Pièces moulées en acier résistant à la chaleur par processus de moulage à modèle perdu

L'acier résistant à la chaleur fait référence à l'acier présentant une résistance à l'oxydation à haute température et une résistance à haute température. La résistance à l'oxydation à haute température est une condition importante pour garantir que la pièce fonctionne longtemps à haute température. Dans un environnement oxydant tel que l’air à haute température, l’oxygène réagit chimiquement avec la surface de l’acier pour former diverses couches d’oxyde de fer. La couche d'oxyde est très lâche, perd les caractéristiques originales de l'acier et tombe facilement. Afin d'améliorer la résistance de l'acier à l'oxydation à haute température, des éléments d'alliage sont ajoutés à l'acier pour modifier la structure de l'oxyde. Les éléments d'alliage couramment utilisés sont le chrome, le nickel, le chrome, le silicium, l'aluminium, etc. La résistance à l’oxydation à haute température de l’acier est uniquement liée à la composition chimique.

La résistance à haute température fait référence à la capacité de l’acier à supporter des charges mécaniques pendant une longue période à des températures élevées. Il existe deux effets principaux de l’acier soumis à une charge mécanique à haute température. L’un est le ramollissement, c’est-à-dire que la résistance diminue avec l’augmentation de la température. Le second est le fluage, c'est-à-dire que sous l'action d'une contrainte constante, la quantité de déformation plastique augmente lentement avec le temps. La déformation plastique de l’acier à haute température est provoquée par le glissement intragranulaire et le glissement aux limites des grains. Pour améliorer la résistance de l'acier à haute température, des méthodes d'alliage sont généralement utilisées. Autrement dit, des éléments d'alliage sont ajoutés à l'acier pour améliorer la force de liaison entre les atomes et former une structure favorable. L'ajout de chrome, de molybdène, de tungstène, de vanadium, de titane, etc. peut renforcer la matrice en acier, augmenter la température de recristallisation et peut également former des carbures de phase de renforcement ou des composés intermétalliques, tels que Cr23C6, VC, TiC, etc. Ces phases de renforcement sont stables à haute température, ne se dissolvent pas, ne s’agrègent pas pour croître et conservent leur dureté. Le nickel est ajouté principalement pour obtenirausténite. Les atomes de l'austénite sont disposés plus étroitement que la ferrite, la force de liaison entre les atomes est plus forte et la diffusion des atomes est plus difficile. Par conséquent, la résistance à haute température de l’austénite est meilleure. On peut voir que la résistance à haute température de l’acier résistant à la chaleur n’est pas seulement liée à la composition chimique, mais également à la microstructure.

Hautement allié résistant à la chaleurpièces moulées en aciersont largement utilisés dans les occasions où la température de fonctionnement dépasse 650 ℃. Les pièces moulées en acier résistant à la chaleur font référence aux aciers qui fonctionnent à des températures élevées. Le développement de pièces moulées en acier résistant à la chaleur est étroitement lié aux progrès technologiques de divers secteurs industriels tels que les centrales électriques, les chaudières, les turbines à gaz, les moteurs à combustion interne et les moteurs d'avion. En raison des différentes températures et contraintes utilisées par les différentes machines et appareils, ainsi que des différents environnements, les types d'acier utilisés sont également différents.

Normes d'acier moulé résistant à la chaleur dans différents pays
1) Norme chinoise
GB/T 8492-2002 « Conditions techniques pour les pièces moulées en acier résistant à la chaleur » spécifie les nuances et les propriétés mécaniques à température ambiante de divers aciers moulés résistants à la chaleur.
2) Norme européenne
Les normes EN 10295-2002 sur l'acier moulé résistant à la chaleur comprennent l'acier inoxydable austénitique résistant à la chaleur, l'acier inoxydable ferritique résistant à la chaleur et l'acier inoxydable duplex austénitique-ferritique résistant à la chaleur, ainsi que les alliages à base de nickel et les alliages à base de cobalt.
3) Normes américaines
La composition chimique spécifiée dans la norme ANSI/ASTM 297-2008 « General Industrial Iron-Chromium, Iron-Chromium-Nickel Heat-resistant Steel Castings » constitue la base de l'acceptation, et le test de performance mécanique n'est effectué que lorsque l'acheteur le demande à le moment de la commande. D'autres normes américaines concernant l'acier moulé résistant à la chaleur comprennent ASTM A447/A447M-2003 et ASTM A560/560M-2005.
4) Norme allemande
Dans la norme DIN 17465 « Conditions techniques pour les pièces moulées en acier résistant à la chaleur », la composition chimique, les propriétés mécaniques à température ambiante et les propriétés mécaniques à haute température de diverses nuances d'acier moulé résistant à la chaleur sont spécifiées séparément.
5) Norme japonaise
Les qualités de la norme JISG5122-2003 « Pièces moulées en acier résistant à la chaleur » sont fondamentalement les mêmes que celles de la norme américaine ASTM.
6) Norme russe
Il existe 19 qualités d'acier moulé résistant à la chaleur spécifiées dans GOST 977-1988, y compris les aciers résistants à la chaleur à teneur moyenne en chrome et à haute teneur en chrome.

L'influence de la composition chimique sur la durée de vie de l'acier résistant à la chaleur
Il existe une grande variété d'éléments chimiques qui peuvent affecter la durée de vie de l'acier résistant à la chaleur. Ces effets se manifestent par l’amélioration de la stabilité de la structure, la prévention de l’oxydation, la formation et la stabilisation de l’austénite et la prévention de la corrosion. Par exemple, les éléments des terres rares, qui sont des oligo-éléments dans l'acier résistant à la chaleur, peuvent améliorer considérablement la résistance à l'oxydation de l'acier et modifier la thermoplasticité. Les matériaux de base des aciers et alliages résistants à la chaleur choisissent généralement des métaux et alliages ayant un point de fusion relativement élevé, une énergie d'activation d'auto-diffusion élevée ou une faible énergie de défaut d'empilement. Divers aciers résistants à la chaleur et alliages à haute température ont des exigences très élevées en matière de processus de fusion, car la présence d'inclusions ou de certains défauts métallurgiques dans l'acier réduira la limite de résistance d'endurance du matériau.

L'influence des technologies avancées telles que le traitement en solution sur la durée de vie de l'acier résistant à la chaleur
Pour les matériaux métalliques, l’utilisation de différents procédés de traitement thermique affectera la structure et la taille des grains, modifiant ainsi le degré de difficulté d’activation thermique. Dans l'analyse de la rupture d'une pièce coulée, de nombreux facteurs conduisent à la rupture, principalement la fatigue thermique qui conduit à l'initiation et au développement de fissures. En conséquence, une série de facteurs affectent l’initiation et la propagation des fissures. Parmi eux, la teneur en soufre est extrêmement importante car les fissures se développent majoritairement le long des sulfures. La teneur en soufre dépend de la qualité des matières premières et de leur fusion. Pour les pièces moulées fonctionnant sous atmosphère protectrice d'hydrogène, si du sulfure d'hydrogène est contenu dans l'hydrogène, les pièces moulées seront sulfurées. Deuxièmement, l'adéquation du traitement de la solution affectera la résistance et la ténacité de la pièce moulée.