ALLIAGES
Superalliages
Le développement des turboréacteurs d'avion a entraîné, dès la fin de la Seconde Guerre mondiale, l'élaboration d'alliages capables de résister à des efforts mécaniques intenses dans un domaine de température où tout ce qui était connu à l'époque avait une forte propension à fluer et/ou à s'oxyder de façon catastrophique. Dans le même temps, Superman devenait un héros de télévision, et certains auteurs américains expliquent ainsi la naissance du nom des « superalliages ». Il s'agit de produits qui illustrent parfaitement comment, à partir de composants qui n'ont que des propriétés médiocres les rendant parfaitement inutilisables, il est possible de fabriquer des matériaux particulièrement efficaces, au point que le préfixe super ne semble pas du tout usurpé. Deux familles de superalliages sont employées : les « base nickel » et les « base cobalt » (le terme « base » précise le métal qui est le plus abondant). En partant du nickel pur, métal qui s'oxyde et qui flue dès 600 0C à 700 0C, l'addition de 20 p. 100 en poids de chrome conduit à un alliage dont la résistance à l' oxydation est bonne jusqu'à 1 000 0C, voire au-delà. Ensuite, un ajout d'aluminium permet de renforcer les propriétés mécaniques à chaud, jusqu'à près de 1 000 0C, grâce à la précipitation dans la solution solide ternaire nickel-chrome-aluminium d'un composé de type Ni3Al. Ce composé possède le même réseau cristallin que la solution solide, mais un paramètre légèrement différent. L'ajustage des propriétés mécaniques et chimiques, par un dosage fin des composants cités et des ajouts supplémentaires (titane, molybdène, tungstène, fer, etc.), permet de répondre à des besoins très divers qui dépassent largement le domaine des réacteurs d'avion.
La plupart des alliages métalliques sont polycristallins, c'est-à-dire qu'ils sont constitués de grains représentant chacun un réseau cristallin individuel. Les propriétés mécaniques sont généralement d'autant meilleures que les grains sont plus fins, ce qui a motivé la mise au point de techniques limitant la taille des grains, tant lors de la fabrication qu'à l'utilisation. Dans les superalliages à base nickel, cette texture à grains fins ne peut donner satisfaction car, lors des sollicitations mécaniques à chaud (de 700 à 1 000 0C), les grains ont tendance à se détacher les uns des autres suivant les joints perpendiculaires à l'effort. La parade trouvée consiste à utiliser les superalliages à base nickel sous forme colonnaire ou monocristalline. Dans les deux cas, les grains sont orientés parallèlement à l'effort : dans les alliages colonnaires, ils sont nombreux et assez longs pour couvrir toute la pièce, tandis que pour les pièces monocristallines, comme le nom l'indique, il n'y a qu'un seul grain. Les techniques de moulage qui mènent à de tels résultats sont très élaborées et protégées par des brevets.
Les superalliages à base nickel sont utilisés entre 600 0C et moins de 1 000 0C. Les superalliages à base cobalt ne deviennent intéressants que si la température de travail est trop élevée pour les bases nickel (en général vers 1 000 0C). Ils ne sont pas aussi résistants mécaniquement que les bases nickel, mais leur baisse de propriétés en fonction de l'élévation de température n'est pas aussi rapide. Ils sont mis en œuvre à l'état polycristallin, contrairement aux bases nickel.
Actuellement, les superalliages classiques (base Ni et base Co) ont atteint leurs limites de développement. Pour augmenter la température de fonctionnement des moteurs, condition nécessaire à l'amélioration du rendement, donc à la réduction de consommation et d'émission de CO2, il faudra passer à[...]
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Jean-Claude GACHON : docteur d'état ès sciences physiques, professeur de métallurgie à l'université de Nancy-I
Classification
Médias
Système cuivre-tungstène
Encyclopædia Universalis France
Système cadmium-plomb
Encyclopædia Universalis France
Système zirconium-hafnium
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
ACIER - Technologie
- Écrit par Louis COLOMBIER , Gérard FESSIER , Guy HENRY et Joëlle PONTET
- 14 176 mots
- 10 médias
L'acier est un alliage de fer et de carbone renfermant au maximum 2 p. 100 de ce dernier élément. Il peut contenir de petites quantités d'autres éléments incorporés, volontairement ou non, au cours de son élaboration. On peut également y ajouter des quantités plus importantes d'éléments d'alliage...
-
AIMANTS
- Écrit par Roger FONTAINE
- 6 273 mots
- 13 médias
...permanents, la plus naturelle est de former des groupes basés sur l'origine de l'hystérésis magnétique et sur la valeur du champ coercitif d'induction. Le classement ainsi établi correspond à des modes de préparation et à des propriétés physiques et mécaniques assez bien caractérisés.On distinguera alors : -
ALUMINIUM
- Écrit par Robert GADEAU et Robert GUILLOT
- 9 636 mots
- 19 médias
L'aluminium pur a des emplois limités, sauf pour les conducteurs ; dès l'origine, on a cherché à faire des alliages, pour avoir des caractéristiques mécaniques plus élevées. -
ANTIMOINE
- Écrit par Encyclopædia Universalis et Jean PERROTEY
- 3 875 mots
- 3 médias
Prèsde la moitié de la production mondiale annuelle (qui s'élève à 70 000 t environ) est consommée comme élément durcissant dans les alliages à base d' étain et surtout de plomb. Les plaques des batteries d'accumulateurs, qui doivent présenter une grande résistance, sont constituées de plomb allié... - Afficher les 57 références
