Matériau 718 est un superalliage à base de nickel qui offre une résistance exceptionnelle à haute température, à l'oxydation et à la corrosion. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, la production d'énergie et les applications industrielles où les matériaux doivent résister à des environnements extrêmes. Ce guide complet fournit des détails clés sur le matériau 718 afin d'aider les ingénieurs, les concepteurs et les professionnels de l'approvisionnement à comprendre ses propriétés, ses applications, ses spécifications, son installation et bien plus encore.
Aperçu du matériau 718
Le matériau 718, également connu sous des noms commerciaux tels que Inconel 718, IN718 et NS163, est un alliage de nickel-chrome durci par précipitation qui contient des quantités importantes de fer, de niobium et de molybdène, ainsi que des traces d'aluminium et de titane.
Principales propriétés et caractéristiques du matériau 718 :
Tableau 1 : Propriétés et caractéristiques du matériau 718
| Propriétés | Détails |
|---|---|
| Composition | Alliage nickel-chrome avec niobium, molybdène, fer, aluminium, titane |
| Densité | 8,19 g/cm3 |
| Point de fusion | 1260-1335°C |
| La force | Excellente résistance de -253 à 704°C |
| Dureté | 36-41 HRC |
| Solidité | Résiste aux vibrations, aux chocs thermiques et à la fatigue |
| Résistance à la corrosion | Résiste à la corrosion par piqûres et par crevasses, même à des températures élevées |
| Résistance à l'oxydation | Forme une couche d'oxyde protectrice jusqu'à 1000°C |
| Soudabilité | Bonne soudure par GTAW, GMAW, SMAW |
| Fabrication | Transformés à chaud ou étirés à froid sous diverses formes |
| Coût | Coût plus élevé que celui des aciers au carbone |
Les propriétés uniques du matériau 718 le rendent particulièrement adapté aux températures extrêmes, à la pression, à la corrosion et aux environnements soumis à de fortes contraintes, où la solidité, la dureté et la résistance à la corrosion sont essentielles.
Applications et utilisations du matériau 718
Les propriétés exceptionnelles du matériau 718 en font un produit idéal pour les applications exigeantes :
Tableau 2 : Applications et utilisations du matériau 718
| application | Utilisations |
|---|---|
| Aérospatiale | Composants de moteurs à réaction et de cellules, aubes, disques, fixations, boîtiers, supports |
| Pétrole et gaz | Outils de fond de puits, tiges de forage, équipement de tête de puits, vannes, pompes |
| Production d'électricité | Aubes de turbines à gaz, générateurs, pièces de turbines à vapeur, échangeurs de chaleur |
| Automobile | Pièces de turbocompresseurs, soupapes, composants d'échappement |
| Traitement chimique | Réacteurs, tuyauteries, échangeurs de chaleur, appareils à pression |
| Lutte contre la pollution | Épurateurs de cheminées, incinérateurs de déchets, filtres à gaz chauds |
| Outillage | Filières d'extrusion, moules d'injection pour plastiques, outils de travail à chaud |
| Médical | Implants, prothèses en contact avec l'os |
| Marine | Pompes à eau de mer, équipement de désalinisation, plates-formes offshore |
| Traitement thermique | Accessoires, plateaux, paniers, outils de travail à chaud |
La combinaison de la solidité, de la résistance à la corrosion et de la performance à haute température rend le 718 inestimable pour les pièces critiques exposées à des environnements extrêmes dans des industries clés.
Spécifications du matériau 718
Le matériau 718 est fabriqué selon des spécifications précises qui régissent sa composition chimique, ses propriétés mécaniques, sa microstructure et d'autres paramètres de qualité.
Tableau 3 : Spécifications et normes pour le matériau 718
| Spécifications | Détails |
|---|---|
| Numéro UNS | N07718 |
| Spécification AMS | AMS 5662, AMS 5663, AMS 5664 |
| Spécification ASTM | ASTM B637 |
| Spécification ISO | ISO 6207 |
| composition chimique | Ni 50-55%, Cr 17-21%, Nb 4.75-5.5%, Mo 2.8-3.3%, Ti 0.65-1.15%, Al 0.2-0.8%, C 0.08% max. |
| Densité | 8,19 g/cm3 |
| Plage de fusion | 1260-1335°C |
| Propriétés mécaniques | Résistance à la traction 1241 MPa, limite d'élasticité 1034 MPa, allongement 12%. |
| Taille des grains | ASTM 6 ou plus fin |
| Dureté | 36-41 HRC |
| Microstructure | Matrice austénitique cubique à faces centrées (FCC) avec durcissement par précipitation |
Le respect des spécifications certifiées garantit la constance des performances du matériau 718 dans toutes les applications. Un contrôle de qualité et des tests rigoureux sont effectués au cours de la fabrication.
Principales considérations de conception pour le matériau 718
Pour exploiter tout le potentiel du matériau 718, les ingénieurs doivent concevoir les composants de manière appropriée en tenant compte de facteurs tels que :
Tableau 4 : Facteurs clés de conception pour le matériau 718
| Considérations relatives à la conception | Détails |
|---|---|
| Exigences en matière de solidité | Équilibrer la résistance élevée et la maniabilité, adapter les niveaux de résistance nécessaires |
| Résistance à la fatigue | Conception pour des conditions de contraintes cycliques, utilisation du durcissement par précipitation |
| Résistance à la corrosion | Tenir compte de l'environnement d'exploitation, des températures, des contraintes |
| Tolérances | Maintenir des tolérances serrées pour l'ajustement, l'espace libre et les dimensions |
| Réduction du poids | Optimiser les conceptions pour réduire le poids dans la mesure du possible |
| Réduction des coûts | Équilibrer les besoins de performance et les coûts, utiliser les compromis entre l'usinage et le moulage/forgeage |
| Fabrication | Tenir compte des caractéristiques de formage, d'usinage et d'assemblage |
| L'inspection | Prévoir un accès pour l'inspection des zones critiques |
| Essais | Valider la conformité des conceptions aux spécifications par des essais |
| Codes | Respecter les codes industriels requis pour l'application |
Une conception réfléchie tenant compte de ces facteurs permet aux ingénieurs d'utiliser pleinement les avantages du 718 tout en atténuant ses limites.
Formes et traitement du matériel 718
Le matériau 718 est disponible auprès des fournisseurs dans une large gamme de formes et de conditions de traitement pour répondre aux exigences spécifiques de conception :
Tableau 5 : Formes et options de traitement pour le matériau 718
| Formulaire/Traitement | Détails | Applications |
|---|---|---|
| Actions en espèces | Ronds, carrés, hexagones laminés à chaud et étirés à froid | Pièces usinées, arbres de pompe, fixations |
| Assiette | Tôles laminées à chaud, tôles cisaillées | Pièces structurelles, boîtiers, supports |
| Feuille | Tôles laminées à chaud, laminées à froid, cisaillées | Haubans, conduits, couvercles |
| Tubes | Sans soudure, soudé | Tuyauterie, échangeurs de chaleur, cylindres |
| Moulages | Moulage à la cire perdue, moulage au sable | Pièces de forme complexes, boîtiers |
| Extrusions | Extrusion à chaud | Entretoises d'aéronefs, canaux |
| Moulures | Pièces forgées à matrice fermée | Bagues, disques, attaches |
| Soudage | GTAW, GMAW, SMAW | Composants et assemblages fabriqués |
| Traitement thermique | Recuit en solution et vieillissement, stabilisation | Optimiser les propriétés finales |
| Revêtements | Galvanisation, revêtements de conversion | Protection contre la corrosion |
| Fabrication d'additifs | Lit de poudre, dépôt d'énergie dirigée | Géométries complexes |
Le choix de la forme et de la voie de traitement optimales permet aux concepteurs d'obtenir un bon équilibre entre les propriétés, les performances et le coût pour leur application spécifique.
Fournisseurs et disponibilité des matériaux 718
En tant que superalliage largement utilisé, le matériau 718 est facilement disponible auprès des principaux fournisseurs mondiaux d'alliages à haute performance :
Tableau 6 : Principaux fournisseurs de matériaux 718
| Fournisseur | Désignations des produits | Formulaires disponibles |
|---|---|---|
| Haynes International | Haynes 718 alloy | Barre, feuille, plaque, tube |
| Carpenter Technologies | Pyromet 718 | Barre, billette, fil |
| Special Metals Corp | Inconel 718 | Barres, plaques, feuilles, tubes, fils de soudure |
| VSMPO | EI-718 | Plaque, feuille, barre |
| Technologies Allegheny | U718 | Barres, billettes, plaques, tôles |
| Matériaux Sandvik | Sanicro 718 | Barre, fil |
Le matériau 718 est facilement disponible dans des délais courts auprès des distributeurs sous diverses formes, notamment sous forme de barres, de plaques, de feuilles, de tubes et de produits consommables pour le soudage. Des pièces forgées, moulées et des fixations sur mesure peuvent également être obtenues auprès de fournisseurs agréés.
Tableau 7 : Fourchettes de prix pour le matériau 718
| Forme | Fourchette de prix |
|---|---|
| Assiette | 8-12 $ par livre |
| Barre | 7-10 $ par livre |
| Feuille | 12-18 $ par livre |
| Tube | 15-22 $ par livre |
| Forgeage | 15-25 $ par livre |
| Moulages | 18-30 $ par livre |
Les prix varient en fonction du volume de la commande, de la taille, du délai d'exécution, des exigences en matière d'essais/inspections et du fournisseur. Les accords OEM portant sur des volumes importants peuvent réduire les coûts de manière significative.
Installation des composants du matériau 718
L'installation correcte des composants du matériau 718 nécessite le respect des spécifications, l'utilisation de procédures qualifiées et une documentation complète :
Tableau 8 : Directives d'installation du matériau 718
| Paramètres | Recommendations |
|---|---|
| Manipulation | Utiliser un équipement de levage approprié, éviter d'endommager la surface |
| Stockage | Conserver à l'intérieur, à l'abri de l'exposition aux produits chimiques |
| Fixation | Utiliser les valeurs de couple spécifiées, les composés antigrippants |
| Joints | Choisir des matériaux de joints compatibles, les remplacer si nécessaire |
| Scellement | Garantir des joints étanches et des soudures de qualité pour le confinement de la pression |
| Connexions | Double vérification des caractéristiques des tuyaux, des vannes et des raccords |
| Documentation | Enregistrement des valeurs de couple, des contrôles d'étanchéité et de toute anomalie |
| Essais | Valider les essais de pression, les essais d'intégrité avant la mise en service |
| Sécurité | Porter des équipements de protection individuelle, des permis de travail sécurisés |
Il est essentiel de suivre des procédures d'installation qualifiées pour éviter les fuites, les dommages ou les conditions dangereuses lors de la mise en service des systèmes 718. Une documentation minutieuse permet d'obtenir des enregistrements de qualité.
Fonctionnement et entretien du matériel 718
Pour obtenir des performances fiables et une longue durée de vie de l'équipement en matériau 718, il faut mettre en œuvre des protocoles d'exploitation et d'entretien appropriés :
Tableau 9 : Lignes directrices pour l'utilisation et l'entretien du matériau 718
| Activité | Recommendations |
|---|---|
| Contrôle | Surveillance continue des pressions, des débits, des températures et des vibrations |
| L'inspection | Vérifier régulièrement l'absence d'usure, de corrosion et de fissures. |
| Lubrification | Maintenir les niveaux d'huile de lubrification, changer les filtres |
| Joints | Remplacer les joints d'étanchéité usés ou endommagés |
| Fixations | Vérifier et resserrer les fixations critiques |
| Nettoyage | Suivre les procédures appropriées pour éliminer les dépôts et éviter les dommages |
| Remise à neuf | Démonter, inspecter et réparer les composants conformément au calendrier. |
| Documentation | Enregistrer les paramètres de fonctionnement, les actions de maintenance |
| Formation | Veiller à ce que le personnel soit correctement formé aux procédures |
| Sécurité | Utiliser le verrouillage, l'étiquetage et l'équipement de protection individuelle |
L'utilisation et l'entretien de l'équipement 718 conformément aux directives de l'OEM garantissent des performances sûres et fiables à long terme.
Choisir un fournisseur fiable de matériau 718
Compte tenu du grand nombre de fournisseurs proposant le matériau 718, le choix d'une source fiable est essentiel pour garantir des composants cohérents de haute qualité :
Tableau 10 : Comment choisir un fournisseur fiable de matériau 718
| Considération | Meilleures pratiques |
|---|---|
| Réputation | Sélectionner des fournisseurs établis ayant fait leurs preuves |
| Systèmes de qualité | Certifications ISO 9001 et AS9100 |
| Capacités d'essai | Le fournisseur doit disposer de vastes capacités d'essais en laboratoire en interne |
| Inventaire | Recherchez des distributeurs disposant d'un stock important de tailles standard pour permettre une livraison rapide. |
| Lead Times | Renseignez-vous sur les délais de livraison et la disponibilité pour vos besoins spécifiques. |
| Support technique | Le fournisseur doit fournir une assistance technique compétente |
| Documentation | Les certifications de l'usine du fabricant doivent être fournies |
| Assurance qualité | Capacité à fournir des services d'inspection par des tiers |
| Fiabilité | Il est essentiel que les commandes soient complètes et livrées à temps |
| Valeur ajoutée | Certains proposent des services supplémentaires tels que le traitement thermique, l'usinage, le revêtement, etc. |
Le choix de fournisseurs disposant d'une expertise et de capacités approfondies dans le domaine du matériau 718 permet aux acheteurs d'obtenir des produits qui répondent toujours aux spécifications.
Avantages et inconvénients du matériau 718
Le matériau 718 offre d'excellentes performances dans les applications exigeantes, mais il faut tenir compte de certaines limites :
Tableau 11 : Avantages et inconvénients du matériau 718
| Pour | Cons |
|---|---|
| Excellente résistance aux températures élevées | Plus cher que les alliages inférieurs |
| Résiste au fluage, à la rupture et à la fatigue | Soumis à une fissuration par déformation lors de la mise en forme |
| Résiste aux chocs thermiques et aux cycles | Résistance à la corrosion inférieure à celle des aciers inoxydables |
| Résistant à l'oxydation jusqu'à 1000°C | Nécessite un traitement thermique pour obtenir toutes les propriétés |
| Soudure facile pour la fabrication | Sensible à la contamination lors de la transformation |
| Usinable à l'aide d'un outillage performant | Difficile d'assembler des métaux dissemblables |
| Formable en formes complexes | Limité à une utilisation continue jusqu'à 704°C |
Pour obtenir des résultats optimaux, les ingénieurs en charge de la conception et des procédés doivent s'efforcer de maximiser les avantages du 718 tout en minimisant les limitations grâce à une conception, une fabrication, une inspection et un fonctionnement adéquats.
Matériau 718 par rapport à d'autres superalliages
Le matériau 718 fait partie de la famille des superalliages nickel-chrome. Il offre un équilibre optimal de propriétés par rapport aux autres superalliages :
Tableau 12 : Comparaison du matériau 718 avec d'autres superalliages
| alliage | La force | Solidité | Soudabilité | Résistance à la corrosion | Résistance à la température | Coût |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 718 | Excellent | Excellent | Excellent | Modéré | Excellent | Modéré |
| Waspaloy | Excellent | Bon | Juste | Modéré | Excellent | Haut |
| René 41 | Bon | Modéré | Bon | Modéré | Excellent | Modéré |
| Hastelloy X | Modéré | Excellent | Excellent | Excellent | Bon | Très élevé |
| Haynes 230 | Excellent | Modéré | Bon | Excellent | Excellent | Haut |
| Inconel 625 | Modéré | Excellent | Excellent | Excellent | Modéré | Modéré |
Le matériau 718 offre la meilleure combinaison de solidité, de soudabilité et de résistance à la corrosion pour de nombreuses applications exigeantes, en particulier lorsque le coût est un facteur important.
Matériau 718 et fabrication additive
La fabrication additive (AM) permet de fabriquer des pièces complexes en 718 qui seraient extrêmement difficiles, voire impossibles à réaliser par des méthodes traditionnelles. La fabrication additive avec le matériau 718 offre des avantages tels que
- Capacité à produire des géométries complexes impossibles à réaliser par moulage ou forgeage
- Réduction des délais et des coûts pour les petits volumes de production
- Capacité à optimiser les conceptions en fonction des performances plutôt que de la fabricabilité
- Réduction des déchets par rapport aux méthodes de fabrication soustractives
- Capacité à réparer ou à ajouter des fonctionnalités aux composants existants
- Possibilité de consolider les assemblages en pièces imprimées uniques
Les limites de l'AM avec 718 sont les suivantes
- Coût plus élevé pour les grands volumes de production
- Des cadences de construction plus lentes que celles de la fabrication traditionnelle
- Un post-traitement peut être nécessaire pour obtenir les propriétés finales.
- Les propriétés anisotropes des matériaux peuvent nécessiter des ajustements au niveau de la conception.
- Essais de qualification nécessaires pour valider les performances de la pièce imprimée
- La maturité de la chaîne d'approvisionnement est en retard par rapport à la production conventionnelle
Au fur et à mesure que la technologie se développe, l'AM avec le 718 sera de plus en plus utilisé pour des applications complexes et de grande valeur dans les marchés de l'aérospatiale, de l'énergie et de l'industrie.
FAQ
Q : À quoi sert le matériau 718 ?
R : Le matériau 718 est le plus largement utilisé dans les moteurs à réaction, les turbines à gaz, les usines chimiques et pétrochimiques, et d'autres applications nécessitant une solidité et une résistance à la corrosion exceptionnelles à des températures élevées.
Q : Le matériau 718 est-il soudable ?
R : Oui, le matériau 718 peut être facilement soudé par soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW), par soudage à l'arc sous gaz métallique (GMAW), par soudage à l'arc sous protection métallique (SMAW) et par d'autres procédés de soudage. Des procédures appropriées doivent être suivies pour éviter les fissures.
Q : Quelle est la différence entre l'Inconel 718 et le Haynes 718 ?
R : Il s'agit dans les deux cas de noms de marque pour l'alliage 718. L'Inconel 718 est produit par Special Metals Corporation, tandis que le Haynes 718 est produit par Haynes International. Les alliages ont des compositions et des propriétés pratiquement identiques.
Q : Quelle est la résistance à la traction du 718 ?
R : La résistance à la traction minimale spécifiée pour le 718 recuit et vieilli est de 1241 MPa. La résistance réelle peut atteindre 1370 MPa ou plus en fonction du traitement.
Q : À quels métaux le 718 peut-il être soudé ?
R : Le 718 peut être soudé à des aciers, des aciers inoxydables et des alliages de nickel dissemblables avec des procédures appropriées. La conception du joint, le matériau d'apport et le traitement thermique après soudage sont des facteurs critiques.
Q : Quelle est la température maximale de fonctionnement du 718 ?
R : Bien que le 718 ait une résistance utile jusqu'à 1095°C, il est généralement limité à une utilisation continue jusqu'à 704°C pour la plupart des applications. Des températures plus élevées sont possibles en fonction de la charge et de l'environnement.
Q : Le matériau 718 est-il compatible avec l'acier inoxydable 316 ?
R : Oui, les inoxydables 718 et 316 peuvent être assemblés et utilisés ensemble avec succès lorsque la conception, la préparation de la surface et les procédures de soudage dissemblables sont respectées.
Q : Quelle est la différence entre les alliages 718 et 725 ?
R : L'alliage 725 présente une solidité et une résistance à la corrosion légèrement améliorées grâce à l'ajout de tantale et de niobium. L'alliage 725 est plus cher mais offre des avantages pour les applications exigeantes de l'industrie chimique.