Performance du fil à haute température

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4541 (2023) Citer cet article

1846 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Lors du développement d'un processus de dépôt d'énergie dirigé par arc filaire pour les superalliages utilisés dans des environnements de vol à grande vitesse, l'Inconel 718 a été déposé à l'aide d'un processus d'arc plasma et testé pour ses performances à haute température. Le matériau déposé a été testé à la fois dans l'état déposé et après un traitement thermique standard de l'industrie de durcissement par vieillissement pour cet alliage. Les résultats ont montré une performance réduite dans les deux conditions de dépôt, le matériau traité thermiquement étant nettement plus performant que le matériau déposé jusqu'à 538 °C. La différence de performances était moins significative de 760 à 1 000 °C, en raison d'un processus de vieillissement en cours de test qui a augmenté les performances du matériau tel que déposé. La microstructure du matériau déposé présentait des fissures significatives dans tout l'alliage et la formation de phases secondaires dans toute la matrice, avec des précipitations nettement plus importantes après le traitement thermique.

L'Université de Cranfield se spécialise dans le développement de procédés de fabrication additive (FA) par dépôt d'énergie dirigée (DED). Cette étude se concentre sur le DED fil-arc, également connu sous le nom de fabrication additive fil + arc (WAAM) ; où un arc électrique est utilisé pour déposer une matière première de fil1, et où les taux de dépôt sont d'un ordre de grandeur supérieur à ceux de divers autres procédés de fabrication additive métallique.

De nombreuses applications liées aux vols à grande vitesse nécessitent une résistance à des températures élevées, ce qui nécessite l'utilisation d'alliages spécialisés tels que les superalliages à base de nickel ou Hastelloy. La production de ces alliages à l'aide du WAAM permettra des réductions significatives des coûts par rapport à la fabrication conventionnelle grâce à des économies de matériaux et avec des délais de livraison considérablement réduits. En outre, cela accélérera considérablement le développement de nouvelles conceptions, car les prototypes pourront être fabriqués plus rapidement et de manière plus rentable. Cet article explorera l'effet du procédé WAAM sur les propriétés de traction à haute température de l'Inconel 718 (IN718).

L'Inconel 718 est un superalliage à base de nickel durci par vieillissement, qui est l'un des alliages les plus largement utilisés dans les composants de moteurs aérospatiaux. L'IN718 a été développé pour un service à haute température, en tant que tel, il a été conçu pour une résistance à des températures plus élevées, une résistance au fluage et une bonne durée de vie en fatigue jusqu'à 650 °C2.

Une étude sur les propriétés de traction à température ambiante et la macrostructure du DED IN718 à arc filaire a été étudiée dans une étude précédente de James et al., entre autres alliages. Ils ont constaté que les alliages durcis par vieillissement déposés (AD) présentaient des performances nettement inférieures à leur résistance au corroyage déclarée dans la littérature3,3. Il a été démontré que le traitement thermique du DED IN718 à l'arc filaire améliore les propriétés de traction, Seow et al. ont rapporté une performance de traction à température ambiante (RT) de 86 % de celle de l'UTS corroyé avec un traitement thermique modifié4.

Bhujangrao et coll. a étudié les performances à haute température du WAAM IN718 par rapport au matériau corroyé et a découvert que la formation de phases de Laves entraînait une réduction des performances du matériau WAAM, ce qui, selon eux, est dû au comportement fragile de la phase de Laves qui agit comme une fracture préférée. chemin5. Les travaux de Lan et al. rapporte également la formation de la phase de Laves parmi les bras dendritiques et son association avec la fissuration8. Artaza et coll. ont étudié les méthodes de contrôle de la formation de fissures dans WAAM IN718. Dans leur étude, ils ont découvert que l'utilisation d'une stratégie de refroidissement entre passes contrôle la formation de phases de Laves et réduit la formation de fissures6.

En utilisant le laminage in situ avec le DED laser, Li et al. ont découvert que grâce à l'utilisation du laminage mécanique des couches déposées, les phases de Laves formées dans IN718 étaient plus dispersées et trouvées dans une fraction volumique inférieure à celle du matériau déposé. Ils ont également constaté que le DED laser assisté par roulement améliorait les propriétés de traction de l'IN7189.

Pour comprendre plus en détail l'effet du processus WAAM sur les propriétés de traction à haute température de l'AD et de l'IN718 traité thermiquement pour une application de vol à grande vitesse, des tests ont été réalisés à partir d'une température ambiante de 1 000 °C. L'application devrait soumettre les structures externes à des températures de service allant jusqu'à 1 000 K (727 °C) et 1 200 + K (927 °C) pour les composants du circuit de propulsion.