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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