Quelle est la composition des superalliages – Définition

Les superalliages, ou alliages hautes performances, sont des alliages non ferreux qui présentent une résistance et une stabilité de surface exceptionnelles à haute température. Leur capacité à fonctionner en toute sécurité à une fraction élevée de leur point de fusion (jusqu’à 85 % de leurs points de fusion (T _m ) exprimés en degrés Kelvin, 0,85) est leur principale caractéristique. Les superalliages sont généralement utilisés à des températures supérieures à 540 °C (1000 °F), car à ces températures, les alliages d’acier et de titane ordinaires perdent leurs forces, la corrosion est également courante dans les aciers à cette température. A haute température, les superalliages conservent leur résistance mécanique, leur résistance au fluage thermique déformation, stabilité de surface et résistance à la corrosion ou à l’oxydation. Certains superalliages à base de nickel peuvent résister à des températures supérieures à 1200 °C, selon la composition de l’alliage. Les superalliages sont souvent coulés sous forme de monocristal, tandis que les joints de grains peuvent fournir de la résistance, ils diminuent la résistance au fluage.

Types de superalliages

Il existe trois catégories principales qui sont conjointement appelées superalliages, comme mentionné ci-dessous. ils possèdent un niveau élevé d’insensibilité ou de stabilité à la température et sont largement utilisés comme matériaux de base pour les applications à haute température.

• Superalliages à base de nickel. Les superalliages à base de nickel constituent actuellement plus de 50 % du poids des moteurs d’avions avancés. Les superalliages à base de nickel comprennent les alliages renforcés en solution solide et les alliages durcissables par vieillissement. Les alliages durcissables par vieillissement consistent en une matrice austénitique (fcc) dispersée avec précipitation cohérente d’un Ni₃ (Al,Ti) intermétallique de structure fcc. Les superalliages à base de Ni sont des alliages avec du nickel en tant qu’élément d’alliage principal qui sont préférés comme matériau de lame dans les applications décrites précédemment, plutôt que des superalliages à base de Co ou de Fe. Ce qui est important pour les superalliages à base de Ni, c’est leur résistance élevée, leur résistance au fluage et à la corrosion à haute température. Il est courant de couler des aubes de turbine sous forme solidifiée directionnellement ou sous forme monocristalline. Les aubes monocristallines sont principalement utilisées dans la première rangée de l’étage de turbine.
• Fer – Superalliages à base de nickel. Les superalliages à base de Fe ont montré une résistance au fluage et à l’oxydation similaire à celle des superalliages à base de Ni, tout en étant beaucoup moins coûteux à produire. La classe la plus importante de ce groupe sont les alliages qui sont renforcés par une précipitation de composé intermétallique dans une matrice FCC.
• Superalliages à base de cobalt. Cette classe d’alliages est relativement nouvelle. En 2006, Sato et al. découvert une nouvelle phase dans le système Co–Al–W. Contrairement aux autres superalliages, les alliages à base de cobalt se caractérisent par une matrice austénitique renforcée en solution solide (fcc) dans laquelle une faible quantité de carbure est distribuée. Bien qu’ils ne soient pas utilisés commercialement dans la mesure des superalliages à base de Ni, les éléments d’alliage trouvés dans les alliages à base de Co de recherche sont C, Cr, W, Ni, Ti, Al, Ir et Ta. Ils possèdent une meilleure soudabilité et une meilleure résistance à la fatigue thermique par rapport à l’alliage à base de nickel. De plus, ils ont une excellente résistance à la corrosion à haute température (980-1100 °C) en raison de leur teneur en chrome plus élevée.

Ces alliages sont généralement utilisés à des températures supérieures à 450 °C, car à ces températures, les aciers ordinaires et les alliages de titane perdent leurs résistances, la corrosion est également courante dans les aciers à cette température.

Exemple – Inconel 718 – Superalliage à base de nickel

De manière générale, Inconel est une marque déposée de Special Metals pour une famille de superalliages austénitiques à base de nickel-chrome. L’Inconel 718 est un superalliage à base de nickel qui possède des propriétés de haute résistance et une résistance aux températures élevées. Il démontre également une protection remarquable contre la corrosion et l’oxydation. La résistance à haute température de l’Inconel est développée par un renforcement en solution solide ou un durcissement par précipitation, selon l’alliage. L’Inconel 718 est composé de 55 % de nickel, 21 % de chrome, 6 % de fer et de petites quantités de manganèse, de carbone et de cuivre.

Les utilisations courantes des superalliages sont dans l’aérospatiale et certaines autres industries de haute technologie. Avec la combinaison de la résistance à la corrosion et de la résistance du matériau face à une chaleur extrême, ce type de superalliage fonctionne bien dans l’industrie nucléaire. Certaines centrales nucléaires utilisent des superalliages à base de nickel pour le cœur du réacteur, la barre de commande et les pièces similaires. Dans l’industrie nucléaire, on utilise en particulier des superalliages à faible teneur en cobalt (en raison de l’activation possible du cobalt-59). Certaines des parties structurelles des assemblages combustibles nucléaires, telles que les tubulures supérieure et inférieure, peuvent être réalisées à partir de superalliages tels que l’Inconel. Les grilles d’espacement sont généralement constituées d’un matériau résistant à la corrosion et à faible section d’absorption des neutrons thermiques, généralement en alliage de zirconium (~ 0,18 × 10^–24 cm² ). La première et la dernière grille d’espacement peuvent également être réalisées en Inconel à faible teneur en cobalt, qui est un superalliage bien adapté au service dans des environnements extrêmes soumis à la pression et à la chaleur.

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