Poudre d'alliage de nickel 52
La poudre d'alliage de nickel 52, également connue sous le nom de poudre Nicrofer 5220h ou 2.4631, est une poudre d'alliage de nickel-chrome utilisée pour la fabrication additive et les applications d'impression 3D de métaux. Cet alliage se distingue par ses propriétés de haute résistance couplées à une résistance exceptionnelle à la corrosion et à l'oxydation à des températures élevées.
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Table des matières
La poudre d'alliage de nickel 52, également connue sous le nom de poudre Nicrofer 5220h ou 2.4631, est une poudre d'alliage de nickel-chrome utilisée pour la fabrication additive et les applications d'impression 3D de métaux. Cet alliage se distingue par ses propriétés de haute résistance couplées à une résistance exceptionnelle à la corrosion et à l'oxydation à des températures élevées.
Aperçu de la poudre d'alliage de nickel 52
La poudre d'alliage de nickel 52 présente les caractéristiques clés suivantes :
- Composition : Nickel, chrome, fer, molybdène
- Résistance à haute température et résistance au fluage
- Excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation
- Utilisé pour la fabrication additive, l'impression 3D
- Applications dans l'aérospatiale, la production d'énergie, le traitement chimique
Tableau 1 : Propriétés de la poudre de l'alliage de nickel 52
| Propriétés | Détails |
|---|---|
| Composition | Ni : Balance, Cr : 22%, Fe : 22%, Mo : 3% |
| Densité | 8,3 g/cm3 |
| Point de fusion | 1390°C |
| Résistance ultime à la traction | 850-1000 MPa |
| Limite d'élasticité (à 20°C) | 450 MPa |
| Élongation | 30-35% |
| Conductivité thermique | 11 W/m-K |
| Coefficient de dilatation thermique | 16 x 10-6/K |
| Résistance à la corrosion | Excellent dans les environnements oxydants et réducteurs jusqu'à 1100°C |
| Résistance à l'oxydation | Excellente résistance à l'oxydation isotherme dans l'air jusqu'à 1100°C |
Tableau 2 : Taille des poudres de l'alliage de nickel 52
| Taille de la poudre | Gamme | Forme des particules |
|---|---|---|
| Catégorie fine | 15-45 μm | Sphéroïdale |
| Qualité grossière | 45-150 μm | Sphéroïdale |
Tableau 3 : Prix de la poudre d'alliage de nickel 52
| Qualité de la poudre | Tarification |
|---|---|
| Grade fin (<45 μm) | $100/kg |
| Qualité grossière (45-150 μm) | $90/kg |
Composition de la poudre d'alliage de nickel 52
La composition de l'alliage de nickel 52 comprend principalement du nickel ainsi que des quantités substantielles de chrome, de fer et un faible pourcentage de molybdène.
Nickel est l'élément principal qui constitue l'équilibre de la composition après les autres éléments d'alliage. Le nickel confère une résistance à la corrosion, une ductilité et des propriétés mécaniques à haute température.
Chrome (Cr) constitue 22% de la poudre d'alliage de nickel 52. L'ajout de chrome améliore considérablement la résistance à l'oxydation et à la corrosion. Il renforce également la solidité de la solution.
Fer (Fe) est ajouté jusqu'à 22% pour améliorer la résistance à haute température par le renforcement de la solution solide sans nuire à la ductilité ou à l'ouvrabilité.
Molybdène (Mo) constitue 3% de la composition de l'alliage. Le molybdène améliore encore la résistance à température élevée, la résistance au fluage et la stabilité de l'alliage.
Cette composition chimique optimisée permet à la poudre d'alliage de nickel 52 de présenter une combinaison exceptionnelle de résistance à haute température, de résistance au fluage, de soudabilité et de résistance à la corrosion et à l'oxydation.
Propriétés et caractéristiques
L'alliage de nickel 52 se distingue par ses propriétés mécaniques impressionnantes associées à une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation à haute température, comme résumé ci-dessous :
Haute résistance : La poudre d'alliage de nickel 52 permet d'obtenir une résistance ultime à la traction supérieure à 1000 MPa et un limite d'élasticité supérieure à 450 MPa à température ambiante. Cela signifie que les pièces imprimées ont une résistance très élevée, capable de supporter des charges mécaniques importantes.
Bonne ductilité : Malgré sa haute résistance, l'alliage de nickel 52 conserve un allongement décent de 30-35%, ce qui lui confère une certaine flexibilité et une résistance à la rupture.
Excellente résistance au fluage : L'alliage présente une résistance exceptionnelle à la rupture par fluage jusqu'à 850°C grâce au renforcement de la solution solide et à la formation de précipités. Cela permet une durabilité contre la déformation sous une charge soutenue dans le temps.
Résistant à la fatigue thermique et aux cycles : La poudre d'alliage de nickel 52 peut supporter des cycles de chauffage et de refroidissement rapides sans se fissurer ni subir de défaillance prématurée. Cette caractéristique est essentielle pour les composants soumis à des températures fluctuantes.
Résistant à la corrosion : La teneur élevée en chrome et en molybdène permet une résistance exceptionnelle à la corrosion par piqûres et par crevasses dans des environnements oxydants, neutres et réducteurs jusqu'à des températures supérieures à 1000°C.
Résistance à l'oxydation : Une couche d'oxyde riche en chrome très adhérente protège le matériau des dommages causés par l'oxydation dans des environnements atmosphériques allant jusqu'à 1100°C. Elle résiste à l'oxydation par rupture même après un service intensif.
Globalement, la combinaison de la solidité, de la ductilité, de la résistance au fluage et de la résistance à la corrosion et à l'oxydation à des températures extrêmes fait de l'alliage de nickel 52 un matériau polyvalent et très performant pour l'impression 3D par AM métal et par fusion sur lit de poudre.
Applications de la poudre d'alliage de nickel 52
L'alliage de nickel 52 est utilisé dans des applications critiques dans l'aérospatiale, la production d'énergie, le traitement chimique et d'autres industries à environnement difficile où la capacité à résister à des températures extrêmes et à la corrosion affecte la durée de vie et la sécurité des composants.
Tableau 4 : Applications de la poudre d'alliage de nickel 52 dans divers secteurs
| Secteur | Composants | Les moteurs de la demande |
|---|---|---|
| Aérospatiale | Aubes et pales de turbines, tuyères de fusées, chemises de combustion | Résistance à haute température pour les systèmes de propulsion |
| Production d'électricité | Échangeurs de chaleur, fixations | Résistance à la corrosion pour les centrales à combustibles fossiles |
| Chimie et pétrochimie | Vannes, réacteurs, échangeurs de chaleur | Résistance à l'oxydation pour les procédés utilisant de la vapeur surchauffée |
| Marine | Composants de l'échappement | Résistance à la corrosion en milieu marin |
Voici quelques applications spécifiques :
- Composants de moteurs aérospatiaux tels que les aubes, les tuyères, les boîtiers et les carters
- Pièces de la section chaude des turbines à gaz industrielles
- Tuyères de moteur-fusée
- Tubes d'échangeurs de chaleur pour raffineries chimiques et plates-formes offshore
- Vannes et équipements de traitement pour les produits chimiques corrosifs
- Composants d'échappement et turbocompresseurs des moteurs marins
La possibilité d'imprimer en 3D des géométries complexes et personnalisables, autrement impossibles à réaliser par la fabrication conventionnelle, élargit encore les applications potentielles de l'alliage de nickel 52 dans toutes les industries.
Impression 3D de métaux à l'aide de poudre d'alliage de nickel 52
La poudre d'alliage de nickel 52 est principalement utilisée comme matière première pour les procédés de fabrication additive métallique basés sur la fusion sur lit de poudre (PBF), notamment la fusion sélective au laser (SLM) et le frittage direct au laser des métaux (DMLS).
Le processus d'impression 3D typique implique :
- Étalement d'une couche uniforme de poudre d'alliage de nickel 52 sur la plate-forme de construction
- Fusion sélective de poudre pour solidifier la section transversale à l'aide d'un laser
- Abaissement de la plate-forme et épandage d'une nouvelle couche de poudre
- Répétition couche par couche jusqu'à ce que la pièce soit complète
Tableau 5 : Paramètres d'impression 3D typiques pour la poudre d'alliage de nickel 52
| Paramètres | Détails |
|---|---|
| Épaisseur de la couche | 20-50 μm |
| Puissance du laser | Jusqu'à 500 W |
| Vitesse de balayage | 750-3500 mm/s |
| Espacement des trappes | 80-200 μm |
| Gaz inerte | Argon ou azote |
L'excellente fluidité et la haute densité de la poudre d'alliage de nickel 52 permettent un étalement uniforme ainsi qu'une bonne absorption et rétention de l'énergie laser, ce qui se traduit par une grande imprimabilité.
Des traitements de recuit appropriés permettent de réduire les tensions internes dues à la solidification rapide inhérente aux procédés AM, ce qui permet aux pièces métalliques de répondre aux exigences de la conception.
Par rapport au moulage/forgeage, les avantages de la fabrication additive de composants en alliage de nickel 52 sont les suivants :
- Géométries complexes impossibles à réaliser autrement
- Réduction des pièces d'assemblage grâce à des conceptions consolidées
- Des temps de développement plus courts
- Réduction des coûts pour la production de petits lots
- Rapport résistance/poids élevé
- Excellente reproductibilité d'une pièce à l'autre
Toutefois, les limites de l'AM des métaux doivent être prises en compte :
- Coût plus élevé pour les grands volumes de production
- Taille maximale contrainte de l'enveloppe de la pièce
- Un post-traitement supplémentaire peut être nécessaire
- Propriétés des matériaux anisotropes
Globalement, l'impression 3D offre des avantages qui changent la donne par rapport aux techniques conventionnelles pour les petites applications de niche où des facteurs tels que la complexité de la conception, la personnalisation, les coûts et les délais sont essentiels.
Poudre d'alliage de nickel 52 Fournisseurs
Parmi les principaux fournisseurs mondiaux proposant de la poudre d'alliage de nickel 52 spécifiquement pour la fabrication additive de métaux, on peut citer
Tableau 6 : Fabricants de poudre d'alliage de nickel 52
| Entreprise | Localisation |
|---|---|
| Sandvik Osprey | Pays de Galles, Royaume-Uni |
| Additif pour charpentier | Virginie, États-Unis |
| Höganäs | Suède |
| Praxair | Indiana, États-Unis |
| Jet sensible | Californie, États-Unis |
Les facteurs de différenciation des producteurs de poudres impliquent un contrôle de la qualité :
- Composition chimique conforme aux normes aérospatiales strictes
- Distribution de la forme des particules sphéroïdales
- Procédures de manipulation strictes pour éviter la contamination
- Gamme de tailles de particules disponibles
- Morphologie de la poudre homogène d'un lot à l'autre
Il est donc essentiel pour les ateliers d'impression 3D de sélectionner un fournisseur fiable qui fournit une certification d'assurance qualité complète pour la poudre d'alliage de nickel 52 adaptée aux paramètres et aux exigences exacts de leur processus de fabrication.
Coûts de la poudre d'alliage de nickel 52
Les poudres d'alliage de nickel sont plus chères que les poudres d'acier inoxydable conventionnelles en raison des compositions exclusives comportant des teneurs plus élevées en nickel et en chrome.
Comparaisons avec d'autres poudres d'alliage de nickel
La poudre d'alliage de nickel 52 offre des propriétés mécaniques à haute température et une résistance à la corrosion nettement supérieures à celles des alliages de nickel d'entrée de gamme, mais elle est plus chère.
Tableau 7 : Comparaison de l'alliage de nickel 52 avec d'autres poudres d'alliage de nickel
| Alliage | La force | Résistance à l'oxydation | Résistance à la corrosion | Coût |
|---|---|---|---|---|
| Alliage de nickel 52 | Le plus élevé | Jusqu'à 1100°C | Excellent jusqu'à 1100°C | Haut |
| Inconel 718 | Moyen | Jusqu'à 700°C | Modéré jusqu'à 700°C | Moyen |
| Inconel 625 | Le plus bas | Jusqu'à 980°C | Bon jusqu'à 980°C | Faible |
Inconel 718 est une poudre d'alliage de nickel alternative moins chère, mais elle commence à se ramollir à partir de 650°C et ne peut donc pas atteindre la capacité de température de 1100°C de l'alliage de nickel 52. Il présente également une résistance à la corrosion et à l'oxydation plus faible à des températures extrêmes.
Inconel 625 offre une bonne résistance à l'oxydation en service continu jusqu'à 980°C. Cependant, sa résistance à haute température n'est pas suffisante pour les applications de charge dynamique. La résistance diminue rapidement au-delà de 700°C.
Pour les environnements extrêmes impliquant des températures supérieures à 1000°C ainsi qu'une corrosion ou une oxydation à chaud, l'alliage de nickel 52 surpasse clairement les autres solutions, mais à un coût plus élevé. Mais pour des applications moins exigeantes, l'Inconel 718 ou 625 peut fournir des performances suffisantes à des prix de poudre inférieurs.
Normes et nuances pour les poudres d'alliage de nickel 52
La poudre d'alliage de nickel 52 pour les applications AM est fabriquée conformément aux spécifications internationales suivantes :
- ASTM B466 : Norme pour les pièces moulées en alliage de nickel-chrome-molybdène-columbium
- AMS 5832 : Alliage de nickel, résistant à la corrosion et à la chaleur, barres, pièces forgées et bagues 52.5Ni - 22Cr - 22Fe - 3Mo
- DIN 2.4631 / NiCr22Fe19Mo3 : Moulage d'alliage résistant à la chaleur
Ces spécifications définissent les normes acceptables pour la composition, les propriétés mécaniques, la structure du grain, l'état de surface et les processus de qualité dans les chaînes d'approvisionnement mondiales.
Tableau 8 : Types de certification des poudres d'alliage de nickel 52
| Certification | Description |
|---|---|
| AS9100D Aérospatiale | Répond aux normes de gestion de la qualité de la navigabilité pour les applications aérospatiales critiques. |
| ISO 9001 | Vérifie la conformité des processus du système de gestion de la qualité dans l'ensemble de la production et de la chaîne d'approvisionnement |
| ISO 13485 | Confirme que les réglementations strictes applicables aux dispositifs médicaux sont respectées |
Les principaux fabricants de poudres pour l'AM des métaux ont certifié leurs poudres d'alliage de nickel 52 selon ces spécifications, ce qui permet aux clients d'être assurés de recevoir des matériaux de haute qualité sans défaut, adaptés à des applications réglementées dans des secteurs tels que l'aérospatiale, la défense, l'énergie et la médecine.
Meilleures pratiques pour le développement des paramètres d'impression
L'alliage de nickel 52 étant relativement nouveau dans les applications d'impression 3D de métaux, les paramètres d'impression efficaces n'ont pas encore été normalisés. Les ateliers d'impression doivent collaborer étroitement avec leurs fournisseurs de poudres et les fabricants d'imprimantes pour développer des paramètres de fabrication optimisés sur la base d'essais et d'erreurs, en tenant compte de facteurs tels que :
- Puissance du laser, vitesse de balayage, espacement des hachures
- Réglages du débit de gaz inerte
- Températures de préchauffage et de chauffage de la plaque de base
- Orientation des pièces et structures de soutien
- Cycles de recuit
Il est impératif de procéder à une caractérisation approfondie des matériaux en utilisant des géométries d'essai pour quantifier les propriétés des matériaux réalisables afin d'obtenir des performances suffisantes des pièces. La microstructure, les mesures de dureté, les essais de traction et la microscopie doivent être effectués pour comparer les coupons d'échantillons avant d'investir dans des séries de production de pièces finales coûteuses.
Tableau 9 : Lignes directrices pour le développement des paramètres d'impression pour l'alliage de nickel 52
| Objectif | Méthode | Métriques | Cible |
|---|---|---|---|
| Optimisation de la densité | Expériences de la matrice des paramètres | Densité relative | >99,5% |
| Réduction du stress résiduel | Modèles de balayage modifiés, chauffage avant/après | Déformation, XRD, modélisation | Distorsion réduite |
| Propriétés mécaniques | Essais de traction/fatigue | UTS, limite d'élasticité, allongement % | Faire correspondre les propriétés de la cible |
| Contrôle de la microstructure | Variations des paramètres | Taille des grains, analyse des phases | Grains uniformes et fins |
| Minimisation des coûts | Analyse de l'emballage en volume | Quantité de pièces par construction | Maximisé |
Grâce à des protocoles d'essai rigoureux s'appuyant sur ces meilleures pratiques, les utilisateurs peuvent définir des paramètres optimaux pour exploiter tout le potentiel de l'alliage de nickel 52 dans leurs applications spécifiques. Consultez étroitement les experts des fournisseurs de matériaux, des fabricants d'imprimantes et des prestataires de services tiers pour mettre en œuvre efficacement ces procédures de développement.
FAQ
Voici quelques réponses aux questions les plus fréquentes concernant l'impression 3D de métaux à l'aide de la poudre Nickel Alloy 52 :
Quelle est la gamme de tailles de particules la mieux adaptée à l'impression par fusion laser sur lit de poudre de l'alliage de nickel 52 ?
Une granulométrie comprise entre 15 et 45 microns est recommandée comme poudre de qualité supérieure pour le balayage de précision de couches minces. Des poudres plus grossières de 45 à 100 microns peuvent également assurer une bonne imprimabilité à des vitesses plus élevées en réduisant la réflectivité du laser.
Quel type de post-traitement est nécessaire pour les pièces AM en alliage de nickel 52 ?
Les composants en alliage de nickel 52 imprimés présentent des contraintes résiduelles dues à la fusion localisée et à la solidification rapide inhérentes à l'impression 3D. Les traitements thermiques de détente entre 700°C et 1000°C basés sur le recuit HIP ou le recuit en four sous vide sont essentiels pour éliminer les contraintes internes et améliorer les propriétés mécaniques. Un pressage isostatique à chaud supplémentaire peut maximiser la densité. Un usinage ou un meulage minimal peut également être appliqué pour obtenir la précision dimensionnelle et la qualité de finition de surface souhaitée.
L'alliage de nickel 52 est-il compatible avec l'impression multi-matériaux ou l'alliage par AM métal ?
Oui, les composites à base d'alliages de nickel ou les matériaux à gradation fonctionnelle contenant des transitions graduelles de l'alliage de nickel 52 à d'autres alliages de poudre comme l'acier inoxydable sont tout à fait réalisables sans modifications importantes de la science des matériaux. Les éléments de l'alliage liant et la composition du nickel de base permettent facilement des capacités d'alliage ou de mélange compatibles dans les volumes de construction AM.
Pouvez-vous souder ou réparer de manière additive des composants en alliage de nickel AM 52 ?
Oui, les pièces en alliage de nickel 52 imprimées par fusion sur lit de poudre peuvent être soudées ou réparées avec succès à l'aide de procédés AM basés sur le dépôt d'énergie dirigée, comme le dépôt de métal par laser (LMD) ou la fabrication additive par faisceau d'électrons. Un matériau d'apport compatible avec le nickel doit être utilisé pour reconstituer les zones usées ou assembler les sous-composants tout en conservant la chimie, les caractéristiques mécaniques et les performances à haute température souhaitées.
Quels sont les principes de conception à respecter lors de la modélisation de pièces utilisant l'alliage de nickel 52 pour l'AM métal ?
Des directives de conception pour les processus de fusion sur lit de poudre doivent être mises en œuvre pour tenir compte de facteurs tels que l'orientation optimale des pièces, les angles de surplomb minimaux, les épaisseurs de paroi suffisantes, les structures de support appropriées et les rayons de transition pour permettre des constructions saines. La prise en compte des contraintes de fabrication et du post-traitement potentiel dès le modèle CAO est essentielle pour fabriquer des composants en alliage de nickel 52 entièrement fonctionnels par le biais de l'impression 3D.
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