Usinage des alliages haute performance : Inconel®, Hastelloy® et alliages à base de nickel

Inconel® : alliages nickel-chrome haute performance

Inconel® est une famille d’alliages principalement constitués de nickel et de chrome.

Ces matériaux sont développés pour conserver leurs propriétés mécaniques et leur résistance à l’oxydation dans des environnements où les inox classiques ne sont plus suffisants.

Selon les nuances, les Inconel présentent notamment :

• excellente résistance à haute température ;
• très bonne résistance à l’oxydation ;
• excellente résistance à la corrosion ;
• résistance mécanique élevée ;
• bonne tenue au fluage ;
• excellente durée de vie dans les environnements sévères.

Les nuances les plus connues sont notamment Inconel 600, Inconel 625 et Inconel 718.

Inconel® 600 – Alloy 600 – 2.4816

L’Inconel 600 est un alliage nickel-chrome utilisé pour sa très bonne résistance à la corrosion et à l’oxydation à haute température.

Il peut également être rencontré sous les désignations :

• Inconel® 600
• Alloy 600
• Nickel Alloy 600
• UNS N06600
• 2.4816
• NiCr15Fe

Sa forte teneur en nickel lui permet de conserver de bonnes propriétés dans de nombreux environnements corrosifs, tandis que le chrome améliore sa résistance à l’oxydation.

L’Inconel 600 est notamment utilisé dans :

• équipements de traitement thermique ;
• fours industriels ;
• industrie chimique ;
• équipements nucléaires ;
• échangeurs ;
• composants travaillant à haute température ;
• pièces de machines spéciales.

Inconel® 625 – Alloy 625 – 2.4856

L’Inconel 625 est probablement l’un des alliages de nickel les plus connus avec le 718.

Ses principales appellations sont :

• Inconel® 625
• Alloy 625
• Nickel Alloy 625
• UNS N06625
• 2.4856
• NiCr22Mo9Nb

Sa composition en nickel, chrome et molybdène associée au niobium lui procure une excellente combinaison entre résistance à la corrosion et résistance mécanique.

L’Inconel 625 est particulièrement intéressant dans les environnements marins et chimiques.

Il est utilisé notamment pour :

• équipements offshore ;
• industrie chimique ;
• installations pétrochimiques ;
• échangeurs ;
• pompes et vannes ;
• équipements marins ;
• nucléaire ;
• composants aéronautiques.

Contrairement à certains alliages durcis par traitement thermique, l’Inconel 625 tire une grande partie de sa résistance mécanique du durcissement en solution solide.

Inconel® 718 – Alloy 718 – 2.4668

L’Inconel 718 est l’un des superalliages les plus importants dans les secteurs aéronautique et énergétique.

Il est également désigné :

• Inconel® 718
• Alloy 718
• Nickel Alloy 718
• UNS N07718
• 2.4668
• NiCr19Fe19Nb5Mo3

Il s’agit d’un superalliage de nickel à durcissement structural, capable d’atteindre des caractéristiques mécaniques particulièrement élevées.

L’Inconel 718 combine :

• haute résistance mécanique ;
• excellente tenue à haute température ;
• bonne résistance à la fatigue ;
• bonne résistance au fluage ;
• très bonne résistance à la corrosion ;
• stabilité mécanique élevée.

Il est notamment utilisé pour :

• turbines ;
• moteurs aéronautiques ;
• pièces de moteurs ;
• arbres ;
• composants soumis à de très fortes contraintes ;
• équipements énergétiques ;
• nucléaire ;
• boulonnerie haute performance ;
• composants fonctionnant à haute température.

L’usinage de l’Inconel 718 est particulièrement exigeant en raison de sa résistance mécanique et de sa tendance à conserver cette résistance lorsque la température augmente.

Hastelloy® : résistance exceptionnelle à la corrosion

Hastelloy® désigne une famille de superalliages principalement à base de nickel, développés pour les environnements chimiques extrêmement corrosifs.

Contrairement à de nombreux Inconel, dont certaines nuances sont particulièrement orientées vers la résistance thermique et mécanique, les Hastelloy sont surtout connus pour leur résistance exceptionnelle à la corrosion.

Ils sont notamment utilisés dans :

• industrie chimique ;
• pétrochimie ;
• pharmacie ;
• traitement des déchets ;
• équipements de procédés ;
• réacteurs chimiques ;
• pompes et vannes ;
• échangeurs ;
• installations exposées aux acides.

Les deux nuances particulièrement connues sont le Hastelloy C-22 et le Hastelloy C-276.

Hastelloy® C-276 – Alloy C276 – 2.4819

Le Hastelloy C-276 est l’un des alliages de nickel résistants à la corrosion les plus connus.

Il est également désigné :

• Hastelloy® C-276
• Alloy C276
• UNS N10276
• 2.4819
• NiMo16Cr15W

Il contient notamment du nickel, du molybdène, du chrome et du tungstène.

Cette composition lui permet de résister à de nombreux environnements chimiques particulièrement agressifs.

Il est notamment utilisé pour :

• équipements chimiques ;
• réacteurs ;
• pompes ;
• vannes ;
• échangeurs ;
• traitement des gaz ;
• traitement des déchets ;
• industrie pharmaceutique ;
• procédés chimiques sévères.

Sa valeur matière élevée en fait généralement une nuance réservée aux applications où la résistance à la corrosion est réellement déterminante.

Hastelloy® C-22 – Alloy C22 – 2.4602

Le Hastelloy C-22 est une autre nuance très performante dans les environnements corrosifs.

Il est également connu comme :

• Hastelloy® C-22
• Alloy C22
• UNS N06022
• 2.4602
• NiCr21Mo14W

Sa teneur élevée en chrome, molybdène et tungstène lui confère une très bonne résistance à une large gamme d’environnements chimiques.

Il est particulièrement utilisé dans :

• industrie pharmaceutique ;
• installations chimiques ;
• équipements de procédés ;
• pompes et vannes ;
• échangeurs ;
• réacteurs ;
• composants exposés à des produits corrosifs.

Monel® : alliages nickel-cuivre

La famille Monel® regroupe des alliages principalement constitués de nickel et de cuivre.

Ces matériaux sont notamment appréciés pour leur excellente résistance à certains environnements marins et chimiques.

La nuance la plus connue est le Monel 400.

Monel® 400 – Alloy 400 – 2.4360

Le Monel 400 est également connu sous les références :

• Monel® 400
• Alloy 400
• UNS N04400
• 2.4360
• NiCu30Fe

Il présente une excellente résistance dans de nombreux environnements marins et est notamment utilisé pour :

• pompes ;
• vannes ;
• échangeurs ;
• équipements marins ;
• industrie chimique ;
• équipements de traitement de l’eau ;
• composants exposés à l’eau de mer.

Son usinabilité reste exigeante, comme pour la majorité des alliages riches en nickel.

Pourquoi choisir un alliage à base de nickel ?

Les alliages comme l’Inconel, l’Hastelloy ou le Monel sont rarement sélectionnés uniquement pour leurs propriétés mécaniques.

Ils sont généralement choisis lorsque plusieurs contraintes doivent être combinées :

• température très élevée ;
• corrosion sévère ;
• produits chimiques agressifs ;
• pression élevée ;
• fatigue ;
• fluage ;
• environnements marins ;
• durée de vie importante.

Ces performances ont toutefois un coût. La matière est nettement plus chère que les aciers inoxydables conventionnels et son usinage est également plus long et plus exigeant.

C’est pourquoi ces alliages sont principalement utilisés pour des pièces techniques à haute valeur ajoutée.

Usinage de l’Inconel et de l’Hastelloy

Les alliages à base de nickel figurent parmi les matières les plus exigeantes à usiner.

Leurs principales difficultés sont :

• résistance mécanique élevée ;
• forte tendance à l’écrouissage ;
• faible conductivité thermique ;
• chaleur concentrée au niveau de l’arête de coupe ;
• usure importante des outils ;
• risque d’entaillage ;
• efforts de coupe élevés.

Une stratégie de coupe adaptée est donc essentielle.

Des outils carbure spécifiques, une géométrie adaptée, une lubrification efficace et des paramètres de coupe maîtrisés permettent de limiter l’écrouissage de la matière et l’usure prématurée de l’outil.

Les passes trop légères ou le frottement de l’outil sur la matière sont notamment à éviter, car ils peuvent provoquer un écrouissage local qui complique fortement les opérations suivantes.

Usinage des alliages de nickel chez MIP

Chez MIP, nous pouvons étudier l’usinage de pièces dans différents alliages à base de nickel, notamment :

• Inconel 600 ;
• Inconel 625 ;
• Inconel 718 ;
• Hastelloy C-22 ;
• Hastelloy C-276 ;
• Monel 400 ;
• autres alliages spéciaux selon le projet.

Nous réalisons notamment :

• tournage CNC ;
• fraisage CNC 3 et 4 axes ;
• perçage ;
• taraudage ;
• filetage ;
• alésage ;
• rainurage ;
• prototypes ;
• pièces unitaires ;
• petites et moyennes séries.

Chaque pièce est étudiée en fonction de la nuance, de sa géométrie, de ses tolérances et de son état métallurgique.

Approvisionnement et traçabilité

Les alliages de nickel étant des matières coûteuses et relativement spécifiques, toutes les nuances et dimensions ne sont naturellement pas maintenues en stock.

MIP s’appuie sur un réseau de fournisseurs européens spécialisés afin de rechercher la nuance et le format les mieux adaptés au projet.

Selon les matières, elles peuvent être disponibles sous forme de :

• barres rondes ;
• plaques ;
• tôles ;
• tubes ;
• barres creuses ;
• ébauches.

Le choix d’un diamètre ou d’une section proche de la géométrie finale peut permettre de réduire considérablement la quantité de matière enlevée et donc le coût global de la pièce.

Certificat matière 3.1

Pour ces matériaux à haute valeur ajoutée, la traçabilité de la matière est particulièrement importante.

MIP peut fournir sur demande un certificat matière EN 10204 type 3.1 lorsque celui-ci est disponible pour la matière sélectionnée.

Il est recommandé de préciser cette exigence dès la demande de prix afin que le lot de matière soit identifié et tracé depuis l’approvisionnement jusqu’à la livraison des pièces terminées.

MIP : usinage d’Inconel®, Hastelloy® et superalliages

L’usinage d’un Inconel 600, 625 ou 718, d’un Hastelloy C-22 ou C-276, d’un Monel ou d’un autre superalliage demande une approche différente de celle utilisée pour les aciers conventionnels.

La valeur de la matière, les temps d’usinage et le coût des outils rendent la préparation du procédé particulièrement importante.

Chez MIP, nous étudions chaque projet afin de sélectionner une stratégie adaptée à la nuance, à la géométrie et aux tolérances demandées.

Du prototype à la petite et moyenne série, nous pouvons accompagner nos clients sur des pièces où la matière, la difficulté d’usinage, la précision et la traçabilité représentent une part essentielle de la valeur finale du composant.