Poudre d'acier maraging C250
La poudre d'acier maraging C250 est un alliage d'acier renforcé au nickel et au cobalt 18% (C250) qui se distingue par sa résistance et sa ténacité ultra-élevées sans perdre sa malléabilité. Les aciers maraging offrent une résistance 2 à 5 fois supérieure à celle des aciers austénitiques ou martensitiques standard grâce au renforcement par précipitation des composés intermétalliques.
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Table des matières
La poudre d'acier maraging C250 est un alliage d'acier renforcé au nickel et au cobalt 18% (C250) qui se distingue par sa résistance et sa ténacité ultra-élevées sans perdre sa malléabilité. Les aciers maraging offrent une résistance 2 à 5 fois supérieure à celle des aciers austénitiques ou martensitiques standard grâce au renforcement par précipitation des composés intermétalliques.
L'acier maraging C250 est fourni sous forme de poudre pour les techniques de fabrication additive telles que la fusion laser sur lit de poudre (LPBF), qui permet d'imprimer des géométries complexes directement à partir de modèles CAO numériques. Cela permet un prototypage et une production rapides de composants légers et performants pour l'aérospatiale, l'automobile, la médecine et les applications d'outillage.
Vue d'ensemble Poudre d'acier maraging C250
La poudre d'acier maraging C250 présente les propriétés suivantes :
Tableau 1 : Aperçu de la poudre d'acier maraging C250
| Propriétés | Détails |
|---|---|
| Matériau de base | Alliage de fer, de nickel et de cobalt |
| Densité | 8,1 g/cc |
| Gamme de taille des particules | 15-45 microns |
| Méthode de production | Atomisation des gaz |
| Caractéristiques principales | Très haute résistance, bonne résistance à la rupture, soudabilité, durcissement pendant le traitement thermique de vieillissement. |
| Noms commerciaux communs | 18Ni300, NS333, X3NiCoMoTi 18-9-5 |
Les principaux avantages de la poudre d'acier maraging C250 sont les suivants :
- Très haute résistance à la traction jusqu'à 2500 MPa après vieillissement
- Allongement plus élevé que les aciers inoxydables typiques
- Bonne résistance à la rupture par rapport aux alliages à haute résistance
- Plus doux que les grades inoxydables à durcissement par précipitation à l'état mis en solution pour l'usinage
- Distorsion moindre par rapport aux aciers martensitiques lors du traitement thermique
- Excellente stabilité dimensionnelle au cours du vieillissement
- Facilement soudable à l'état vieilli ou traité en solution
L'acier maraging C250 présente également certaines limites :
- Nécessite un traitement de vieillissement pour atteindre sa pleine puissance
- La teneur relativement élevée en alliages augmente le coût
- Susceptible de se fragiliser à haute température
- Dureté inférieure à celle des qualités d'acier inoxydable martensitique
Tableau 2: Composition de la poudre d'acier maraging C250
| Élément d'alliage | Poids % | Rôle |
|---|---|---|
| Nickel | 17 – 19% | Durcisseur de phase |
| Cobalt | 8 – 9% | Renforçateur de précipitations |
| Molybdène | 4.6 – 5.2% | Renforçateur de précipitations |
| Titane | 0.6 – 0.8% | Renforçateur de précipitations |
| Aluminium | 0.05 – 0.15% | Désoxydant |
| Manganèse | 0 – 0.1% | Désoxydant |
| Carbone | < 0,03% | Désoxydant |
| Le fer | Équilibre | Métal de base |
Cette composition crée une matrice martensitique métastable après le recuit de mise en solution qui permet un durcissement secondaire important par précipitation homogène de phases intermétalliques pendant le traitement de vieillissement.
Tableau 3: Propriétés clés de la poudre d'acier maraging C250
| Propriétés | Acier maraging C250 |
|---|---|
| Densité | 8,1 g/cc |
| Point de fusion | 1450°C |
| Module d'élasticité | 180-210 GPa |
| Résistivité électrique | 0,7 microOhm-cm |
| Conductivité thermique | 16 W/mK |
| CTE | 10-11 x 10-6/K |
| Rapport de Poisson | 0.3 |
Applications de Poudre d'acier maraging C250
La poudre d'acier maraging C250 est utilisée dans les industries pour les applications suivantes en raison de sa très grande résistance, de sa ténacité à la rupture et de sa stabilité thermique :
Applications aérospatiales
- Composants de moteurs à turbine tels que disques, arbres, fixations
- Composants structuraux de la cellule
- Enveloppes de moteurs-fusées
- Fixations, vannes et raccords pour l'aérospatiale
Applications automobiles
- Pièces du groupe motopropulseur pour le sport automobile, telles que les bielles et les arbres
- Suspensions et châssis haute performance
- Matrices, outillage
Applications industrielles
- Moules d'injection plastique
- Filières d'extrusion pour tubes, tuyaux
- Moules soufflés
- Matrices de forgeage et d'estampage
- Préhenseurs, effecteurs terminaux pour robots
Tableau 4: Spécifications, nuances et normes pour l'acier maraging C250
| Spécifications | Grade | Standard |
|---|---|---|
| MIL-S-46850D | X3NiCoMoTi18-9-5 | UNS K94530 |
| AMS 6514D | 300 | DIN 1.2709 |
| AMS 6512 | – | – |
| ISO 683/13 | Z 300 | – |
| – | NS333 | – |
Tableau 5: Fournisseurs et prix de la poudre d'acier maraging C250
| Fournisseur | Nom du produit | Taille des particules | Prix par kg |
|---|---|---|---|
| Technologie LPW | C250 Acier maraging | 15-45 μm | $165 |
| Produits en poudre pour charpentier | Remanium C250 | 15-45 μm | $155 |
| Sandvik Osprey | MARAGE 300 | 15-53 μm | $175 |
| Praxair | C250 Poudre | 10-45 μm | $149 |
Traitement thermique de l'acier maraging C250
Les aciers maraging sont fournis à l'état recuit et décalaminé. Une procédure spécifique de traitement thermique consistant en un recuit de mise en solution suivi d'un vieillissement permet à l'acier maraging C250 d'atteindre sa très haute résistance :
Recuit de mise en solution
La première étape consiste en un recuit homogénéisant de la solution, généralement à 820°C ± 15°C pendant 1 à 3 heures, suivi d'un refroidissement immédiat à température ambiante. Cela rend le matériau mou mais transforme la microstructure en une matrice martensitique métastable par un refroidissement lent afin d'empêcher la formation d'autres phases d'équilibre telles que la ferrite ou la cémentite.
Vieillissement
L'acier maraging mis en solution est ensuite vieilli à une température comprise entre 400°C et 500°C pendant 3 à 6 heures en fonction de l'épaisseur de la section. Cela facilite la précipitation contrôlée par diffusion de composés intermétalliques tels que Ni3Ti et Fe2Mo qui obstruent le mouvement des dislocations, ce qui conduit à un renforcement significatif.
Une exposition prolongée à des températures de vieillissement plus élevées peut compromettre les propriétés, tandis qu'une température ou une durée insuffisante empêchera un durcissement complet.
Tableau 6 : Processus de traitement thermique typique pour l'acier maraging C250
| Étape | Température | L'heure | Mode de refroidissement |
|---|---|---|---|
| Recuit de mise en solution | 820°C ± 15°C | 1-3 heures | Refroidissement par air |
| Conditionnement | 350°C - 400°C | 1-3 heures | Refroidissement par air |
| Vieillissement | 450°C - 500°C | 3-6 heures | Refroidissement par air |
Les propriétés obtenues après le traitement de vieillissement sont énumérées ci-dessous :
Tableau 7 : Propriétés mécaniques après traitement de vieillissement
| Propriétés | Acier maraging C250 |
|---|---|
| Résistance à la traction | 2465 - 2535 MPa |
| Limite d'élasticité | 2275 - 2345 MPa |
| Élongation | 8 – 10 % |
| Réduction de la surface | 25 – 30 % |
| Dureté | 50 - 52 HRC |
| Énergie d'impact Charpy | 75 - 100 J |
Durcissement par induction : Pour certains composants tels que les arbres, les engrenages et les fixations qui nécessitent une meilleure résistance à l'usure, un durcissement superficiel supplémentaire par traitement thermique par induction peut être effectué après le vieillissement afin d'obtenir une dureté supérieure à 50 HRC jusqu'à une profondeur de 2 mm sans affecter les propriétés du noyau.
Microstructure de l'acier maraging C250
La microstructure de l'acier maraging C250 se compose de.. :
Matrice martensitique : La matrice est principalement constituée de martensite avec une morphologie de lattes à grain fin produite par la trempe après le recuit de mise en solution. Cette structure métastable fournit suffisamment de carbone et d'éléments d'alliage en solution solide pour la précipitation pendant le vieillissement.
Précipités intermétalliques : Des précipités sphériques à l'échelle nanométrique des phases Ni3Mo et Ni3Ti se sont dispersés uniformément dans la matrice, atteignant des fractions volumiques maximales après un traitement de vieillissement complet. Ces précipités cohérents pincent le mouvement des dislocations, ce qui entraîne un renforcement radical.
Carbures et nitrures : De minuscules particules cubiques riches en titane, en molybdène et en carbures/nitrures de fer peuvent également apparaître, mais leur fraction volumique est < 5%.
La combinaison d'une matrice de martensite trempée et d'une fine dispersion de précipités intermétalliques permet d'obtenir la résistance et la ténacité exceptionnelles des aciers maraging.
Paramètres d'impression pour Poudre d'acier maraging C250
Machine et réglages
- Machine : Systèmes de fusion sélective par laser tels que EOS M290, Renishaw AM250, Concept Laser M2
- Épaisseur de la couche : 20-50 μm
- Puissance du laser : 195-400 W
- Vitesse de balayage : 600-1200 mm/s
- Diamètre du faisceau : 70-100 μm
- Espacement des hachures : 80-120 μm
- Gaz de protection : Argon
- Teneur en oxygène : <0,1%
Considérations relatives au processus
- Faible contrainte résiduelle et évolutivité facilitée par rapport aux aciers martensitiques
- Des énergies laser modérées sont nécessaires en raison d'une réflectivité plus faible que celle de l'acier inoxydable.
- L'orientation des pièces est optimisée pour minimiser les structures de support
- 100% les pièces denses >99.5% peuvent être imprimées sans fissures ni défauts de porosité
- Aucun traitement thermique supplémentaire n'est nécessaire après le traitement SLM
- Des tolérances mineures sont prévues pour l'usinage de finition après l'impression.
Tableau 8 : Propriétés obtenues par fabrication additive
| Propriétés | Gamme |
|---|---|
| Densité | >99,5% |
| Rugosité de surface | Jusqu'à 12 μm Ra |
| Résistance à la traction | 2300-2500 MPa |
| Limite d'élasticité | 2100-2300 MPa |
| Allongement à la rupture | 3-10% |
Avec des paramètres optimaux, il est possible de fabriquer par fabrication additive par fusion sur lit de poudre des composants en acier maraging C250 entièrement denses qui correspondent aux propriétés conventionnelles. Cela facilite les conceptions complexes et légères, impossibles à réaliser par moulage ou usinage.
Avantages et inconvénients de Poudre d'acier maraging C250
Tableau 9 : Avantages et limites de l'acier maraging C250 en poudre
| Avantages | Limites |
|---|---|
| Très haute résistance jusqu'à 2500 MPa | Le coût est plus élevé que celui des aciers au carbone |
| Conserve sa ténacité et sa ductilité après vieillissement | Nécessite un traitement thermique pour développer toutes ses propriétés |
| Faible distorsion lors du traitement thermique | Résistance à l'usure inférieure à celle des aciers inoxydables martensitiques |
| Des composants plus petits et plus légers | Capacité limitée à haute température jusqu'à 300-400°C |
| Excellente stabilité dimensionnelle | Susceptible de se fragiliser par l'hydrogène au fil du temps |
| Bonne soudabilité dans toutes les conditions |
FAQ
Q : À quoi sert l'acier maraging ?
R : Les aciers maraging sont principalement utilisés dans l'aérospatiale, les sports mécaniques, l'outillage et les moules, où la résistance ultra élevée, la ténacité à la rupture et la stabilité thermique sont essentielles à la performance et à la durabilité.
Q : L'acier maraging résiste-t-il à la corrosion ?
R : Bien que moins résistant que les aciers inoxydables, l'acier maraging offre une résistance à la corrosion modérément bonne, comparable à celle des aciers faiblement alliés, qui peut être encore améliorée par un placage de nickel ou de chrome.
Q : Quelle est la différence entre les aciers maraging et martensitiques ?
R : Les aciers maraging utilisent des alliages de nickel, de cobalt et de molybdène pour précipiter des composés intermétalliques, évitant ainsi la transformation martensitique à base de C pour le renforcement. Cela permet d'obtenir des propriétés mécaniques supérieures.
Q : L'acier maraging doit-il être trempé ?
L'acier maraging est refroidi à l'air après la mise en solution pour former de la martensite tendre qui est ensuite vieillie pour induire un durcissement par précipitation. La fissuration par trempe est évitée.
Q : L'acier maraging est-il magnétique ?
R : Oui, l'acier maraging dans toutes les conditions présente un comportement ferromagnétique en raison de sa matrice austénitique à base de fer. La teneur en nickel n'est pas suffisamment élevée pour devenir paramagnétique.
Q : Quelle est la différence entre l'acier maraging de grade 300, 350 et C250 ?
R : Les grades indiquent les niveaux de limite d'élasticité après vieillissement. Le C250 implique une limite d'élasticité minimale de 1880 MPa ou 250 ksi, tandis que les aciers maraging de qualité 300 et 350 sont spécifiés pour des limites d'élasticité minimales de 2050 MPa et 2415 MPa respectivement.
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