L'Inconel 718 est un alliage de nickel rare dont la résistance n'existe que lorsque le traitement thermique la crée. À l'état recuit, il s'agit d'un modeste matériau de classe 1 000 MPa- ; après le traitement de précipitation en deux étapes, il atteint une tension de traction minimale de 1 270 MPa avec un rendement supérieur à 1 030 MPa, et cette différence est la seule raison pour laquelle l'alliage est spécifié dans les machines tournantes et les équipements sous pression.
Qu'est-ce que l'Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)est un alliage de fer -nickel-chrome- durcissable par précipitation renforcé par deux phases intermétalliques : gamma double-prime (g″, Ni3Nb) comme phase de durcissement primaire et gamma prime (g′, Ni3(Al,Ti)) comme phase secondaire.
L'alliage est inhabituel parmi les superalliages de nickel dans la mesure où sa réponse de durcissement au vieillissement-est lente, ce qui le rend exactement soudable sans la fissuration qui sévit dans les alliages à vieillissement rapide-tels que le X-750. Il conserve une résistance élevée à des températures cryogéniques allant jusqu'à environ 650 degrés (1 200 degrés F), ce qui est l'enveloppe de travail indiquée par la plupart des fiches techniques pour un service à long terme.
| Article | Valeur |
|---|---|
| Numéro UNS | N07718 |
| FR / Numéro d'usine | 2.4668 |
| Noms communs | Inconel 718, alliage 718, nickel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (abréviation EN) |
| Famille | Précipitations-Ni durcissable-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Mécanisme de renforcement | g″ (Ni3Nb) primaire + g′ (Ni3(Al,Ti)) secondaire |
| Densité | 8,19 g/cm3 (0,296 livre/po3) |
| Plage de fusion | 1 320 à 1 390 degrés (2 410 à 2 540 degrés F) |
| Gamme de services utilisable | -250 degrés à +650 degrés à long terme |
Composition chimique
La composition ci-dessous est l'enveloppe d'acceptation standard utilisée par AMS 5662 / AMS 5663 et ASTM B637 pour les barres et les pièces forgées. Le niobium est l'élément déterminant : il forme le double précipité gamma Ni3Nb-prime au cours du vieillissement, et sa plage est étroitement contrôlée car trop peu de niobium réduit la réponse de durcissement tandis qu'une trop grande quantité favorise la ségrégation et la phase de Laves. Le fer n’est pas ici une impureté mais un élément d’équilibre délibéré qui ralentit la réponse au vieillissement et améliore la fabricabilité.
| Élément | Min. (%) | Maximum (%) | Rôle |
|---|---|---|---|
| Nickel + Cobalt (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Matrice de base ; résistance à haute-température |
| Chrome (Cr) | 17.0 | 21.0 | Résistance à l'oxydation et à la corrosion |
| Fer (Fe) | Équilibre | - | Solde matriciel ; ralentit la réponse au vieillissement pour la soudabilité |
| Niobium + Tantale (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Formes g″ ; l'élément de durcissement primaire |
| Molybdène (Mo) | 2.80 | 3.30 | Renforcement solide de la solution- |
| Titane (Ti) | 0.65 | 1.15 | Formes g' ; co-précipitant |
| Aluminium (Al) | 0.20 | 0.80 | Formes g' ; co-précipitant |
| Cobalt (Co) | - | 1.00 | Limite d'impuretés dans la plupart des spécifications |
| Carbone (C) | - | 0.08 | Maintenu à un niveau bas pour éviter la fragilisation du carbure |
| Manganèse (Mn) | - | 0.35 | Contrôle des impuretés |
| Silicium (Si) | - | 0.35 | Contrôle des impuretés |
| Phosphore (P) | - | 0.015 | Contrôle des impuretés |
| Soufre (S) | - | 0.015 | Contrôle des impuretés ; critique pour la maniabilité à chaud |
| Cuivre (Cu) | - | 0.30 | Limite d'impuretés |
| Bore (B) | - | 0.006 | Micro-alliage pour la résistance des limites des grains- |
Le mécanisme de précipitation : pourquoi le traitement thermique crée de la force
À l'état recuit, l'Inconel 718 est un alliage en solution solide-avec une résistance modérée, environ 1 030 MPa de traction minimale dans l'état AMS 5662.
Le traitement thermique de précipitation amène l'alliage à une traction minimale de 185 ksi (1 276 MPa) car il force deux choses à se produire dans la microstructure : les atomes de niobium, de titane et d'aluminium, qui sont dissous dans la matrice après le traitement en solution, sortent de la solution sous forme de particules Ni3Nb et Ni3(Al,Ti) à l'échelle nanométrique - ; et ces particules bloquent le mouvement de dislocation qui permettrait autrement une déformation plastique.
Le cycle de vieillissement en deux -étapes existe parce que les deux phases réagissent à des températures différentes : la première étape à 1 325 degrés F nuclée la phase g″, et la seconde à 1 150 degrés F la laisse croître jusqu'à la taille qui donne l'équilibre optimal de résistance-ténacité. Sauter ou raccourcir l'une ou l'autre étape laisse l'alliage sous-durci, c'est pourquoi les enregistrements de traitement thermique-sont plus importants pour le 718 que pour presque tous les autres alliages de nickel.
Conditions de livraison : AMS 5662, AMS 5663 et AMS 5664
Trois conditions AMS dominent l’approvisionnement en barres, pièces forgées et tubes en Inconel 718. C’est la même chimie ; la différence réside entièrement dans l'état du traitement thermique-, et chacun a un rôle différent dans la chaîne d'approvisionnement.
| Spécification | Condition | Propriétés minimales (température ambiante) | Utilisation typique dans la chaîne d'approvisionnement |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Solution traitée (recuit) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Matière première pour l'usinage ; assez doux pour couper facilement |
| AMS 5663 | Solution traitée + durcissement par précipitation | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12 % min, RA 15 % min | Matériel rotatif et pièces sous pression prêts à l'entretien |
| AMS 5664 | Variante de travail à froid-plus élevée-résistance + vieillissement | Dépasse l'AMS 5663 en termes de force | Fixations et pièces nécessitant une résistance maximale |
Pour les canalisations et les équipements sous pression, la logique d'approvisionnement est la suivante : commander l'AMS 5662 lorsque la pièce doit être usinée ou pliée en premier et durcie ensuite, et commander l'AMS 5663 lorsque la pièce est livrée dans l'état final.
Une erreur d'approvisionnement courante consiste à demander un tuyau AMS 5663, puis à l'usiner ou à le-plier à froid en-interne, ce qui durcit-et peut déformer une pièce qui était déjà à pleine résistance ; la voie correcte pour l'usinage-à partir de-pièces brutes est l'AMS 5662 suivi d'un cycle de vieillissement contrôlé.
Voie de traitement thermique
Le cycle de durcissement par précipitation standard selon AMS 5663 est un traitement en deux -étapes. Le traitement en solution avant vieillissement dissout les éléments durcisseurs et fixe la granulométrie ; les étapes de vieillissement nucléent et font croître les précipités.
| Étape | Température | Temps / Refroidissement | But |
|---|---|---|---|
| Recuit de mise en solution | 927 à 1 010 degrés (1 700 à 1 850 degrés F) | Tenir par taille de section, refroidir à l'air libre ou plus rapidement | Dissoudre Nb, Ti, Al ; définir la taille des grains |
| Vieillissement étape 1 | 718 degrés (1325 degrés F) | 8 heures | Phase nucléée g″ (Ni3Nb) |
| Vieillissement étape 2 | 621 degrés (1 150 degrés F) | Refroidir le four à partir de l'étape 1 ; temps de vieillissement total 18 h ; air frais | Augmenter g″ et g′ jusqu'à une taille optimale |
L'itinéraire 1325/1150 degrés F est la norme AMS. Remarque pour les fabricants : l'alliage présente une contraction d'environ 0,0008 po/po après durcissement par précipitation, donc les dimensions usinées avec précision-doivent être définies avant le vieillissement ou la contraction prise en compte dans la surépaisseur d'usinage.
Données physiques et mécaniques
Le tableau ci-dessous combine les constantes physiques avec un comportement mécanique représentatif en température. Les valeurs minimales de température ambiante-sont contractuelles, les valeurs de température-élevées sont des valeurs typiques pour des conseils de conception.
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 8,19 g/cm3 |
| Module d'élasticité, température ambiante | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| CTE moyen, 20-300 degrés | 13.9 µm/m·K |
| Conductivité thermique, température ambiante | 11.4 W/m·K |
| UTS, recuit (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, vieilli (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, vieilli (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Allongement, vieilli (AMS 5663 min) | 12% |
| Dureté, vieillie (typique) | 331 HBW min (environ 36 HRC) |
Comportement à haute-température et cryogénique
La même structure de précipitation qui confère au 718 sa résistance à la température ambiante est stable jusqu'à environ 650 degrés, c'est pourquoi l'alliage conserve une résistance à la traction et au fluage utilisable dans la plage des turbines et des fonds de trou. Les propriétés typiques de vieillissement à 650 degrés affichent toujours une traction d'environ 1 100 MPa, et les performances de rupture sous contrainte-est la raison pour laquelle le 718 est l'alliage de matériel rotatif standard-.
À l'autre extrémité de l'enveloppe, la matrice austénitique ne présente aucune transition ductile-à-fragile. L'alliage est donc largement utilisé dans les réservoirs et les vannes cryogéniques jusqu'aux températures de l'hydrogène liquide-. Cette combinaison, haute résistance aux deux températures extrêmes avec soudabilité intermédiaire, est la raison pour laquelle aucun autre alliage de nickel ne correspond à ses spécifications dans l'aérospatiale et le pétrole-et-gaz.
Soudage et fabrication
Inconel 718est soudé avec une charge à base de nickel-correspondante dans la classe ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), la famille familière des charges Inconel 718. L'alliage peut être soudé à l'état recuit ou vieilli ; la réponse de vieillissement lente signifie que la zone affectée par la chaleur ne se fissure pas après le soudage comme le font les alliages à vieillissement rapide.
Lorsqu'il est soudé à l'état recuit puis vieilli, le métal soudé développe une grande partie de la résistance du métal de base. C'est pourquoi les constructions soudées sont normalement conçues comme un matériau AMS 5662 plus un cycle de vieillissement après-soudage. Le formage à froid est simple à l’état recuit ; le matériau vieilli est suffisamment résistant pour que le formage soit effectué avant le durcissement par précipitation. Les notes d'usinage reflètent les autres alliages de nickel : configuration rigide, alimentation positive et outils tranchants pour éviter l'écrouissage.
Normes et formulaires de produits
| Formulaire | Norme applicable | Gamme typique |
|---|---|---|
| Barre, tige, fil | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Diamètre 6–300 mm |
| Tuyaux et tubes sans soudure | AMS 5662-route, selon les spécifications du projet | DE 21,3 à 168,3 mm (NPS 1/2 à 6) |
| Plaque, feuille, bande | ASTM B670/AMS 5596, 5597 | Épaisseur 0,5 à 100 mm |
| Pièces forgées et bagues | ASTMB637 | Par dessin |
| Attaches | Variantes AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Par dessin |
Applications
- Aérospatiale : disques de turbine, aubes de compresseur, arbres de moteur, carters et fixations
- Moteurs-fusées : turbopompes, carters, composants de poussée
- Pétrole et gaz : outils de fond, boîtiers MWD/LWD, arbres de pompe, soupapes de sécurité, composants de tête de puits selon NACE MR0175 / API 6A CRA
- Cryogénique : réservoirs GNL et hydrogène, vannes, tuyauterie de transfert
- Nucléaire : composants internes du réacteur et-composants des barres de commande
- Industrie : ressorts, fixations, matrices et outillage-haute température
Erreurs courantes en matière d'approvisionnement
- Commander un tube AMS 5663 et l'usiner en interne-, perdant ainsi l'état de vieillissement de la surface usinée
- En supposant que les 718 certificats soient identiques : l'état (recuit ou vieilli) doit être indiqué sur le bon de commande.
- Sauter la deuxième étape de vieillissement à 1 150 degrés F, qui laisse l'alliage sous-durci
- Ignorer la contraction de vieillissement de 0,0008 po/po dans les dimensions de précision
- Utilisation d'un enduit de classe 625 sur 718, qui modifie la chimie du métal fondu et réduit la résistance au vieillissement
FAQ
Q : Quelle est la différence entre l'AMS 5662 et l'AMS 5663 Inconel 718 ?
AMS 5662 est la condition de recuit en solution-avec une traction minimale d'environ 1 034 MPa ; AMS 5663 est le même matériau de précipitation-durci à une traction minimale de 1 276 MPa. Commande 5662 pour usinage et formage, puis vieillissement ; commandez le 5663 pour des pièces prêtes à l'entretien-.
Q : Comment l'Inconel 718 est-il durci ?
Par un vieillissement en deux - étapes : 8 heures à 718 degrés (1 325 degrés F), puis refroidissement au four à 621 degrés (1 150 degrés F) pour une durée totale de vieillissement de 18 heures, puis refroidissement à l'air. Le traitement précipite les phases Ni3Nb (g″) et Ni3(Al,Ti) (g′) qui épinglent les dislocations.
Q : À quelle température l’Inconel 718 peut-il résister ?
Service à long terme-jusqu'à environ 650 degrés (1 200 degrés F), avec de bonnes performances cryogéniques jusqu'à -250 degrés. Au-dessus de 650 degrés, la phase g″ dépasse et la force diminue.
Q : L'Inconel 718 est-il soudable ?
Oui, ce qui est inhabituel pour un alliage de nickel durci par précipitation-, car sa réponse au vieillissement est lente. Utilisez le filler ERNiFeCr-2 ; souder à l'état recuit et vieillir ensuite pour obtenir une résistance de soudure proche de celle du métal commun.
Q : Quelles normes couvrent l’Inconel 718 ?
ASTM B637 (barres et pièces forgées), ASTM B670 (plaques), AMS 5662/5663/5664 (conditions aérospatiales), ainsi que les variantes NACE MR0175/ISO 15156 et API 6A CRA pour le pétrole et le gaz.
Q : L'Inconel 718 peut-il être utilisé en service acide ?
Oui, le 718 est l'un des rares alliages à haute résistance-répertoriés dans la norme NACE MR0175/ISO 15156 pour les environnements acides, avec des limites de dureté qui doivent être vérifiées sur le certificat.
