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Superalliages :
résistance garantie à la chaleur
et à la corrosion

Lorsque les exigences posées aux matériaux augmentent, lorsque les hautes températures d’utilisation prédominent, les superalliages ou HRSA (= Heat Resistant Super Alloys) entrent en jeu. Il s’agit d’alliages ayant une composition complexe. Ils sont séduisants par leur propriété de conserver leur résistance et leur dureté même à de hautes températures, et de résister à la corrosion.

Les propriétés

Parmi les superalliages, on distingue trois principaux groupes :

Les alliages à base de fer sont un perfectionnement des aciers inoxydables austénitiques et sont, parmi les superalliages, ceux qui ont la moins bonne résistance à la chaleur. Ils conviennent pour la fabrication de boîtiers, d’arbres ou de bagues. Ex. Incoloy 909, A286, Greek Ascoloy.

Les alliages à base de nickel forment le groupe le plus fréquent au sein des superalliages. Ils sont de plus en plus souvent utilisés en construction aéronautique, pour les chambres de combustion et les carters de turbine des réacteurs, ou dans la construction de turbines à gaz. Ex. Inconel 718, Inconel 625, Waspaloy, Hastelloy.

Les alliages à base de cobalt se distinguent par une résistance exceptionnelle à la corrosion même à hautes températures. Ces matériaux sont à la fois coûteux et difficiles à usiner. Leur utilisation se limite aujourd’hui à des applications dans un environnement très chaud ou très exposé à la corrosion (réacteurs nucléaires, implants médicaux). Ex. CoCr, Haynes 25, Stellite 31 (voir chapitre spécifique sur les alliages CrCo).

  • Exemple de matériau : Inconel 625
  • Protection anticorrosion : très élevée
  • Résistance aux acides : très élevée
  • Résistance à la chaleur : élevée à très élevée
  • Dureté élevée, même à hautes températures
  • Non durcissable (faible teneur en C : < 0,07 %)
  • Non magnétique
  • Conductibilité thermique faible
  • Formabilité à chaud et à froid : excellente
  • Coefficient de dilatation thermique : élevé
  • Conservation de la résistance et de la dureté même à hautes températures
  • Propriétés mécaniques : excellentes (grande résistance à la traction, et allongement à la rupture)
  • Ténacité : élevée, même à basses températures
  • Usinabilité : très exigeant
  • Principales applications : industrie chimique, aéronautique, production d’énergie, médical
  • Coût du matériau : très élevé

Le défi

La dureté très élevée et la faible conductibilité thermique des superalliages produisent des températures élevées lors de l’usinage. La tendance à l’écrouissage et à la trempe superficielle augmente l’usure sur les tranchants de l’outil. Ces propriétés font de ces alliages à grande capacité de charge un défi pour l’enlèvement par copeaux. À cela s’ajoute une ténacité prononcée, un obstacle supplémentaire lorsqu’il s’agit de former des copeaux et de les évacuer.

C’est pourquoi l’on préfère souvent, en particulier pour le perçage, des procédés alternatifs non soumis à l’usure (électroérosion ou laser). Ces derniers rencontrent toutefois leurs limites en aéronautique, où la qualité des zones de bords est soumise à de sévères prescriptions. Sous cet aspect, l’usinage avec des outils coupants est un clair avantage, mais les problèmes comme la surchauffe des outils, le collage des copeaux et la formation d’arêtes rapportées doivent être maîtrisés.

La solution

Une solution d’usinage avec un processus sûr est tout à fait possible pour ces superalliages résistants à la chaleur avec des outils coupants. Dans la recherche de solutions appropriées, Mikron Tool a pris en compte ces propriétés particulières et les a intégrées dans le développement des outils :

La réfrigération

Comme pour tous les matériaux résistants à la chaleur et à la corrosion, le refroidissement a été traité comme un thème central. Dans la mesure du possible, les outils Mikron Tool (forets et fraises) disposent d’un refroidissement interne, pour les petites dimensions sous forme de canaux de refroidissement intégrés dans la queue, pour les plus grandes également en hélice jusqu’à la pointe de l’outil.

Le carbure

Les carbures utilisés par Mikron Tool pour l’usinage de superalliages sont résistants aux chocs thermiques et disposent en même temps d’une grande résistance à la flexion et à la rupture.

La géométrie

La géométrie est conçue de sorte qu’on n’ait pas besoin de grandes forces de coupe, que l’outil dispose d’une grande stabilité et que les tranchants garantissent une bonne cassure des copeaux, avec en même temps une bonne évacuation des copeaux hors de la zone de coupe.

Le revêtement

Le revêtement est résistant à la température et à l’oxydation, avec une grande résistance à l’usure et une faible adhérence sur les métaux.

Le processus d'usinage

Des matériaux exigeants comme les superalliages nécessitent, en plus de l’outil approprié, un processus d’usinage clairement défini (avec des indications pour les conditions de coupe p. ex. pour le fraisage ou le perçage). Pour les produits Mikron Tool, les valeurs de coupe et les processus recommandés correspondent aux résultats qui ont été élaborés sur la base de tests pratiques. Les spécialistes ont pris soin de trouver la meilleure combinaison possible entre des vitesses élevées de coupe et d’avance, un bon refroidissement des tranchants et en même temps un bon écoulement des copeaux.

Les applications

Chimie
Pétrochimie
Aéronautique
Médical
Automobile
Turbines-Énergie
Électronique/appareillages électriques
  • Industrie chimique (vannes et pompes, réacteurs chimiques)
  • Aéronautique (réacteurs, turbines, éléments de fixation)
  • Médical (implants)
  • Automobile (soupapes, catalyseurs)
  • Production d’énergie (générateurs de centrales électriques)
  • Électronique (circuits électroniques, fabrication d’ordinateurs)

Exemples d'applications

Aéronautique

Articulation sphérique (p. ex. perçage en biais Ø 1.6 mm (.063”)  / profondeur 12.5 mm (.492”) dans de l’Alloy 201 (avec une teneur en nickel 99,2 %. Précédé d’un perçage pilote incliné avec CrazyDrill Crosspilot)

Pièce de moteur, trou pour passage d’huile (p. ex. centrage d’un trou de Ø 1.9 mm (.0748”) dans de l’Hastelloy X)

Pièce de moteur, trou pour passage d’huile (p. ex. trou Ø 1.9 mm (.0748”) / profondeur 15 mm (.591”) dans de l’Hastelloy X)

Énergie

Turbine à gaz (p. ex. perçage pilote et perçage Ø 4 mm (.157”), profondeur 10 x d, dans Inconel 625 / 2.4856)

Automobile

Pointeau (p. ex. centrage d’un trou de Ø 1.7 mm (.0669”) dans de l’Inconel 625, NiCr22Mo9Nd, 2.4856. Perçage suivant avec CrazyDrill Cool)

Culasse, sport automobile (fraisage de poches Ø 5 mm (.197”) / profondeur 1 mm (.0393”) et Ø 7 mm (.276”) / profondeur 1 mm (.0393”) dans de l’HRSA Inconel 718, 2.4668)

Les produits

Mikron Tool propose toute une gamme de produits standardisés pour l’usinage des superalliages, en particulier des superalliages à base de nickel. Les valeurs de coupe indiquées correspondent aux résultats testés lors d’essais pratiques. Les possibilités des outils sur mesure sont multiples et variées - tels que forets (y inclus le type de foret étagé), fraises, alésoirs, outils d’ébavurage, outils de tournage, outils de forme et outils combines.

  • Centrage dans la gamme de diamètres de 0.3 à 6 mm (.0118” à .236”), outil de centrage à refroidissement interne

CrazyDrill Twicenter

  • Perçage pilote ou court dans la gamme de diamètres de 0.3 à 2 mm (.0118” à .079”), profondeur de perçage 3 x d, foret à refroidissement interne, chanfrein à 90°

CrazyDrill Pilot SST-Inox

  • Perçage pilote ou court dans la gamme de diamètres de 1 à 6 mm (.039“ à .236“), profondeur de perçage 3 x d, foret à refroidissement interne, chanfrein à 90°

CrazyDrill Coolpilot

  • Perçage dans la gamme de diamètres de 0.3 à 2 mm (.0118” à .0787”), profondeur jusqu'à 12 x d, foret à refroidissement interne ou externe

CrazyDrill SST-Inox

  • Perçage dans la gamme de diamètres de 1 à 6 mm (039“ à .236“), profondeur de perçage jusqu’à 10 x d, foret à refroidissement interne

CrazyDrill Cool SST-Inox

  • Micro perçage profond dans la gamme de diamètres de 0.3 à 1.2 mm (.0118“ à .047“), profondeur de perçage jusqu’à 50 x d, foret à refroidissement interne

CrazyDrill Flex SST-Inox

  • Fraisage de rainures, de contours et de poches dans la gamme de diamètres de 0.3 à 6 mm (.0118” à .236”), profondeur jusqu'à 5 x d, fraise à refroidissement interne

CrazyMill Cool Cylindrique & Torique

  • Fraisage par copiage et contournage dans la gamme de diamètres de 0.3 à 8 mm (.0118“ à .315“), profondeur de fraisage jusqu’à 5 x d, fraise à refroidissement interne

CrazyMill Cool Hémisphérique

  • Outils sur mesure dans la gamme de diamètres de 0.1 à 32 mm (.0039” à 1.259”)

Outils sur mesure 

Selon l’application considérée, d’autres outils de la gamme Crazy peuvent aussi être pris en considération comme solution d’usinage pour les superalliages. Contactez-nous ici pour en apprendre davantage sur ces possibilités.

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