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L'Inconel 625 est un alliage nickel-chrome-molybdène avec un ajout de niobium, et la réponse publiée à la question du titre est une phrase du bulletin de l'alliage : sa résistance provient de l'effet de raidissement du molybdène et du niobium sur la matrice nickel-chrome, de sorte que les traitements de durcissement par précipitation ne sont pas requis. C'est l'identité du matériau. Tout le reste à son sujet, comment il est acheté, comment il est soudé et pourquoi il est choisi par rapport à la nuance qui se trouve à côté de lui dans la plupart des listes de demandes, découle de cette seule phrase.
Le nom lui-même doit d'abord être décortiqué, car Inconel est un nom de marque et non une désignation de matériau. Le matériau est UNS N06625, W.Nr. 2.4856 et ISO NW6625, et il est répertorié dans NACE MR-01-75. Un bon de commande rédigé uniquement sur la base d'un nom de marque laisse la spécification ouverte ; un bon de commande rédigé sur la base du numéro UNS ne le fait pas. Les deux noms font référence au même alliage, et l'alliage est disponible sous toutes les formes de laminoir standard, y compris la tige, la barre, le fil, la plaque, la feuille, la bande, les profilés et les produits tubulaires.
Les limites de spécification ci-dessous sont celles publiées, et la colonne de droite existe car trois de ces chiffres sont couramment imprimés à l'envers. L'alliage est à base de nickel et les chiffres du fer, de l'aluminium et du titane sont tous des maximums, pas des minimums. Lus dans l'autre sens, ils décrivent un matériau différent.
| Élément | Limite, % | Une note sur la façon dont il est souvent imprimé |
|---|---|---|
| Nickel | 58,0 minimum | Un minimum, et le reste de l'alliage est du nickel |
| Chrome | 20,0 à 23,0 | Une plage, et l'élément qui assure la résistance à l'oxydation |
| Molybdène | 8,0 à 10,0 | Une plage avec les deux extrémités spécifiées. Les résumés publiés donnent parfois cela comme 8 minimum seulement, ce qui abaisse la limite supérieure fixée par la spécification |
| Niobium, plus tantale | 3,15 à 4,15 | L'ajout qui distingue cet alliage dans sa famille. Le niobium est appelé columbium aux États-Unis, c'est pourquoi le même élément apparaît sous deux noms dans différentes normes |
| Fer | 5,0 maximum | Un maximum. Il existe des pages publiées qui donnent cela comme fer non inférieur à 5 %, ce qui est l'inverse |
| Carbone | 0,10 maximum | Un maximum, et plus bas qu'il n'y paraît : la qualité de fatigue à faible cycle de cet alliage contrôle le carbone, le silicium et l'azote à des limites internes plus strictes |
| Manganèse | 0,50 maximum | Un maximum |
| Silicium | 0,50 maximum | Un maximum, et l'un des trois éléments contrôlés dans la qualité de fatigue à faible cycle |
| Aluminium | 0,40 maximum | Un maximum. C'est le chiffre le plus souvent inversé dans les résumés publiés |
| Titane | 0,40 maximum | Un maximum, et le deuxième chiffre le plus souvent inversé |
| Cobalt | 1,0 maximum | Un maximum, déterminé si nécessaire |
| Phosphore | 0,015 maximum | Un maximum, maintenu serré pour le soudage |
| Soufre | 0,015 maximum | Un maximum, maintenu serré pour le soudage |
Le mécanisme de renforcement est la raison pour laquelle cet alliage est acheté sans programme de traitement thermique qui lui est attaché. Le molybdène et le niobium dissous dans la matrice la raidissent, et comme la résistance est portée par des éléments en solution au lieu d'un précipité qui doit être développé, aucun cycle de vieillissement n'est requis et il n'y a rien à sur-vieillir. La comparaison ci-dessous est celle qui décide de la plupart des spécifications, car les deux nuances apparaissent ensemble sur presque toutes les demandes à haute température.
| Inconel 625 | Inconel 718 | |
|---|---|---|
| Comment la résistance est obtenue | Molybdène et niobium en solution solide, qui raidissent la matrice nickel-chrome. Aucun traitement de durcissement par précipitation n'est requis | Une réaction de précipitation. L'alliage est vieilli pour développer le précipité qui porte sa résistance, donc un cycle de traitement thermique défini fait partie du matériau |
| Ce qui doit figurer sur le bon de commande | La forme et l'état, qui est recuit ou traité en solution. Les deux états sont livrés sans traitement supplémentaire par le client | La forme, l'état, et le traitement de vieillissement. Le matériau qui n'a pas été vieilli n'a pas sa résistance utilisable |
| Ce que le soudage fait au programme | Le préchauffage, le post-chauffage et le traitement thermique après soudage sont publiés comme non requis. Un blindage à l'argon est utilisé et le joint est fini | L'état vieilli est la base de la conception, donc une séquence de soudage qui perturbe le traitement thermique doit être planifiée autour du cycle de vieillissement |
| Où l'alliage se situe en service | Sélectionné lorsque la résistance à la corrosion et le comportement à haute température sont importants, ainsi que la fabricabilité | Sélectionné lorsque la résistance la plus élevée à température est l'exigence dominante |
| La conséquence pour un acheteur | Une spécification plus simple et un chemin plus court de la plaque à la pièce finie | Une résistance plus élevée et une spécification avec un processus thermique qui lui est attaché |
Les deux ne sont pas des rivaux autant que des réponses à des questions différentes, et le test pratique est de savoir si la conception est limitée par la résistance ou par la corrosion. Là où elle est limitée par la corrosion à température, cet alliage est celui qui peut être soudé et mis en service sans étape de traitement thermique au milieu de la séquence de fabrication.
Les plages ci-dessous sont celles publiées, et la note publiée qui leur est jointe vaut la peine d'être répétée avec le tableau : ce sont des composites pour diverses tailles de produits jusqu'à 4 pouces et elles ne conviennent pas à des fins de spécification. Un bon de commande prend ses minimums de la norme qui couvre la forme.
| Forme et état | Résistance à la traction | Limite d'élasticité, décalage de 0,2 % | Allongement, % | Dureté, Brinell |
|---|---|---|---|---|
| Tige, barre et plaque, tel que laminé | 120 à 160 ksi, ou 827 à 1 103 MPa | 60 à 110 ksi, ou 414 à 758 MPa | 60 à 30 | 175 à 240 |
| Tige, barre et plaque, recuit | 120 à 150 ksi, ou 827 à 1 034 MPa | 60 à 95 ksi, ou 414 à 655 MPa | 60 à 30 | 145 à 220 |
| Tige, barre et plaque, traité en solution | 105 à 130 ksi, ou 724 à 896 MPa | 42 à 60 ksi, ou 290 à 414 MPa | 65 à 40 | 116 à 194 |
| Feuille et bande, recuites | 120 à 150 ksi, ou 827 à 1 034 MPa | 60 à 90 ksi, ou 414 à 621 MPa | 55 à 30 | 145 à 240 |
| Tube et tuyau, étiré à froid, recuit | 120 à 140 ksi, ou 827 à 965 MPa | 60 à 75 ksi, ou 414 à 517 MPa | 55 à 30 | Non spécifié |
| Tube et tuyau, étiré à froid, traité en solution | 100 à 120 ksi, ou 689 à 827 MPa | 40 à 60 ksi, ou 276 à 414 MPa | 60 à 40 | Non spécifié |
Deux choses à propos de ce tableau sont faciles à manquer. L'état traité en solution est plus faible que l'état recuit à température ambiante, et c'est toujours le bon choix pour le service le plus chaud car les conseils publiés recommandent l'état traité en solution pour les composants nécessitant une résistance optimale au fluage ou à la rupture, tandis que le matériau recuit à grain fin est décrit comme avantageux jusqu'à 1500 °F pour la résistance à la fatigue, la dureté et la résistance à la traction. Le choix entre les deux états est donc une décision de service et non une décision de qualité.
C'est le comportement qui contredit la description habituelle de l'alliage comme structurellement simple, et il est publié dans le bulletin avec des chiffres mesurés. Des échantillons de barre recuite ont été conservés pendant 2 000 heures à trois températures, et les propriétés à température ambiante et à température ont été mesurées par la suite.
| Température d'exposition, 2 000 heures | Résistance à la traction à température ambiante | Limite d'élasticité à température ambiante | Allongement à température ambiante |
|---|---|---|---|
| Aucune exposition | 140,0 ksi, ou 965 MPa | 69,5 ksi, ou 479 MPa | 54 % |
| 1200 °F, ou 649 °C | 176,0 ksi, ou 1 213 MPa | 126,5 ksi, ou 872 MPa | 30 % |
| 1400 °F, ou 760 °C | 163,0 ksi, ou 1 124 MPa | 107,0 ksi, ou 738 MPa | 26 % |
| 1600 °F, ou 871 °C | 144,0 ksi, ou 993 MPa | 76,7 ksi, ou 529 MPa | 34 % |
Lisez attentivement la deuxième ligne, car c'est elle qui décide si une longue durée de vie modifie le matériau. Deux mille heures à 649 °C augmentent la limite d'élasticité à température ambiante de 479 MPa à 872 MPa, soit une augmentation d'environ quatre-vingts pour cent, et elle réduit l'allongement de 54 % à 30 %. L'alliage est décrit comme durcissant lors de l'exposition à des températures intermédiaires, et le mécanisme est la précipitation d'une phase riche en niobium que le même ensemble de données publiées décrit comme capable de provoquer une fragilisation au-dessus d'environ 650 °C sur des périodes prolongées. Les mesures ont également enregistré une contraction d'environ 0,048 % dans les échantillons exposés entre 1 200 et 1 400 °F.
Pour un acheteur, la conséquence est spécifique. Un composant qui fonctionne au-dessus d'environ 650 °C pendant des années sera un matériau différent à la fin de cette période de celui qui a été installé : plus résistant, moins ductile et légèrement plus petit. Une qualité de fatigue à faible cycle de l'alliage existe précisément pour cette raison. Il est produit avec du carbone, du silicium et de l'azote contrôlés à de faibles niveaux, et c'est la nuance fournie pour les soufflets et les composants similaires soumis à des charges cycliques. Là où une longue durée de vie à haute température et des charges cycliques se produisent ensemble, la qualité standard n'est pas le bon achat et la qualité contrôlée l'est.
| Propriété ou limite | Valeur | Note |
|---|---|---|
| Densité | 8,44 g/cm³ | Commun aux qualités standard et de fatigue à faible cycle |
| Plage de fusion | 1 290 à 1 350 °C, ou 2 350 à 2 460 °F | C'est le chiffre à retenir contre toute affirmation concernant la résistance de l'alliage à l'attaque à température |
| Plage de température de service | Cryogénique à 1 800 °F, soit 982 °C | La plage de service publiée. Il existe des pages publiées qui citent 1 093 °C comme capacité à haute température, ce qui est supérieur à la limite publiée |
| Qualification des récipients sous pression | Pré-qualifié pour une utilisation dans des récipients sous pression jusqu'à 815 °C | Un chiffre différent et inférieur à la plage de service, car il s'agit d'une qualification de conception plutôt que d'une capacité de matériau |
| Conductivité thermique à 21 °C | 9,8 W/m·°C | Augmentant à 25,2 W/m·°C à 982 °C. Le faible chiffre à température ambiante est la raison pour laquelle la chaleur se concentre dans un bain de soudure sur cet alliage |
| Coefficient de dilatation moyen | 12,8 × 10⁻⁶ par °C de 21 °C à 93 °C | Augmentant à 16,2 × 10⁻⁶ par °C à 927 °C |
| Chaleur spécifique à 21 °C | 410 J/kg·°C | Augmentant à 645 J/kg·°C à 982 °C |
| Résistivité électrique à 21 °C | 1,29 µΩ·m | Augmente légèrement avec la température, à 1,34 à 982 °C dans les mêmes unités |
| Module d'élasticité en traction | 208 GPa recuit, 205 GPa traité en solution | Également rapporté comme 30,1 et 29,7 × 10³ ksi. Le module diminue avec la température, à environ 147 GPa à 871 °C |
| Coefficient de Poisson | 0,278 recuit, 0,312 traité en solution | Les deux états diffèrent, ce qui est important si la valeur est utilisée dans un calcul et non citée |
| Perméabilité magnétique | 1,0006 à 200 oersteds, avec une température de Curie inférieure à −196 °C | Essentiellement non magnétique sur toute la plage de service, sans ambiguïté quant à la température |
Les traitements thermiques servent à adoucir et à détendre, pas à renforcer, et chacun a une fenêtre publiée.
| Opération | La plage publiée | À quoi ça sert |
|---|---|---|
| Recuit | 925 à 1 040 °C, la vitesse de refroidissement étant décrite comme non critique | Adoucit le matériau et donne l'état à grain fin qui est avantageux pour la résistance à la fatigue, la dureté et la résistance à la traction jusqu'à 1 500 °F |
| Recuit de mise en solution | 1 090 à 1 200 °C | L'état recommandé pour les composants nécessitant une résistance optimale au fluage ou à la rupture |
| Détente de contrainte | 590 à 760 °C, ou jusqu'à 870 °C pour une détente complète | Réduit les contraintes résiduelles. Ce n'est pas un traitement de renforcement et l'alliage n'a pas de cycle de vieillissement pour le confondre |
| Soudage | Arc sous gaz métal, arc sous gaz tungstène, arc sous métal blindé et arc submergé, avec blindage à l'argon | Le préchauffage, le post-chauffage et le traitement thermique après soudage ne sont pas requis, ce qui est l'avantage pratique d'un alliage en solution solide. La zone autour de la soudure doit être propre pour éviter la contamination du bain de fusion |
| Travail à froid | Augmente les propriétés de traction pour le service à température modérée | Les données publiées pour la tôle laminée à froid montrent l'effet : une réduction de 20 % augmente la limite d'élasticité à température ambiante à 101 ksi et la maintient dans toute la plage de température |
La norme applicable dépend de la forme du produit, et les trois spécifications ASTM qui couvrent les formes courantes partagent une composition mais pas un ensemble d'exigences mécaniques. Pour la plaque, la feuille et la bande, il s'agit de l'ASTM B443 avec ASME SB443, ainsi que de SAE/AMS 5599 et 5869, ISO 6208, BS 3072NA21, DIN 17750 et EN 10095. Pour la tige et la barre, il s'agit de l'ASTM B446 avec ASME SB446, ainsi que de SAE/AMS 5666, ISO 9723, BS 3076NA21, DIN 17752, EN 10095 et ASME Code Case 1935.
Les formes tubulaires se divisent davantage que les produits plats. Les tubes et tuyaux sans soudure relèvent de l'ASTM B444 avec B829 pour les exigences générales et leurs équivalents ASME, avec SAE/AMS 5581, ISO 6207 et BS 3074NA21. Les tubes soudés relèvent de l'ASTM B704 avec B751 pour les exigences générales, et les tuyaux soudés de l'ASTM B705 avec B775. Les stocks de forge relèvent de l'ASTM B564 avec ASME SB564, ISO 9725, DIN 17754 et ASME Code Case 1935, le fil de l'SAE/AMS 5837 avec ISO 9724 et DIN 17753, et les raccords de l'ASTM B366 avec ASME SB366. ISO 4955A et DIN 17744 couvrent la composition chimique de toutes les formes de produits.
L'intérêt de la liste est qu'une commande rédigée sur la base d'un de ces numéros n'est pas interchangeable avec une commande rédigée sur la base d'un autre, car les exigences mécaniques et les tolérances admissibles diffèrent entre eux même si la composition ne change pas. Un bon de commande qui nomme l'alliage et la forme mais pas la norme a laissé les minimums applicables ouverts.
Un alliage nickel-chrome-molybdène avec un ajout de niobium, UNS N06625 et W.Nr. 2.4856, dans lequel la résistance provient du molybdène et du niobium maintenus en solution solide dans la matrice nickel-chrome. Parce que la résistance est portée par des éléments en solution au lieu d'un précipité, les traitements de durcissement par précipitation ne sont pas requis, et l'alliage est livré dans un état recuit ou traité en solution sans autre traitement thermique nécessaire.
Pas pour la résistance. Les fenêtres publiées sont un recuit à 925 à 1 040 °C avec une vitesse de refroidissement décrite comme non critique, un recuit de mise en solution à 1 090 à 1 200 °C, et une détente de contrainte à 590 à 760 °C ou jusqu'à 870 °C pour une détente complète. L'état traité en solution est recommandé lorsque la résistance optimale au fluage ou à la rupture est souhaitée, et le matériau recuit à grain fin est avantageux jusqu'à 1 500 °F pour la résistance à la fatigue et les propriétés de traction. Le choix est une décision de service, et aucun de ces traitements n'est un cycle de vieillissement.
Dans la manière dont la résistance est obtenue, et cette différence se retrouve dans toute la spécification. Cet alliage est renforcé par la solution solide et ne nécessite aucun traitement de vieillissement ; le 718 est renforcé par une réaction de précipitation et doit être vieilli pour atteindre sa résistance utilisable, ce qui place un processus thermique défini dans la séquence de fabrication. Les conseils publiés pour cet alliage indiquent que le préchauffage, le post-chauffage et le traitement thermique après soudage ne sont pas requis. Là où la conception est limitée par la résistance, le 718 sera plus résistant. Là où elle est limitée par la corrosion à température et que la pièce doit être fabriquée et soudée, cet alliage est la voie la plus simple.
La plage de service publiée est cryogénique à 1 800 °F, soit 982 °C. Il existe également une qualification séparée pour les récipients sous pression à 815 °C, qui est inférieure car il s'agit d'une qualification de conception plutôt que d'une capacité de matériau. Il existe des pages publiées qui citent 1 093 °C comme capacité à haute température, ce qui est supérieur à la plage de service publiée. Et toute affirmation concernant la résistance à une température supérieure à la plage de fusion de 1 290 à 1 350 °C décrit un liquide plutôt qu'un alliage.
Oui, et les mesures publiées le quantifient. Une barre recuite conservée pendant 2 000 heures à 649 °C est revenue avec une limite d'élasticité à température ambiante de 872 MPa contre 479 MPa avant exposition, avec un allongement passant de 54 % à 30 %, et les échantillons ont contracté d'environ 0,048 %. Le durcissement est attribué à la précipitation d'une phase riche en niobium, et les données publiées notent que cette phase peut provoquer une fragilisation au-dessus d'environ 650 °C sur des périodes prolongées. Une longue durée de vie à haute température modifie donc le matériau, et lorsque des charges cycliques se produisent avec elle, la qualité de fatigue à faible cycle avec carbone, silicium et azote contrôlés est la nuance à spécifier.
Parce que la qualité de fatigue à faible cycle de l'alliage est produite avec du carbone, du silicium et de l'azote maintenus à de faibles niveaux, et que cette qualité est celle fournie pour les soufflets et les composants similaires soumis à des charges cycliques. Les limites de composition publiées pour la nuance standard restent inchangées à carbone 0,10 maximum et silicium 0,50 maximum, de sorte que le contrôle plus strict dans la qualité de fatigue est une spécification d'achat plutôt qu'un tableau d'alliage différent. Là où une pièce est soumise à des charges cycliques à température, la qualité standard et la qualité contrôlée ne sont pas interchangeables.
L'Inconel 625 est un alliage nickel-chrome-molybdène en solution solide avec du niobium, UNS N06625 et W.Nr. 2.4856, dont la résistance provient du raidissement de la matrice par le molybdène et le niobium, de sorte qu'aucun traitement de durcissement par précipitation n'est requis et rien ne peut être sur-vieilli. Il est livré recuit ou traité en solution, soudé sans préchauffage ni traitement thermique après soudage, et utilisé de la température cryogénique à 982 °C, avec une qualification séparée pour récipients sous pression à 815 °C. Sa composition est de nickel à 58,0 % minimum, de chrome à 20,0 à 23,0 %, de molybdène à 8,0 à 10,0 %, de niobium plus tantale à 3,15 à 4,15 %, et de fer, d'aluminium et de titane tous en maximums au lieu de minimums. Une longue durée de service au-dessus d'environ 650 °C le modifie : la résistance augmente et la ductilité diminue par précipitation d'une phase riche en niobium, c'est pourquoi une qualité de fatigue à faible cycle avec carbone, silicium et azote contrôlés existe pour les soufflets et les pièces soumises à des charges cycliques.
L'alliage est fourni depuis Changzhou, Jiangsu en tiges, barres, fils, plaques, feuilles, bandes, profilés, pièces forgées et produits tubulaires, dans les états recuit et traité en solution, selon la norme couvrant chaque forme, à partir d'une usine certifiée ISO 9001 et auditée par SGS. Envoyez la forme, l'état, la température de service et si le devoir est cyclique, et la spécification découle de ces quatre réponses.
Chaque chiffre ci-dessus est une valeur publiée pour l'alliage et l'état nommé, et les plages composites dans le tableau des propriétés mécaniques ne conviennent pas à des fins de spécification. Les propriétés dépendent de la forme, de l'état et de la taille de la section ensemble, et le comportement d'un composant en service prolongé dépend de la température et du temps. L'acceptation d'un lot livré repose sur le certificat de test de laminoir délivré selon la norme nommée sur la commande, et une conception pour service à température élevée doit être vérifiée par rapport à l'édition actuelle du code applicable plutôt que par rapport à un bulletin.
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