L'Inconel 718 est l'un des superalliages réfractaires les plus utilisés dans l'industrie aéronautique et énergétique. Ses propriétés mécaniques exceptionnelles à haute température en font un matériau de choix pour les pièces critiques — mais elles rendent également son usinage particulièrement exigeant.
1. Propriétés physiques et usinabilité
L'Inconel 718 (NC19FeNb selon la norme AFNOR) est un alliage à base nickel polycristallin appartenant à la famille des superalliages réfractaires. Conçu pour des températures de service comprises entre 450 et 650 °C, il est principalement utilisé dans la fabrication des disques de turbine Haute Pression (HP) et Basse Pression (BP) des turboréacteurs.
2. Caractéristiques métallurgiques
La composition chimique de l'Inconel 718 est à l'origine de ses performances remarquables :
Nickel (Ni) et Chrome (Cr) : résistance à la corrosion et à l'oxydation
Fer (Fe) : aptitude à la mise en forme pour les pièces massives
Mo, Nb, Ti, Al : précipitation des phases de durcissement
L'alliage possède une matrice austénitique γ (structure CFC), durcie par deux phases intermétalliques :
γ' et γ'' : responsables des caractéristiques mécaniques à haute température
δ : favorise la rupture ductile sans contribuer au durcissement
Structure cristalline CFC (cubique à faces centrées) de la matrice γ — Inconel 718
Températures de dissolution des phases
Phase γ' : 560 – 710 °C
Phase γ'' : 710 – 865 °C
Phase δ : 865 – 930 °C
3. Traitements thermiques
Remise en solution : 954 °C pendant 1 h, suivie d'une trempe à l'eau.
Vieillissement :
718 °C pendant 8 h, puis refroidissement au four à 50 °C/h jusqu'à 621 °C
621 °C pendant 8 h, puis refroidissement à l'air
Courbe de traitement thermique de l'Inconel 718 — Mise en solution, vieillissement double palier
4. Défis de l'usinage
L'Inconel 718 présente plusieurs caractéristiques qui compliquent son usinage :
Dureté élevée pendant l'usinage (~47 HRC)
Faible conductivité thermique → concentration de chaleur dans la zone de coupe
Écrouissage significatif à haute température → usure prématurée des outils
Forte teneur en nickel → adhésion des copeaux sur l'outil coupant
Ces caractéristiques réduisent la durée de vie des outils et peuvent détériorer la surface usinée en termes de contraintes résiduelles. Une surveillance rigoureuse des surfaces fonctionnelles est indispensable.
Défauts de surface constatés après usinage de l'Inconel 718 — Vue au microscope électronique à balayage (MEB)
5. Perçage de l'Inconel 718
Le perçage de l'Inconel 718 est l'une des opérations les plus critiques en raison de la concentration de chaleur extrême à l'interface foret/pièce. Les températures peuvent atteindre 800 à 1100 °C en zone de coupe, provoquant un écrouissage sévère des parois du trou, une adhésion du matériau sur le foret et des contraintes résiduelles importantes.
Zone de chaleur extrême concentrée à la pointe du foret
Écrouissage et déformation des parois du trou
Adhésion de l'Inconel sur l'arête de coupe du foret
Contraintes résiduelles en paroi compromettant la tenue en fatigue
Lubrification haute pression ou cryogénique indispensable
Perçage de l'Inconel 718 — Distribution thermique et effets sur l'outil et les parois du trou
6. Usinage assisté par lubrifiant haute pression
L'assistance par jet de lubrifiant à haute pression (jusqu'à 20 MPa, débit de 20 à 50 l/min) améliore significativement l'usinabilité. Pour des vitesses de coupe de 20 à 50 m/min, des avances de 0,25 à 0,3 mm/tr et des profondeurs de passe de 2,5 à 3 mm, cette technique permet :
Une meilleure fragmentation des copeaux
Une réduction des efforts de coupe
Une augmentation de la durée de vie des outils pouvant atteindre 740 % à 50 m/min par rapport à une lubrification conventionnelle
Usinage assisté par jet haute pression (20 MPa) — Fragmentation des copeaux et réduction des efforts de coupe
Les paramètres sont flexibles : 150 MPa à faible débit (6 l/min) ou 30 MPa à débit élevé (50 l/min).
7. Usinage assisté cryogénique
L'usinage cryogénique consiste à projeter un jet d'azote liquide au plus près de l'interface outil/copeau. L'azote est neutre, non combustible, non corrosif — il s'évapore sans laisser de résidu, éliminant les opérations de nettoyage.
Cette technique permet de :
Réduire le coefficient de friction à l'interface outil/copeau
Abaisser la température dans la zone de coupe
Augmenter la durée de vie des outils
Améliorer la qualité de surface produite
Usinage cryogénique par azote liquide (N₂) — Réduction de la température et amélioration de la qualité de surface
Résultats mesurés (chariotage carbure : 60 m/min, 0,05 mm/tr, passe 0,63 mm)
Réduction de la rugosité des surfaces usinées
Augmentation de la dureté en surface : 500 à 800 HV
Surface affectée plastiquement réduite à 1–2 µm (contre 5–10 µm à sec ou sous MQL)
Réduction de la taille des grains en surface
Sur le plan économique, la suppression des fluides de coupe traditionnels génère une rentabilité estimée à 30 %.
8. Outils recommandés pour l'usinage de l'Inconel 718
a. Carbure cémenté revêtu (TiAlN, TiCN, AlCrN)
Le plus courant, excellent compromis durée de vie / coût. Revêtement PVD anti-usure. Vitesse de coupe : 20–60 m/min, avance : 0,1–0,3 mm/tr.
Plaquette carbure cémenté revêtu TiAlN — Solution polyvalente pour l'usinage de l'Inconel 718
b. Céramique (Al₂O₃ + SiC whiskers ou Si₃N₄)
Idéale pour des vitesses de coupe élevées (200–500 m/min) à sec. Excellente résistance thermique, adaptée à l'ébauche rapide.
Plaquette céramique Al₂O₃ + SiC — Usinage à sec haute vitesse de l'Inconel 718
c. CBN — Nitrure de Bore Cubique
Pour la finition à haute vitesse. Dureté extrême (2ᵉ après le diamant), excellente résistance à la chaleur. Durée de vie outil maximale.
Plaquette CBN (Nitrure de Bore Cubique) — Finition haute vitesse de l'Inconel 718
d. Carbure non revêtu
Économique pour les grandes passes en ébauche à basse vitesse (20–40 m/min). Lubrification haute pression obligatoire.
Plaquette carbure non revêtu — Ébauche à basse vitesse avec lubrification haute pression
Géométrie recommandée
Angle de coupe positif pour réduire les efforts de coupe
Arête vive et bien préparée pour éviter l'arête rapportée (BUE)
Grand rayon de bec pour améliorer la résistance thermique