AccueilMétaux et alliages4.6 Les aciers et matériaux réfractaires

4.6 Les aciers et matériaux réfractaires

Les matériaux réfractaires peuvent être classés en fonction de leur résistance maximum en température face aux contraintes chimiques, thermiques et mécaniques. On distingue (type et Utilisation en température):

Les ALLIAGES de MAGNÉSIUM : 150 à 200 °C
Les ALLIAGES D'ALUMINIUM : 250 à 300 °C
Les ALLIAGES de TITANE : 400 à 450 °C
Les ACIERS FAIBLEMENT ALLIÉS : 500 °C
Les ACIERS INOXYDABLES : 600 °C
Les ACIERS RÉFRACTAIRES sans durcissement structural : 700 °C
Les ACIERS RÉFRACTAIRES avec durcissement structural : 800 °C
Les ALLIAGES RÉFRACTAIRES à base de NICKEL : 880 à 900 °C
Les ALLIAGES RÉFRACTAIRES à base de COBALT : 950 à 1000 °C
Les CÉRAMIQUES : 1 300 °C

Les principaux éléments entrant dans la composition de ces alliages réfractaires sont le FER, le NICKEL, le COBALT et le CHROME comme éléments de base ou d'addition principale ; le TUNGSTÈNE, le MOLYBDÈNE, le TITANE, le NIOBIUM, le VANADIUM, le BORE, le TANTALE, le ZIRCONIUM, l'ALUMINIUM, etc. comme éléments d'addition secondaire.

4.6.1 Propriétés des alliages réfractaires

Ces alliages étant sollicités mécaniquement à des températures très variables ils doivent posséder les propriétés suivantes :
- Coefficient de dilatation faible : stabilité dimensionnelle.
- Conductibilité thermique élevée : limitation des écarts de température entre les différentes parties de la pièce.
- Résistance aux variations de température et aux chocs thermiques.
- Limite élastique élevée à chaud : résistance à la déformation, résistance au FLUAGE.
- Résistance aux sollicitations chimiques.

4.6.1.1 Les alliages de nickel

Ils conviennent pour les trois types de sollicitations : MÉCANIQUES, THERMIQUES et CHIMIQUES (très grande résistance à la fatigue, au fluage et à la corrosion à chaud). Il existe plusieurs familles d'alliages de NICKEL :
- Les alliages NICKEL + CUIVRE : alliages "MONEL" qui présentent une bonne résistance à la corrosion chimique, utilisables jusqu'à 500° C.
- Les alliages NICKEL + CHROME + FER : alliages "INCONEL" qui sont très tenaces et utilisables jusqu'à 700 à 800° C.
- Les alliages NICKEL + CHROME + COBALT : alliages "NIMONIC" et alliages "RENE". Ils sont très tenaces et présentent une bonne résistance au FLUAGE, utilisables jusqu'à 950° C.
NOTA : Dans les alliages de NICKEL à haute température, on rencontre :
- Des alliages plus spécialement réservés à la FONDERIE.
- Des alliages pour CORROYAGEi.
- Des alliages à durcissement structural par traitements thermiques.

4.6.1.2 Les alliages decobalt

Ils permettent de supporter des températures allants jusqu'à 1 000° C avec une endurance supérieure aux alliages de NICKEL.
Composition chimique COBALT + CHROME + NICKEL avec, par exemple, le HS188X40 utilisé comme tube à flamme et aubages turbine des turboréacteurs CF6-50.

4.6.1.3 Quelques aciers réfractaires

1°) Les aciers austénitiques résistant au FLUAGE (au chrome-nickel)

Z8CNT18-10 utilisable jusqu'à 600 à 700° C : tôles
Z10CNW17 utilisable jusqu'à 600 à 700° C : ailettes de turbine
Z30CND19-10 utilisable jusqu'à 800° C : disques ou anneaux de turbines avec durcissement structural : addition de molybdène, aluminium ou cuivre.
Ex : Z7CNA17-7 (ou 17-7 PH) : (Rr)t = 170 ; (Re)t = 150.

2°) Les aciers austénitiques résistant à CHAUD (au chrome - nickel - silicium)

Z15CNS20-10 utilisable à 900 °C
Z15CNS25-20 utilisable à 1100 °C
Z20CNS36-18 utilisable à 1150 °C

3°) Les aciers austénitiques alliant la résistance au fluage et la résistance à la chaleur (au chrome-nickel-cobalt)

Z12CNKDW20 ailettes de turbine utilisable jusqu’à 1000 °C.

NOTA : Les aciers réfractaires doivent, en plus, répondre aux conditions suivantes :
- Résistance aux chocs thermiques,
- Résistance mécanique à chaud.

Les conditions de mise en oeuvre sont particulières de par :
- La stabilité structurale qui varie avec la température d’utilisation,
- Le soudage qui entraîne des altérations locales,
- L’usinage qui nécessite des méthodes de travail et des outils spéciaux.

 
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