| Section | Article | Valeur / Spécifications |
|---|---|---|
| Applications typiques | Description | Convient à la fabrication de disques, anneaux, lames, arbres, fixations, éléments élastiques, structures en tôle, boîtiers et autres pièces. |
| Processus applicables | Processus | SLM, LSF (Formage solide au laser) |
| Composition chimique (en % massique) | C | ≤ 0,08 |
| Cr | 17,0–21,0 | |
| Ni | 50,0–55,0 | |
| Co | ≤ 1,0 | |
| Mo | 2,8–3,3 | |
| Fe | Bal. | |
| Al | 0,2–0,8 | |
| Ti | 0,65–1,15 | |
| Nb | 4,75–5,50 | |
| Mn | ≤ 0,35 | |
| P | ≤ 0,015 | |
| S | ≤ 0,015 | |
| B | ≤ 0,006 | |
| Si | ≤ 0,35 | |
| Mg | ≤ 0,01 | |
| Cu | ≤ 0,3 | |
| O | ≤ 0,02 | |
| N | ≤ 0,02 | |
| Note: « / » indique non spécifié ou non applicable. | ||
| Propriétés physiques (poudre) | D10 (μm) | ≥ 15 |
| D50 (μm) | 30–40 | |
| D90 (μm) | ≤ 60 | |
| Sphéricité | ≥ 0,9 | |
| Densité apparente (g/cm³) | ≥ 4,4 | |
| Densité apparente (g/cm³) | ≥ 5.0 | |
| Fluidité (s/50g) | ≤ 18 | |
| Propriétés mécaniques (traitement thermique + vieillissement) | Température d’essai | Résistance à la traction (MPa) |
| Température ambiante (Tension) | ≥ 1300 | |
| 650°C (Tension) | ≥ 1000 | |
| 650°C (Rupture sous contrainte) | Contrainte initiale : 690 MPa |
1. Avantages et caractéristiques de cette poudre de superalliage IN718
1.1 Optimisé pour les applications industrielles
La poudre de superalliage IN718 est spécialement conçue pour les applications industrielles exigeantes des secteurs de l’aérospatiale, de l’énergie et de l’ingénierie de haute performance. Sa composition polyvalente et ses caractéristiques en font un matériau idéal pour la fabrication de composants critiques tels que disques, anneaux, lames, arbres, fixations, éléments élastiques, structures en tôle et carters. SLM Grâce à sa technologie, cette poudre offre des performances robustes qui garantissent un fonctionnement fiable même dans des environnements extrêmes, des composants de moteurs à réaction aux équipements pétroliers et gaziers.
1.2 Excellent SLM transformabilité
La poudre IN718 présente une fluidité exceptionnelle (≤18 s/50 g) et une sphéricité élevée (≥0,9), paramètres essentiels pour une répartition homogène de la poudre et une uniformité de la couche. SLM Le procédé de fabrication, grâce à une distribution granulométrique optimisée (D10 ≥ 15 μm, D50 30–40 μm, D90 ≤ 60 μm), garantit une excellente densité de tassement et minimise la porosité des pièces imprimées, ce qui se traduit par un état de surface et une précision dimensionnelle supérieurs. Ces caractéristiques permettent une production fiable de géométries complexes avec un minimum de défauts.
1.3 Performances mécaniques robustes
La poudre IN718 présente des propriétés mécaniques exceptionnelles à température ambiante et à haute température. Après traitement thermique et vieillissement, les pièces atteignent une résistance à la traction exceptionnelle (≥ 1 300 MPa) et une limite d’élasticité exceptionnelle (≥ 1 100 MPa) à température ambiante. À 650 °C, le matériau conserve des performances remarquables avec une résistance à la traction (≥ 1 000 MPa) et une limite d’élasticité (≥ 900 MPa). Le test de rupture sous contrainte à 650 °C démontre une durabilité d’au moins 30 heures sous une contrainte initiale de 690 MPa, ce qui le rend adapté aux applications à haute température de longue durée.
1.4 Propriétés physiques stables
La poudre présente des caractéristiques physiques constantes, avec une densité apparente ≥ 4,4 g/cm³ et une densité tassée ≥ 5,0 g/cm³, garantissant une formation fiable du lit de poudre et un comportement prévisible du bain de fusion. SLM Ces propriétés stables contribuent à des résultats de fabrication reproductibles et à une variabilité réduite du processus, éléments essentiels pour la production à l’échelle industrielle.
1.5 Haute pureté et contrôle de la composition
Fabriquée selon des normes de contrôle qualité rigoureuses, la poudre IN718 présente une composition aux tolérances strictes et des niveaux d’impuretés minimaux. Les éléments de renforcement critiques sont contrôlés avec précision dans des plages spécifiées, tandis que les impuretés nocives telles que le soufre (≤ 0,015 %), le phosphore (≤ 0,015 %), le bore (≤ 0,006 %) et l’oxygène (≤ 0,02 %) sont maintenues à des niveaux exceptionnellement bas, garantissant ainsi des performances optimales et une excellente résistance à la corrosion.
2. Aperçu de la poudre de superalliage IN718
2.1 Caractéristiques de la composition chimique
L’IN718 est un superalliage à base de nickel-fer présentant les principales caractéristiques de composition suivantes :
| Élément | Teneur (en % massique) | Fonction |
|---|---|---|
| Nickel (Ni) | 50,0–55,0 | Élément de base primaire assurant le renforcement par solution solide et la stabilité à haute température |
| Fer (Fe) | Équilibre | Élément de base contribuant à la rentabilité et aux propriétés magnétiques |
| Chrome (Cr) | 17,0–21,0 | Offre une excellente résistance à l’oxydation et à la corrosion |
| Niobium (Nb) | 4,75–5,50 | Forme la phase de renforcement γ » (Ni₃Nb) et la phase γ (Ni₃(Al,Ti)) |
| Molybdène (Mo) | 2,8–3,3 | Améliore le renforcement par solution solide et la résistance à haute température |
| Titane (Ti) | 0,65–1,15 | Contribue à la formation de la phase γ pour le durcissement structural |
| Aluminium (Al) | 0,2–0,8 | Forme la phase γ pour le renforcement par précipitation |
| Carbone (C) | ≤0,08 | Forme des carbures pour le renforcement des joints de grains |
| Silicium (Si) | ≤0,35 | Améliore la résistance à l’oxydation et à la désoxydation |
| Manganèse (Mn) | ≤0,35 | Désoxydant et améliore la formabilité à chaud |
| Cobalt (Co) | ≤1,0 | Améliore la résistance aux hautes températures |
| Cuivre (Cu) | ≤0,3 | Améliore la résistance à la corrosion |
| Bore (B) | ≤0,006 | renforçateur de joint de grain |
| Magnésium (Mg) | ≤0,01 | Désoxydant et améliore la coulabilité |
| Phosphore (P) | ≤0,015 | Impureté contrôlée |
| Soufre (S) | ≤0,015 | Impureté contrôlée |
| Oxygène (O) | ≤0,02 | Impureté contrôlée |
| Azote (N) | ≤0,02 | Impureté contrôlée |
Cette composition équilibrée lui confère une résistance, une résistance à la corrosion et une soudabilité exceptionnelles, ce qui en fait l’un des superalliages les plus utilisés dans la fabrication additive.
2.2 Caractéristiques de la poudre
La poudre est conçue avec des propriétés physiques spécifiques optimisées pour SLM traitement:
| Paramètre | Spécification | Importance |
|---|---|---|
| Taille des particules D10 | ≥15 μm | Assure un débit de poudre adéquat et empêche l’excès de particules fines. |
| Taille des particules D50 | 30–40 μm | Taille médiane optimale pour SLM contrôle de l’épaisseur de couche et du bain de fusion |
| Taille des particules D90 | ≤60 μm | Limite les particules surdimensionnées susceptibles de provoquer des défauts de surface |
| Sphéricité | ≥0,9 | Forme sphérique idéale pour une répartition homogène de la poudre |
| Densité apparente | ≥4,4 g/cm³ | Assure une formation adéquate du lit de poudre et une uniformité de couche. |
| Densité de tassement | ≥5,0 g/cm³ | Une densité d’empilement élevée réduit la porosité des pièces imprimées |
| Fluidité | ≤18 s/50 g | Caractéristiques d’écoulement supérieures pour une distribution fiable des poudres |
3. Avantages techniques
La poudre IN718 offre plusieurs avantages techniques distincts pour SLM applications :
- Rapport résistance/poids exceptionnel : Sa haute résistance associée à une densité modérée le rend idéal pour les applications sensibles au poids.
- Résistance supérieure au vieillissement : Le durcissement par précipitation à travers les phases γ et γ » confère des propriétés mécaniques exceptionnelles
- Excellente résistance à la corrosion : La teneur en chrome assure une résistance à l’oxydation et à divers environnements corrosifs.
- Bonne soudabilité : La faible teneur en carbone et la composition équilibrée permettent une excellente soudabilité sans traitement thermique après soudage.
- Capacité de résistance aux hautes températures : Maintient son intégrité mécanique jusqu’à 650 °C, convient aux composants de turbines et de moteurs
- Résistance au fluage et à la rupture sous contrainte : L’ajout de Nb et de Mo améliore la résistance à la déformation sous des charges soutenues.
- Résistance à la fatigue : Excellente résistance aux charges cycliques, essentielle pour les composants rotatifs
- Flexibilité de fabrication : Compatible avec les deux SLM et les procédés LSF (Laser Solid Forming)
4. SLM Recommandations relatives aux paramètres de processus
En fonction des caractéristiques de la poudre, les éléments suivants SLM Paramètres de processus recommandés :
Paramètres laser :
- Puissance du laser : 200–350 W (en fonction de l’épaisseur de la couche et de la complexité géométrique)
- Vitesse de numérisation : 800–1400 mm/s
- Espacement des hachures : 80–110 μm
- Épaisseur de la couche : 30–50 μm (aligné sur la taille des particules D50)
- Taille du point laser : 80–120 μm
Créer un environnement :
- Atmosphère: Argon ou azote avec une teneur en oxygène < 50 ppm
- Température du plateau d’impression : 80–120°C (pour réduire les contraintes résiduelles)
- Température de préchauffage : En option, 150–200 °C pour les composants de grande taille
Stratégie d’analyse :
- Modèle: Motif à damier ou à rayures avec une rotation de 67° entre les couches
- Numérisation des contours : 2 à 3 passages à puissance réduite (60 à 80 % de la puissance nominale) pour une meilleure finition de surface
- Superficie de l’île : 5×5 mm à 10×10 mm pour la répartition des contraintes
- Structures de soutien : Nécessaire pour les surplombs > 45°, optimisé pour un démontage facile et une surface de contact minimale
Surveillance des processus :
- Surveillance des bassins de fonte : Imagerie thermique en temps réel pour la détection des défauts
- Inspection des couches : Surveillance par caméra in situ de la qualité de l’épandage des poudres
- Contrôle de l’atmosphère : Surveillance continue de l’oxygène pendant la construction
5. Procédures de post-traitement
Soulager le stress :
- Température: 600–650 °C
- Durée: 1 à 2 heures
- Refroidissement: Refroidissement du four pour minimiser les contraintes résiduelles
- But: Réduire les contraintes internes dues à une solidification rapide
Traitement thermique de mise en solution :
- Température: 950–980°C
- Durée: 1 heure
- Refroidissement: Refroidissement rapide à l’air ou à l’eau
- But: Dissoudre les phases secondaires et homogénéiser la microstructure
Traitement anti-âge (Processus en deux étapes) :
- Premier vieillissement :
- Température : 715–725 °C
- Durée : 8 heures
- Refroidissement : Le four refroidit à 620 °C à raison de 50 °C/heure.
- Second vieillissement :
- Température : 620 °C
- Durée : 8 heures
- Refroidissement : Refroidissement par air
- But: Phases de renforcement précipitées γ et γ »
Finition de surface :
- Suppression du support : enlèvement mécanique suivi d’un grenaillage abrasif (Al₂O₃, grain 80–120)
- Options de traitement de surface :
- Électropolissage de composants aérospatiaux critiques
- Gravure chimique pour l’élimination des défauts de surface
- Grenaillage pour améliorer la durée de vie en fatigue
- Pressage isostatique à chaud (PIC) pour l’élimination des défauts internes
Inspection et essais :
- Contrôle non destructif (CND) :
- Tomodensitométrie (TDM) aux rayons X pour les défauts internes
- Contrôle par ultrasons de l’intégrité du volume
- Contrôle par ressuage pour les défauts de surface
- Essais mécaniques :
- Essais de traction à température ambiante et à températures élevées
- Essais de fatigue pour applications de chargement cyclique
- Test de dureté (échelle Rockwell C)
6. Spécifications de performance
Propriétés mécaniques (après traitement thermique et vieillissement) :
| Condition d’essai | Résistance à la traction (MPa) | Limite d’élasticité (MPa) | Allongement (%) |
|---|---|---|---|
| Température ambiante (Tension) | ≥1300 | ≥1100 | ≥15,0 |
| 650°C (Tension) | ≥1000 | ≥900 | ≥12,0 |
| 650°C (Rupture sous contrainte) | Contrainte initiale : 690 MPa | Durée : ≥ 30 h | Allongement : ≥5,0 |
Propriétés physiques :
- Densité: ~8,19 g/cm³ (théorique)
- Plage de fusion : 1260–1336°C
- Dilatation thermique : 13,0 × 10⁻⁶/°C (20–100°C)
- Conductivité thermique : ~11,4 W/m·K à 100 °C
- Capacité thermique massique : ~435 J/kg·K à 20 °C
- Résistivité électrique : ~1,28 μΩ·m à 20 °C
Résistance environnementale :
- Résistance à l’oxydation : Excellente tenue jusqu’à 700 °C
- Résistance à la corrosion : Bonne résistance à l’eau de mer, aux acides et à divers produits chimiques industriels
- Fissuration par corrosion sous contrainte : Résistant aux milieux chlorés
7. Domaines d’application
La poudre IN718 est particulièrement adaptée aux applications suivantes :
Aérospatial:
- Disques et pales de turbine
- Composants du compresseur
- Carter et boîtier de moteur
- Fixations et supports structurels
- composants du train d’atterrissage
- pièces de moteur de fusée
Énergie:
- Composants de turbine à gaz
- aubes de turbine à vapeur
- Composants d’un réacteur nucléaire
- outils de fond de puits pour l’industrie pétrolière et gazière
- Pièces d’échangeur de chaleur
- équipement de production d’énergie
Industriel:
- Vannes et raccords haute pression
- équipement de traitement chimique
- Composants de propulsion marine
- Outillage et moules
- composants de course automobile
- Composants d’implants médicaux (qualité biocompatible)
8. Comparaison avec des poudres similaires
contre Haynes 188 :
| Paramètre | IN718 | Haynes 188 | Avantage |
|---|---|---|---|
| Élément de base | Ni-Fe | Co | IN718 : Coût inférieur, meilleure disponibilité |
| Température de service maximale | 650 °C | 980°C | Haynes 188 : Supérieur pour les températures extrêmes |
| Force à température ambiante | ≥1300 MPa | ≥850 MPa | IN718 : Résistance accrue dans des conditions ambiantes |
| Résistance aux hautes températures | ≥1000 MPa à 650 °C | ≥190 MPa à 980 °C | Dépend de l’application |
| résistance à l’oxydation | Résiste à des températures allant jusqu’à 700 °C | Excellente tenue jusqu’à 1095 °C | Haynes 188 : Résistance supérieure à l’oxydation |
| Coût | Modéré | Haut | IN718 : Plus rentable |
| Idéal pour | Aérospatiale générale, températures modérées | Applications à températures extrêmes |
contre Inconel 625 :
| Paramètre | IN718 | Inconel 625 | Avantage |
|---|---|---|---|
| Mécanisme de renforcement | durcissement par précipitation | Solution solide | IN718 : Résistance accrue après vieillissement |
| Teneur en niobium | 4,75–5,50% | 3,15–4,15% | IN718 : Formation accrue de la phase γ » |
| Teneur en molybdène | 2,8–3,3% | 8,0–10,0% | Inconel 625 : Meilleure résistance à la corrosion |
| Force à température ambiante | ≥1300 MPa | ~830 MPa (à l’état brut) | IN718 : Nettement plus fort |
| soudabilité | Excellent | Excellent | Comparable |
| résistance à la corrosion | Bien | Excellent | Inconel 625 : Supérieur en environnements difficiles |
| Idéal pour | Composants structurels à haute résistance | Environnements corrosifs, traitement chimique |
par rapport au Ti-6Al-4V :
| Paramètre | IN718 | Ti-6Al-4V | Avantage |
|---|---|---|---|
| Densité | ~8,19 g/cm³ | ~4,43 g/cm³ | Ti-6Al-4V : Beaucoup plus léger |
| Température de service maximale | 650 °C | 400 °C | IN718 : Capacité de température plus élevée |
| Force | ≥1300 MPa | ~900–1100 MPa | IN718 : Résistance supérieure |
| résistance à la corrosion | Bien | Excellent | Ti-6Al-4V : Supérieur dans de nombreux environnements |
| Coût | Modéré | Haut | IN718 : Généralement plus rentable |
| Biocompatibilité | Bien | Excellent | Ti-6Al-4V : Matériau de choix pour les implants médicaux |
| Idéal pour | Aérospatiale haute température, résistance critique | sensible au poids, médical, marin |
9. Précautions
Manutention et stockage :
- Conditions de stockage : Conserver dans des récipients hermétiques sous atmosphère sèche et inerte (argon ou azote).
- Contrôle de l’humidité : Maintenir une humidité relative inférieure à 40 % pour éviter l’absorption d’humidité
- Température: Conserver à température ambiante (15–25 °C), en évitant les variations de température extrêmes.
- Durée de conservation : Généralement 12 mois à compter de la date de fabrication, si le stockage est effectué correctement.
- Exigences en matière d’EPI : Utilisez l’équipement de protection individuelle approprié, notamment :
- Gants en nitrile
- Masque respiratoire N95 ou mieux
- lunettes de sécurité
- blouse de laboratoire ou vêtements de protection
Sécurité des procédés :
- Ventilation: Assurez une ventilation adéquate dans SLM installation avec filtration HEPA
- Surveillance de l’atmosphère : Surveillez en permanence les niveaux d’oxygène dans la chambre de construction (<50 ppm recommandés).
- Prévention des incendies : Mettre en œuvre des mesures de prévention des incendies pour la manipulation des poudres métalliques :
- Extincteurs de classe D disponibles immédiatement
- Interdiction de flammes nues ou d’étincelles dans les zones de manipulation de poudre.
- Mise à la terre de tous les équipements pour éviter les décharges électrostatiques
- Récupération de poudre : Utilisez des systèmes de récupération de poudre dédiés, conçus pour résister aux explosions.
- Élimination des déchets : Respectez la réglementation locale en matière d’élimination des déchets de poudres métalliques.
Contrôle de qualité:
- Caractérisation des poudres : Tests réguliers de :
- Distribution granulométrique (toutes les 5 constructions ou mensuellement)
- mesures de fluidité
- vérification de la composition chimique
- teneur en oxygène et en azote
- Réutilisation de la poudre : Surveiller les cycles de réutilisation de la poudre (généralement 3 à 5 fabrications maximum).
- Tamiser la poudre entre chaque fabrication (maille de 45 à 63 μm recommandée).
- Mélanger de la poudre fraîche (10 à 20 %) avec de la poudre réutilisée.
- Jeter la poudre présentant une dégradation de sa fluidité ou de sa composition chimique
- Contrôle de la contamination :
- Équipements dédiés pour différents systèmes d’alliages
- Protocoles de nettoyage stricts entre chaque changement de matériau
- Inspection régulière des systèmes de distribution de poudre
- Traçabilité : Conserver des registres de construction détaillés, notamment :
- numéros de lot de poudre
- Paramètres du processus
- cycles de traitement thermique
- Résultats de l’inspection
10. Résumé
La poudre de superalliage IN718 est l’un des matériaux les plus polyvalents et les plus utilisés en fabrication additive, notamment pour les applications de fusion laser sélective (SLM). Ses caractéristiques optimisées, telles qu’une excellente fluidité (≤ 18 s/50 g), une sphéricité élevée (≥ 0,9) et une granulométrie contrôlée (D50 : 30–40 μm), garantissent une grande fiabilité. SLM procédé de fabrication avec un minimum de défauts et des propriétés mécaniques constantes.
L’alliage IN718, à base de nickel-fer et enrichi stratégiquement en chrome, niobium, molybdène, titane et aluminium, offre des performances mécaniques exceptionnelles. Après un traitement thermique et un vieillissement appropriés, il atteint une résistance à la traction remarquable de ≥ 1 300 MPa et une limite d’élasticité de ≥ 1 100 MPa à température ambiante, tout en conservant d’excellentes propriétés à haute température, avec une résistance à la traction de ≥ 1 000 MPa à 650 °C. Sa tenue à la rupture sous contrainte de ≥ 30 heures à 650 °C sous une contrainte initiale de 690 MPa démontre son aptitude aux applications à haute température de longue durée.
La composition équilibrée de l’IN718 lui confère une excellente résistance à la corrosion, une bonne soudabilité et une capacité de durcissement structural supérieure grâce à la précipitation des phases γ et γ ». Ces propriétés en font un matériau idéal pour les applications exigeantes dans les secteurs de l’aérospatiale (composants de turbines, pièces de moteurs), de l’énergie (turbines à gaz, composants nucléaires), de l’industrie (équipements haute pression, procédés chimiques) et de la défense.
La compatibilité des poudres avec les deux SLM Les procédés LSF, associés à des protocoles de post-traitement éprouvés, incluant le traitement thermique de mise en solution et le vieillissement en deux étapes, permettent la production de composants complexes et performants répondant aux normes industrielles les plus strictes. Si l’acier Haynes 188 offre des performances supérieures à des températures extrêmes (> 700 °C) et l’Inconel 625 une meilleure résistance à la corrosion, l’IN718 demeure le matériau de prédilection pour les applications exigeant un équilibre optimal entre résistance mécanique, tenue en température, rentabilité et fiabilité des procédés.
Grâce à une manipulation, un traitement et des mesures de contrôle de qualité appropriés, la poudre de superalliage IN718 permet aux fabricants de tirer parti de la fabrication additive pour produire des composants aux géométries et aux caractéristiques de performance inaccessibles par les méthodes de fabrication traditionnelles, stimulant ainsi l’innovation dans de nombreuses industries de haute technologie.
11. Services de personnalisation par Forgecise
Forgecise Nous proposons des solutions complètes de personnalisation de poudres de superalliages, couvrant l’ensemble de la gamme, des formulations standard haute température aux superalliages à base de nickel haute performance spécifiques à chaque client. Nous prenons en charge les nuances de superalliages les plus courantes, notamment Haynes 230, la série Inconel et les variantes d’Hastelloy, avec la capacité d’adapter précisément la composition chimique, la granulométrie, la sphéricité, la teneur en oxygène/azote et le coefficient de dilatation thermique à vos exigences industrielles et de fabrication. Nos poudres de superalliages sont optimisées pour les procédés de fabrication additive les plus exigeants. SLM et EBM, garantissant une imprimabilité constante, une densité élevée, des propriétés mécaniques supérieures à haute température et des performances fiables dans vos composants finaux pour les secteurs de l’aérospatiale, de l’énergie et de l’industrie.
