1. Quelle est la particularité des superalliages ?
Résistance exceptionnelle aux températures élevées et au fluage: Contrairement à la plupart des métaux, qui se ramollissent et se déforment (« fluage ») sous des contraintes à long terme-à des températures élevées, les superalliages conservent une résistance mécanique importante et résistent au fluage même à 600-1 200 °C (1 112-2 192 °F). Ceci est rendu possible par des mécanismes de renforcement tels que la précipitation de phases intermétalliques (par exemple, phase γ' : Ni₃Al dans les superalliages à base de nickel-) qui bloquent le mouvement des dislocations sous l'effet de la chaleur et des contraintes.
Résistance supérieure à l’oxydation et à la corrosion: Ils forment une couche d'oxyde dense et stable (par exemple, oxyde de chrome, oxyde d'aluminium) sur leur surface à haute température, empêchant une oxydation ultérieure ou une attaque par des milieux corrosifs (par exemple, eau de mer, gaz acides, sels fondus). Cela les rend adaptés aux environnements de traitement chimique, marins et aérospatiaux.
Excellente résistance à la fatigue thermique : Ils résistent à des cycles répétés de chauffage et de refroidissement sans se fissurer-critique pour les composants tels que les aubes de turbine à gaz, qui alternent entre une chaleur extrême (pendant le fonctionnement) et des températures plus froides (pendant l'arrêt).
Ductilité conservée à haute température: Alors que de nombreux métaux deviennent cassants lorsqu'ils sont chauffés, les superalliages conservent suffisamment de ductilité pour tolérer une dilatation thermique ou des charges mécaniques mineures, évitant ainsi une rupture soudaine.
2. Quelle est la plage de température des superalliages ?
La « plage de fonctionnement » fait référence aux températures auxquelles l'alliage conserve ≥70 % de sa résistance à température ambiante-et résiste au fluage/dégradation pendant 10 heures000+ (norme industrielle pour les composants à haute température-).
Une exposition à court-terme à des températures plus élevées (par exemple, 1 300 °C/2 372°F pour les qualités à base de nickel-) est possible mais réduit la durée de vie.
Des additifs comme le tungstène (W) ou le rhénium (Re) étendent la limite supérieure : par exemple, les superalliages à base de nickel-avec Re peuvent fonctionner à 1 150 - 1 200 °C, tandis que les alliages à base de cobalt-avec Ta (tantale) atteignent 1 200-1 250 °C.
3. Qu’est-ce que le traitement thermique des superalliages ?
1. Recuit de solution
But : Dissoudre tous les précipités existants (par exemple, carbures, intermétalliques) dans la matrice d'alliage, créant une microstructure uniforme à phase unique-. Cela élimine la ségrégation du moulage/forgeage et prépare l’alliage pour un durcissement ultérieur par précipitation.
Processus: Chauffer l'alliage à une température élevée (1 050 à 1 250 °C/1 922 à 2 282 °F, selon la qualité) et maintenir pendant 1 à 4 heures (pour assurer une dissolution complète). Refroidir rapidement (via une trempe à l'eau ou un refroidissement à l'air) pour « piéger » les éléments dissous dans la matrice, empêchant ainsi une précipitation prématurée.
Application: Universel pour tous les types de superalliages ; essentiel avant vieillissement pour les nuances à base de nickel- et de cobalt-.
2. Vieillissement (durcissement par précipitation)
But: Induire la formation contrôlée de phases de renforcement fines et uniformément réparties (par exemple, phase γ' : Ni₃Al/Ti dans les alliages à base de nickel- ; carbures M₂₃C₆ dans les alliages à base de cobalt-). Ces phases bloquent le mouvement des luxations, améliorant considérablement la résistance aux températures élevées et au fluage.
Processus : Chauffez l'alliage recuit en solution-à une température plus basse (650 à 900 °C/1 292 à 1 652 °F) et maintenez-le pendant 4 à 24 heures (durées plus longues pour les pièces plus grandes). Refroidir lentement ou à l'air pour maximiser la formation de précipités.
Variantes:
Vieillissement unique: Utilisé pour les alliages plus simples (par exemple, les superalliages à base de fer-) nécessitant une résistance modérée.
Double vieillissement : Processus en deux-étapes (par exemple, 700°C pendant 8 heures, puis 800°C pendant 4 heures) pour les qualités à base de nickel-hautes-performances (par exemple, Inconel 718). Cela affine la taille et la distribution des précipités, améliorant ainsi la résistance au fluage.
3. Soulager le stress
But : Réduisez les contraintes résiduelles de la fabrication (par exemple, moulage, forgeage, soudage), qui peuvent provoquer des déformations ou des fissures lors d'un service à haute -température.
Processus: Chauffer l'alliage à 600-800°C (1112-1472°F), maintenir pendant 2 à 6 heures, puis refroidir lentement. Cela évite d'altérer la microstructure renforcée (contrairement au recuit de mise en solution).
Application: Obligatoire pour les composants soudés (par exemple, les carters de turbine à gaz) et les grandes pièces forgées (par exemple, les disques de turbine).
4. Recuit de raffinement du grain
But : Produire une microstructure à grains fins-, qui améliore la résistance à la fatigue (critique pour les composants soumis à des contraintes cycliques, comme les aubes de turbine).
Processus: Chauffer juste en dessous de la température de recuit de solution (1 000 à 1 200 °C/1 832 à 2 192 °F), maintenir brièvement (30 à 60 minutes), puis refroidir rapidement. Cela recristallise les gros grains issus du forgeage sans croissance excessive des grains.
Remarque clé : Les paramètres de traitement thermique (température, durée, vitesse de refroidissement) sont très spécifiques au niveau de qualité. Par exemple, l'Inconel 718 utilise un recuit en solution à 980°C, suivi d'un double vieillissement (720°C pendant 8 heures + 620°C pendant 8 heures), tandis que le Haynes 282 à base de cobalt-utilise un recuit en solution à 1 150°C et un vieillissement simple à 780°C.
