Haynes 188 / HS-188 / UNS R30188

Intentions de conception du Haynes 188

Le Haynes 188 a été conçu pour des environnements haute température où la résistance à l'oxydation, la stabilité thermique, l'aptitude à la mise en forme et la soudabilité sont critiques. Dans les systèmes de turbines à gaz et aérospatiaux, les chemises de chambre de combustion, les conduits de transition et les stabilisateurs de flamme doivent fonctionner sous l'effet de gaz de combustion chauds, de cycles thermiques, de vibrations, d'oxydation et de concentrations de contraintes locales, tout en maintenant une stabilité dimensionnelle et une intégrité de surface.

L'intention de conception du Haynes 188 diffère de celle de nombreux superalliages de cobalt moulés. Au lieu d'être utilisé principalement pour des géométries d'aubes ou de tuyères moulées, le Haynes 188 est particulièrement précieux pour les structures en tôle à paroi mince, les assemblages soudés, les pièces formées, les conduits de section chaude et les composants forgés haute température. Sa chimie de base cobalt-nickel assure une stabilité thermique, le chrome améliore la résistance à l'oxydation et à la corrosion à chaud, et le tungstène contribue au durcissement par solution solide pour un service à température élevée.

Propriétés mécaniques

Caractéristiques du matériau

Le Haynes 188 se caractérise par une excellente résistance à l'oxydation à haute température, une bonne aptitude à la mise en forme, une forte stabilité thermique et un durcissement par solution solide grâce au tungstène. Le chrome améliore la résistance à l'oxydation et à la corrosion à chaud, tandis que le nickel aide à stabiliser le système d'alliage et améliore le comportement global lors de la transformation. L'alliage est particulièrement utile lorsque des composants à paroi mince doivent résister à l'exposition aux gaz de combustion tout en maintenant l'intégrité des soudures et la stabilité dimensionnelle.

Par rapport aux alliages de cobalt moulés tels que le MAR-M 509, le X-45 ou le FSX-414, le Haynes 188 est plus couramment utilisé pour les structures forgées et fabriquées plutôt que pour les segments d'aubes moulés à cire perdue. Cela le rend très adapté aux équipements de chambre de combustion, aux conduits de transition, aux stabilisateurs de flamme, aux écrans haute température, aux structures d'échappement et aux assemblages de conduits soudés. Pour les composants exposés en service, l'échelle d'oxydation, la fissuration par fatigue thermique, l'état des soudures, la distorsion, la dégradation du revêtement et l'amincissement local doivent être examinés avant la réparation ou la fabrication de remplacement.

Performance des procédés de fabrication

Le Haynes 188 présente de bonnes performances dans les voies de fabrication à haute température, y compris le formage de tôles, la découpe de précision, le soudage, l'usinage, la fabrication additive et l'assemblage. Pour les géométries complexes, les structures de section chaude à paroi mince et les composants prototypes, l'impression 3D en Haynes 188 peut être envisagée lorsque la géométrie de la pièce est difficile à fabriquer par formage ou usinage conventionnel.

Pour les interfaces usinées, les caractéristiques de montage, les bords soudés, les rainures et les surfaces critiques en termes de tolérance, l'usinage CNC de superalliages peut être utilisé pour atteindre la précision dimensionnelle finale. Si le composant comprend des caractéristiques de refroidissement, des rainures locales, des micro-fentes ou des détails difficiles à usiner, l'électro-érosion (EDM) pour superalliages peut être utilisée pour générer des caractéristiques contrôlées. Pour les composants de chambre de combustion ou de conduits à paroi mince, le contrôle de la fabrication doit se concentrer sur l'épaisseur de la tôle, la distorsion, la qualité des soudures, l'état des bords, le comportement de la zone affectée thermiquement, l'allocation de revêtement et l'inspection finale.

Post-traitements applicables

Les composants en Haynes 188 peuvent nécessiter un recuit de mise en solution, un détensionnement, un soudage, un usinage, une électro-érosion, une préparation de surface, une préparation de revêtement et une inspection, selon le plan, la forme du produit et les conditions de service. Pour les assemblages soudés de chambres de combustion ou de conduits, les procédures de soudage de superalliages doivent être examinées en fonction de la conception du joint, du matériau d'apport, de l'apport de chaleur, du contrôle de la distorsion et des exigences d'inspection après soudage.

Pour les composants de section chaude de turbine, le nettoyage de surface, l'allocation dimensionnelle, l'état des bords et la préparation du revêtement doivent être contrôlés avant l'assemblage final ou la mise en service. Si une protection contre l'exposition thermique est requise, un revêtement barrière thermique (TBC) ou un autre système de revêtement protecteur peut être évalué en fonction de la température de fonctionnement et des spécifications du client. Une validation finale par essais et analyses de matériaux est recommandée pour les pièces critiques de section chaude. Selon la forme du composant et les spécifications, une vérification chimique, une inspection des soudures, une inspection dimensionnelle, un test de dureté, un examen métallographique et des essais non destructifs peuvent être requis avant la livraison.

Applications courantes

Le Haynes 188 est largement utilisé dans les composants forgés aérospatiaux et de turbines à gaz haute température. Les applications typiques incluent les chemises de chambre de combustion, les conduits de transition, les stabilisateurs de flamme, les composants de postcombustion, les structures d'échappement, les pièces en tôle de section chaude de turbine, les écrans haute température et les assemblages de conduits soudés. Il est particulièrement adapté aux composants à paroi mince exposés à l'oxydation, aux gaz de combustion, aux cycles thermiques, aux vibrations et aux concentrations de contraintes locales.

Dans ces applications, les composants en Haynes 188 doivent résister à l'oxydation, à la fatigue thermique, à la distorsion et aux défaillances liées aux soudures pendant un service à long terme. L'alliage convient lorsqu'un superalliage de cobalt forgé offre un meilleur comportement de formage et de soudage que les alliages d'aubes moulés. Pour la fabrication de remplacement, le plan original, la spécification du matériau, l'épaisseur de la tôle, l'exigence de soudage, l'état de traitement thermique, l'exigence de revêtement, la norme d'inspection et la température de fonctionnement doivent être examinés avant de confirmer le Haynes 188 ou un alliage alternatif.

Quand choisir le Haynes 188

Choisissez le Haynes 188 lorsque l'application nécessite un superalliage à base de cobalt forgé ou produit par fabrication additive pour des structures forgées haute température telles que les chemises de chambre de combustion, les conduits de transition, les stabilisateurs de flamme, les structures d'échappement et les assemblages en tôle de section chaude. Il est le plus approprié lorsque la résistance à l'oxydation, la résistance à la fatigue thermique, la soudabilité, la formabilité et la stabilité à haute température sont plus importantes que la faible densité du matériau ou son faible coût.

Si le Haynes 188 n'est pas disponible ou si le projet nécessite un substitut, les alternatives ne doivent pas être sélectionnées uniquement sur la base de la similitude des noms. Le Hastelloy X, le MAR-M 509, le FSX-414, le X-45 ou l'ECY-768 ne peuvent être envisagés qu'après comparaison de la composition chimique, de la forme du produit, de la voie de formage, du comportement au soudage, des performances mécaniques, de la température de service, de la compatibilité des revêtements et des conditions de fonctionnement de la turbine. Pour les nouveaux composants, l'approche la plus sûre consiste à demander le plan, la norme matérielle, l'état de la tôle ou de la barre, l'exigence de traitement thermique, la spécification de soudage, la spécification de revêtement et les critères d'acceptation avant de confirmer la fabricabilité.

Note de sélection technique

Le Haynes 188 doit être évalué comme un superalliage forgé ou produit par fabrication additive pour haute température, plutôt que comme un remplacement direct pour chaque alliage de cobalt moulé. Pour l'évaluation des demandes de devis (RFQ), les clients doivent fournir le dessin 2D, le modèle 3D, la spécification du matériau, la forme du produit, l'épaisseur de la tôle ou la taille de la barre, le modèle de turbine, la position de service, la quantité, l'exigence de soudage, l'exigence de revêtement, le statut de réparation ou de nouvelle construction, et la norme d'inspection. Cela permet à NewayAeroTech de déterminer si l'impression 3D en Haynes 188, l'usinage CNC, l'électro-érosion, le formage, le soudage, le traitement thermique, la préparation de revêtement, les essais de matériaux ou une voie alternative de superalliage cobalt/nickel est la plus appropriée pour le composant.