD). Voici quelques paramètres recommandés pour la fusion sur lit de poudre :
Tableau 4 : Paramètres typiques de l'impression laser
| Paramètres | Gamme |
|---|---|
| Puissance du laser (W) | 150-400 |
| Vitesse de balayage (mm/s) | 800-1500 |
| Espacement des hachures (μm) | 80-150 |
| Épaisseur de la couche (μm) | 20-100 |
| Gaz inerte | Argon |
| Niveau d'oxygène | <1000 ppm |
Des pièces de haute densité avec des microstructures fines peuvent être produites par un traitement SLM optimisé. Ce traitement est suivi d'un pressage isostatique à chaud pour éliminer la porosité interne et d'un traitement thermique de durcissement par précipitation pour améliorer les propriétés mécaniques.
Tableau 5 : Principaux modèles d'imprimantes à fusion laser à lit de poudre
| Marque et modèle de l'imprimante | Taille du bâtiment (mm) | Type de laser | Gaz inerte |
|---|---|---|---|
| EOS M400-4 | 750⌀ x 380 | Fibre Yb 400W | Argon |
| GE Additive Concept Laser M2 | 250 x 250 x 300 | Nd:YAG 500W | Argon |
| Renishaw AM500 | 250 x 250 x 350 | Nd:YAG modulé 500W | Argon |
| SLM Solutions 280 2.0 | 280 x 280 x 365 | Nd:YAG 400W | Azote |
Tous les principaux fabricants d'imprimantes 3D pour métaux ont mis sur le marché des machines capables de traiter sans problème des superalliages de nickel tels que l'Hastelloy G30. Ils utilisent des lasers de haute précision et des atmosphères de gaz inertes contrôlées.
Applications industrielles
Voici quelques applications courantes où les pièces imprimées en Hastelloy G30 offrent des performances supérieures à celles des matériaux conventionnels :
Pétrole et gaz :
- Vannes de tête de puits, arbres de Noël, collecteurs
- Soupapes de sécurité de fond, manchons
- Tuyauterie supérieure, connecteurs de fluides
Chimie et pétrochimie :
- internes des cuves de traitement, comme les désemboueurs
- Tubes, coquilles et chicanes d'échangeurs de chaleur
- Raccords de tuyauterie, coudes, tés
Production d'électricité :
- Revêtements de combustion, conduits de transition, buses de combustible
- Aubes, aubes et carénages de turbines à gaz
- Boucliers thermiques de chaudières, anneaux de confinement
Aérospatiale :
- Boîtiers et supports de moteurs d'avions, conduites de carburant
- Composants des turbopompes des engins spatiaux
L'Hastelloy G30 permet des conceptions plus légères et plus efficaces dans ces applications grâce à des propriétés telles que
- Haute résistance à des températures allant jusqu'à 1050°C
- Résistance à la corrosion par piqûres et par crevasses
- Immunité à la fissuration par corrosion sous contrainte induite par les chlorures
- Tolérance aux environnements d'hydrogène gazeux à haute pression
La soudabilité du matériau permet de l'assembler à d'autres composants en alliages inoxydables, duplex ou à base de nickel. Cela permet aux concepteurs de n'imprimer que les sections exposées à des conditions extrêmes.
Disponibilité
La poudre d'Hastelloy G30 peut être obtenue auprès des principaux fournisseurs mondiaux dans les gammes de distribution de taille suivantes :
| Qualité de la poudre | Gamme de taille des particules |
|---|---|
| Plasma atomisé | 15-45 microns |
| Gaz atomisé | 45-150 microns |
| Mélange de produits | 15-150 microns |
Tableau 6 : Prix indicatifs
| Fournisseur | Quantité | Prix |
|---|---|---|
| Additif pour charpentier | 10 kg | $165/kg |
| Sandvik Osprey | 50 kg | $155/kg |
| Technologie LPW | 100 kg | $140/kg |
| Hoganas | 500 kg | $130/kg |
Les prix varient de $130-165/kg en fonction des volumes d'achat. Il est également possible d'obtenir une atomisation personnalisée et une classification par taille.
Tableau 7 : Certifications des poudres d'Hastelloy G30
| Standard | Méthode d'essai | Spécifications |
|---|---|---|
| ASTM B213 | Distribution de la taille des particules | 15-45 μm |
| ASTM E1131 | Analyse de l'oxygène et de l'azote | O - 0,04% max, N - 0,02% max |
| AMS 2241 | Vérification de la composition | Ni : Bal, Cr : 22.7%, W : 13% |
| ASTM E45 | Analyse chimique | Conforme à la norme AMS 7268 |
| ASTM B833 | Densité apparente et débit | Typique 2,5-4,5 g/cc, 25-35 s/50g |
| AMS 2403 | Tests de contamination | Répond aux normes de propreté de l'aérospatiale |
Les fabricants de poudres réputés testent chaque lot conformément à ces spécifications avant de le mettre sur le marché. Cela garantit des propriétés constantes et la possibilité de transformer les imprimantes.
Considérations relatives à la qualité de l'impression
Pour obtenir une densification et des performances mécaniques optimales lors de l'impression de pièces en Hastelloy G30, il convient de tenir compte des aspects qualitatifs suivants :
- Minimiser la porosité : Le pressage isostatique à chaud (HIP) doit être utilisé après l'impression pour éliminer les vides internes et obtenir une densité >99,9%.
- Finition de la surface : L'usinage supplémentaire permet de contrôler les dimensions critiques et d'améliorer la rugosité de la surface.
- Anisotropie : Les propriétés mécaniques telles que la dureté et la limite d'élasticité sont orientées en fonction de l'orientation de la construction. Essai sur les axes horizontaux et verticaux.
- Post-traitement : Le traitement thermique de durcissement par précipitation après l'impression entraîne un renforcement significatif par rapport à l'état tel qu'imprimé. Il est recommandé de procéder à une mise en solution suivie d'un vieillissement.
- Test : Imprimer un certain nombre de géométries d'essai normalisées à chaque fabrication pour permettre une caractérisation détaillée et une vérification de la qualité.
En utilisant des paramètres optimisés et un post-traitement approprié, il est possible d'obtenir des propriétés supérieures à celles des équivalents coulés ou forgés dans les composants imprimés en Hastelloy G30.
FAQ
Q : Quelle est la taille de particules recommandée pour l'impression de l'Hastelloy G30 ?
R : Une distribution de poudre mélangée entre 15 et 45 microns est suggérée, car elle permet un compactage dense tout en s'écoulant en douceur lors de l'application de la couche.
Q : L'Hastelloy G30 nécessite-t-il un pressage isostatique à chaud (HIP) après l'impression laser ?
R : Oui, le HIP permet d'éliminer les vides internes, d'améliorer la réponse à la fatigue et de garantir l'homogénéité des propriétés sur de grands composants imprimés. Le procédé HIP est généralement utilisé à 1160°C sous une pression de 100-150 MPa pendant 4 heures.
Q : Quel traitement thermique est utilisé pour améliorer les propriétés des pièces G30 imprimées ?
A : Le traitement thermique de mise en solution à 1120°C pendant 1 heure suivi d'un vieillissement à 850°C pendant 4 heures entraîne un renforcement significatif et une augmentation de la dureté par rapport à l'état tel qu'imprimé en raison de la précipitation de gamma prime et de gamma double prime.
Q : L'Hastelloy G30 est-il facilement soudable pour être assemblé à d'autres composants en alliage ?
R : Oui, l'Hastelloy G30 présente une excellente soudabilité. Sa faible dilatation thermique est comparable à celle d'autres alliages de nickel, ce qui permet d'obtenir des fabrications soudées fiables utilisées dans des applications à haute température.
Q : Quelles sont les considérations de conception à prendre en compte lors de l'impression de formes complexes avec de la poudre d'Hastelloy G30 ?
R : Une épaisseur de paroi minimale, l'absence de porte-à-faux et d'angles d'inclinaison supérieurs à 60°, ainsi que des structures de support suffisantes permettent de réduire les contraintes résiduelles et d'éviter les déformations ou l'effondrement lors de l'impression de géométries complexes.
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