1. De quoi est fait le superalliage ?

un. Catégories de métaux communs

Superalliages à base de nickel- (les plus courants): Le nickel (Ni) est le métal de base dominant, représentant généralement 50 à 80 % en poids de l'alliage. La stabilité thermique inhérente du nickel et sa capacité à former des précipités de renforcement (par exemple, γ'-Ni₃(Al,Ti)) le rendent idéal pour les applications à ultra-haute-température (jusqu'à 1 200 °C). Les exemples incluent l'Inconel® 718 (≈52 % en poids de Ni) et le GH4049 (≈72 % en poids de Ni).

Superalliages à base de cobalt-: Le cobalt (Co) sert de base (généralement 30 à 60 % en poids de Co), souvent mélangé avec du nickel pour équilibrer la résistance et la résistance à la corrosion. Ces alliages excellent dans les environnements de corrosion extrêmement chauds (par exemple, sels fondus, gaz riches en soufre) et conservent leur résistance à des températures supérieures à 1 000 °C. Un exemple courant est le Haynes® 188 (≈37 % en poids de Co).

Superalliages à base de fer-nickel-: Le fer (Fe) est la base (30 à 50 % en poids de Fe), avec une quantité importante de nickel (25 à 45 % en poids de Ni) ajouté pour stabiliser la structure austénitique et améliorer les performances à haute température-. Ceux-ci sont plus rentables-que les variantes à base de nickel/cobalt-et conviennent aux applications à température moyenne-(jusqu'à 900°C), telles que l'Incoloy® 800H (≈46 % en poids de Fe, ≈32 % en poids de Ni).

b. Éléments d'alliage clés (et leurs rôles)

Éléments de renforcement:

Aluminium (Al) et Titane (Ti) : réagissent avec le nickel pour former de fins précipités γ'-Ni₃(Al,Ti)-la phase de renforcement primaire des superalliages à base de nickel-, empêchant la déformation à haute température.

Tungstène (W), Molybdène (Mo) et Rhénium (Re) : se dissolvent dans la matrice de l'alliage (renforcement de la solution solide-) pour améliorer la résistance aux températures élevées et au fluage. Le rhénium, bien que coûteux, est essentiel pour les qualités aérospatiales avancées (par exemple, les aubes de turbine).

Niobium (Nb) : forme γ"-Ni₃Nb et précipite dans des alliages comme l'Inconel® 718, améliorant la résistance à des températures moyennes- (600 à 800 °C).

Éléments de résistance à la corrosion/oxydation:

Chrome (Cr, 10–25 % en poids) : forme une couche dense d'oxyde de Cr₂O₃ sur la surface, protégeant contre l'oxydation et la corrosion légère.

Silicium (Si) et aluminium (Al) : complétez le chrome pour former des couches d'Al₂O₃ ou de SiO₂, améliorant ainsi la résistance à l'oxydation à haute -température.

Stabilisateurs de microstructure:

Carbone (C, ≤0,1 % en poids) : forme des carbures (par exemple, Cr₂₃C₆) aux joints de grains, renforçant l'alliage et empêchant la croissance des grains à haute température.

Bore (B) et Zirconium (Zr) : ajouts de traces (≤0,01 % en poids) qui améliorent la ténacité des limites du grain-, réduisant ainsi le risque de rupture fragile sous contrainte.

2. Quel est le meilleur superalliage ?

Pourquoi il n'existe pas de superalliage « -taille unique-convient-tous »

Un superalliage optimisé pourrésistance aux températures ultra-élevées-(par exemple, pour les tuyères de fusée) peuvent être trop fragiles ou coûteux pour les applications à faible-contrainte et à température moyenne- (par exemple, les échangeurs de chaleur).

Une note exceptionnellerésistance à la corrosion(par exemple, pour les environnements marins) peuvent ne pas avoir la résistance au fluage nécessaire pour les aubes de turbine à gaz.

Le coût, la possibilité de traitement (par exemple, la soudabilité, l'usinabilité) et la disponibilité influencent également l'adéquation-même un alliage à haute-performance n'est pas « le meilleur » s'il ne peut pas être fabriqué dans le composant requis ou s'il correspond au budget.

Les superalliages-les plus performants pour les applications clés

un. Résistance aux températures ultra-élevées- (1 000 à 1 200 °C, par exemple, moteurs de fusée, aubes de turbine)

À base de nickel- : GH4049 / Inconel® 718

GH4049 : Excelle entre 1 000 et 1 100 °C, avec une résistance au fluage et une stabilité thermique exceptionnelles-idéales pour les aubes de turbine à haute-pression dans les moteurs à réaction.

Inconel® 718 : équilibre une résistance élevée (jusqu'à 700 °C) avec une excellente soudabilité et résistance à la fatigue, ce qui en fait le superalliage le plus largement utilisé pour les composants aérospatiaux (par exemple, disques de turbine, carters de moteur).

À base de cobalt- : Haynes® 188

Conserve sa résistance au-dessus de 1 000 °C et résiste à la corrosion à chaud causée par les sels fondus ou les gaz sulfureux-utilisés dans les chambres de combustion et les postcombustion des turbines à gaz.

b. Résistance à la corrosion (produits chimiques agressifs, environnements marins ou nucléaires)

À base de nickel- : Hastelloy® C-276

Offre une résistance à la corrosion quasi universelle-aux acides (par exemple sulfurique, chlorhydrique), aux chlorures et aux solvants organiques-critiques pour les réacteurs de traitement chimique, la manipulation des déchets nucléaires et le matériel marin.

À base de fer-nickel- : Incoloy® 825

Combine la résistance à la corrosion (aux sulfures et aux acides) avec une bonne ductilité-utilisée dans les pipelines de pétrole et de gaz offshore et les équipements de lixiviation acide.

c. Coût à température moyenne--Efficacité (600 à 900 ° C, par exemple, échangeurs de chaleur, pièces de four)

À base de fer-nickel- : Incoloy® 800H

Coût inférieur à celui des qualités à base de nickel/cobalt-tout en maintenant la stabilité thermique et la résistance à l'oxydation jusqu'à 900 °C-idéal pour les échangeurs de chaleur des centrales thermiques et les tubes de fours industriels.

À base de nickel- : GH3030 / Inconel® 600

Équilibre la résistance à la corrosion et l'aptitude au traitement entre 600 et 800 ° C, à un coût inférieur à celui des -grades durcis par précipitation-utilisés dans les paniers de four et les tubes de surchauffeur de chaudière.

d. Fabrication additive (composants complexes imprimés en 3D{{2})

À base de nickel- : Inconel® 718 (qualité additive)

Conçu pour l'impression 3D par fusion sur lit de poudre (PBF), conservant une résistance élevée et une résistance à la fatigue dans des formes complexes (par exemple, aubes de turbine personnalisées avec canaux de refroidissement internes).