Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Superalliages monocristallins

Vendredi, j'ai écrit sur le développement d'alliages métalliques amorphes ou «vitreux», dans lesquels les atomes sont emballés ensemble sans structure cristalline régulière. Au niveau microscopique, presque tous les métaux sont constitués de grains de cristal, qui peuvent être plus gros ou plus petits en fonction du traitement thermique du métal. Les alliages amorphes, rappelons-le, sont extrêmement inhabituels parmi les métaux car ils peuvent être coulés sans formation de grains de cristal.

À l'opposé du spectre se trouvent les alliages monocristallins (SC ou SX), qui sont des mélanges de métaux pouvant être coulés de telle sorte que l'objet entier est essentiellement un "grain" géant, c'est-à-dire un cristal continu. Parmi les minéraux comme le quartz, les gros objets composés d'un seul cristal sont assez courants; vous avez peut-être aussi vu les gros lingots de silicium monocristallin artificiel, appelés «boules», à partir desquels des tranches sont découpées pour la fabrication de puces et autres dispositifs à semi-conducteurs.

Mais s’agissant des métaux, les objets en monocristal sont en dehors de l’expérience de la plupart des gens. La formation d'objets en métal monocristallin requiert à la fois des alliages spéciaux et des techniques de coulée spéciales. Les alliages sont presque toujours à base de nickel, avec au moins neuf composants métalliques, dont au moins cinq pour cent de chrome, cobalt, tungstène, tantale, aluminium et / ou rhénium. La méthode de coulée est connue sous le nom de «solidification directionnelle» et implique de refroidir soigneusement une pièce en métal coulé en commençant par une extrémité pour garantir une orientation particulière de sa structure cristalline. Cette orientation est naturellement choisie en fonction des contraintes attendues dans la pièce finie.

La principale application des superalliages monocristallins est la fabrication d’aubes de turbine de moteurs à réaction, qui doivent résister à des forces énormes à des températures extrêmement élevées pendant une période prolongée. Dans de telles conditions, les métaux à structure de grain ont tendance à «glisser» ou à se déformer lentement le long des joints de grain. Parce que les pièces en alliage monocristallin ont non joints de grains, cependant, ils sont très résistants à ce type d'usure.

Si vous souhaitez en savoir plus, consultez l'excellent guide en ligne sur la technologie du superalliage à base de nickel, géré par le Dr Harry Bhadeshia de l'Université de Cambridge.

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