Qu'est-ce que le durcissement par précipitation ?
Le durcissement par précipitation (également appelé durcissement par vieillissement ou renforcement par précipitation) est un processus de traitement thermique qui augmente considérablement la résistance et la dureté d'un alliage en formant de fines particules de phase de renforcement uniformément réparties dans la matrice métallique.
Explication en une phrase : Par traitement thermique, de nombreuses minuscules « particules de renforcement » précipitent à l’intérieur du métal, agissant comme des clous qui bloquent le mouvement de dislocation, rendant ainsi le métal plus résistant.
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Qu'est-ce qu'un superalliage durci par précipitation ?
Un superalliage durci par précipitation est un alliage haute température dont la résistance mécanique et la résistance au fluage à haute température sont considérablement améliorées grâce au durcissement par précipitation. Ces alliages sont largement utilisés dans l'aéronautique, les turbines à gaz, l'industrie nucléaire et d'autres applications exigeant d'excellentes propriétés mécaniques et une excellente résistance à la corrosion à haute température.
Principe de base : Le durcissement par précipitation améliore la résistance et la dureté de l'alliage en précipitant des phases de renforcement fines et uniformément réparties (telles que les phases γ′ ou γ″) dans la matrice métallique, ce qui entrave le mouvement des dislocations.
Caractéristiques des superalliages durcis par précipitation
- Excellente résistance aux hautes températures (utilisable au-dessus de ~600°C)
- Bonne résistance au fluage et résistance à long terme
- Excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion
- Traitements et traitements thermiques plus complexes
Nuances d'alliages typiques et leurs caractéristiques de renforcement
| Nom de l'alliage | Type de matrice | Phase(s) de renforcement | Fonctionnalités et applications |
| Inconel 718 | à base de nickel | γ″ + γ′ (Ni₃Nb + Ni₃(Al,Ti)) | Renforcement par précipitation biphasé typique, excellente résistance, résistance à la corrosion et soudabilité ; largement utilisé dans les industries aérospatiales et électriques |
| Waspaloy | à base de nickel | γ′ (Ni₃(Al,Ti)) | Fort renforcement γ′, performances à haute température supérieures à celles de l'Inconel 718 ; utilisé dans les sections chaudes des turbines à gaz |
| René 41 | à base de nickel | γ′ | Excellente résistance aux hautes températures ; utilisé dans les composants de turbines de moteurs d'avion |
| A-286 | À base de fer | γ′ (Ni₃(Al,Ti)) | Résistance modérée avec une bonne résistance à la corrosion ; utilisé pour les pièces structurelles en dessous de 600 °C telles que les fixations et les carters de turbine |
| 17-4PH | À base de fer | Précipités riches en cuivre | Effet de renforcement significatif ; largement utilisé dans les industries chimiques, marines et aérospatiales |
| alliages Co-Al-W | À base de cobalt | Co₃(Al,W) (structure L1₂) | Bonne stabilité thermique et résistance à la corrosion ; matériau de recherche avancé pour les environnements à températures extrêmement élevées |
Comment l'Inconel 718 durcit-il par précipitation ?
Le durcissement par précipitation de l'Inconel 718 est obtenu par un traitement thermique de vieillissement pour former deux phases de renforcement principales à l'intérieur de l'alliage :
- γ″ (Ni₃Nb) : la phase de renforcement primaire offrant une résistance à haute température
- γ′ (Ni₃(Al,Ti)) : la phase de renforcement secondaire améliorant les propriétés globales
Ces deux phases précipitent uniformément dans la matrice, bloquant le mouvement de dislocation et améliorant considérablement la résistance, la dureté et les performances à haute température de l'Inconel 718.
Processus typique de traitement thermique de durcissement par précipitation de l'Inconel 718 :
1. Recuit de mise en solution
- Température : ~980°C (1800°F)
- Durée : 1 heure ou plus
- Objectif : Dissoudre les carbures et les précipités pour former une solution solide sursaturée
- Refroidissement : Refroidissement rapide par air
2. Traitement Double Vieillissement
C'est l'étape clé du durcissement par précipitation de l'Inconel 718 :
- Premier vieillissement
- Température : ~720°C (1325°F)
- Durée : 8 heures
- Refroidissement : Refroidissement lent à environ 55°C/h jusqu'à l'étape suivante
- Second vieillissement
- Température : ~620°C (1150°F)
- Durée : 8 heures
- Refroidissement : Refroidissement à l'air jusqu'à température ambiante
Ce procédé permet aux phases γ″ et γ′ de précipiter à une taille et une distribution optimales, améliorant considérablement la limite d’élasticité et la résistance à long terme.
Amélioration des performances de l'Inconel 718 après durcissement par précipitation
| Propriété | État recuit en solution | État durci par précipitation |
| Limite d'élasticité | Faible | Élevé (> 1000 MPa) |
| Résistance au fluage | Pauvre | Significativement amélioré |
| Résistance à la fatigue à haute température | Modéré | Excellent |
Tous les produits Inconel 718 sont-ils durcis par précipitation ?
Tous les produits Inconel 718 ne sont pas livrés à l'état durci par précipitation ; cela dépend de l'utilisation prévue, de la méthode de mise en œuvre et des exigences du client. Deux conditions de livraison sont généralement possibles :
| État | Description |
| État recuit en solution | Traité en solution mais non vieilli ; plus doux et adapté à un usinage ou un soudage ultérieur |
| État durci par précipitation (vieillissement) | Entièrement vieilli avec une résistance élevée, prêt pour l'utilisation finale |
Exemples d'application de l'Inconel 718
| Propriété | Valeur typique |
| Résistance à la traction (Rm) | ≥ 1240 MPa |
| Limite d'élasticité (Rp0,2%) | ≥ 1035 MPa |
| Allongement (A5) | ≥ 12% |
| Dureté (Rockwell C) | 36 – 44 HRC |
| Résistance aux chocs (entaillée) | Haut |
Traitement thermique : Recuit de mise en solution + vieillissement (durcissement par précipitation)
Formes disponibles de l'Inconel 718
- Tubes et tuyaux (sans soudure et soudés)
- Brides forgées
- Raccords (coude, té, réducteur, bouchon)
- Plaques et feuilles
- Tiges, barres et attaches
Normes et spécifications
- ASTM B637, AMS 5662 / 5663
- UNS N07718, DIN 2.4668
- ISO 15156 / NACE MR0175
- Approuvé par le code ASME sur les chaudières et les appareils à pression
Conditions de livraison de l'Inconel 718 selon les normes communes
Remarques importantes :
- L’un des principaux avantages de l’Inconel 718 est son excellente soudabilité à la fois dans les états de recuit en solution et de durcissement par précipitation.
- Des normes telles que ASTM B637, AMS 5662, AMS 5663 précisent si les matériaux sont vieillis ou traités en solution à la livraison.
- Les fabricants fournissent souvent des produits recuits en solution et les utilisateurs effectuent un traitement thermique de vieillissement final selon les besoins.
| Standard | Titre / Description | État du matériel | Application / Remarques |
| AMS 5662 | Spécification des matériaux aérospatiaux | Recuit en solution | Pour l'usinage, le soudage, les traitements intermédiaires avant vieillissement |
| AMS 5663 | Spécification des matériaux aérospatiaux | Durci par précipitation (vieilli) | Double vieillissement standard, prêt à servir |
| AMS 5832 | Spécifications du fil de soudage | Fil recuit en solution | Pour le soudage de pièces en Inconel 718 |
| ASTM B637 | Norme pour pièces forgées, barres, etc. | Différents états par client | Comprend les états recuits en solution, vieillis et travaillés à chaud |
| API 6A CRA | Alliages résistants à la corrosion pour le pétrole et le gaz | Généralement recuit en solution | Pour les équipements de tête de puits, vieillissement après soudage |
| UNS N07718 | Système de numérotation unifié | Désignation du matériau uniquement | L'état dépend de la norme référencée |
Résumé
Le durcissement par précipitation est un procédé de traitement thermique qui augmente significativement la résistance et la dureté des alliages en précipitant de fines phases de renforcement au sein de la matrice métallique. Les superalliages durcis par précipitation utilisent ce mécanisme pour améliorer leurs performances à haute température et sont largement utilisés dans l'aéronautique, les turbines à gaz et d'autres applications exigeantes.
L'Inconel 718 est un superalliage durci par précipitation classique, dont l'amélioration de la résistance dépend principalement de la précipitation de deux phases de renforcement : γ″ (Ni₃Nb) et γ′ (Ni₃(Al,Ti)). Le traitement thermique standard comprend un recuit de mise en solution suivi d'un double vieillissement pour obtenir un renforcement optimal.
Les produits en Inconel 718 sont livrés en état de recuit de mise en solution ou de durcissement par précipitation (vieillissement), selon l'application et les exigences du client. L'état recuit de mise en solution est adapté à l'usinage et au soudage ultérieurs, tandis que l'état vieilli est destiné à l'utilisation finale. Différentes normes (telles que AMS 5662 et AMS 5663) précisent les conditions de livraison en conséquence.
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