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B.14.614=.
J. V.
" Perfectionnements aux procédés de traitement thermi- que des alliages Il.
Les alliages à partir desquels on fabrique des ob- jets et des pièces qui doivent être soumis à de tensions s prolongées à température élevée, c'est-à-dire à des températures de l'ordre de 600 C et davantage, ne doivent pas seulement posséder la résistance à la corrosion aux températures élevées, mais aussi, de par leur nature, la résistance au fluage.Les alliages communément employés dans ce but sont d'un type présentant deux caractéristi- ques essentielles- En premier lieu, ils ont une structure réticulaire dans laquelle prédomine le type réticulaire cubique à faces centrées et une composition de base com- prise entre les large.s limites suivantes : nickel de 5
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à 1\)0 1 ; fer de 0 à 85 1;; chrome de 0 s 35 ',.a;
Cobalt de O à 70 if) ex molybdène de J à 6Q Jo, deux parties de ma lyo- dèae pouvant être rE:1:Lplaoées par une partie de tungstène.
.;!;ú second lieu, i1.8 doive=iù contenir, en plus, l'un au moins des 61i,ieiits ruivauts : titane, alumimurrt, uiobiu1l1 et tantale en quantité totale comprise e!ltr2 J,5 etlu ;c.
Quand un alliage possède ces deux ca1'8ctéris t;iques, il aoquierb de uonnes propriétés de fi u 8(/" par un traiberaent thermique approprié. De plus, il constituera une solution solide homogène aux températures élevées,dais une phase ordonnée précipitera si on le refroidit lentement à par- tir de la température élevée ou si on le refroidit rapi-
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dement et qu' on le chauffe à nouveau ensuite On peut remarquer ici que ni la teneur en titane, ni la teneur en aluminium ne doivent dépasser 5 ;
et que si la compo- sition de base contient plus de 5 % de molybdène, élis
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peut %tre utilisée seule, si on le désire, sans aucune addition de titane, d'almiriiu,.i, de aiaoium ou de tanta- le, le molybdène agissant alors Jomme élément, addition- nel. De plus, les alliages peuvent contenir aussi ja squ à 10 % au total, d'autres éléments qui peuvent, soit être présents comme impuretés, soit être introduits pour une
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raison particulière quelconque . Les alliages Jeuvent, nota.:.ment, contenir jusqu'à 1 % de silicium, jusqu'à 5 $0 de manganèse, usqu' à 1 ia' de vanadium et jusqu'à 3 % de cuivre, ou encore une petite. quantité de eluci- Par exemple Ù,25 bzz La présente invention concerne les alliages du type ci-dessus spécifié.
Le traitement thermique au moyen duquel le s proprié- tés d.e fluage sont développées dans un alliage de ce ty- @
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pe psut µtre défini d'une manière générale comme ccn por- tant un chauffage prolongé pour la mise en solution",à une température supérieure à loo3 C, suivi d'un refroidis
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sèment à basse température et d'un réchaufrage de préci- pitation à une température comprise entre, 600 et 850 C, Le meilleur traitement thermique imaginé jusqu'ici 'est français celui décrit dans le brevet/n 583.845 de la demande res se,
ce traitement comprenant le chauffage pour la mise en solution de l'alliage à une température comprise entre 1000 et 1375 C pendant un laps de temps Correspondant à 48 heures au moins à 1000 C, à 3 heures au moins à 1050 C, à 2 heures et demie au moins-à 1100 C, à deux heures au moins à 1150 C, à une heure eu moins à 1225 C ou à une demi-heure au moins à 127500, le refroidissement de l'alliage à partir de cette température et le réchuf- fage de précipitation dans l'intervalle de température de 850 à 600 C. pendant un laps de temps de deux à cent heures.
En général, le réchauffage de précipitation estexé- cuté à la température que l'alliage atteinten servi, ce ou à une température voisine . Par exemple, dans la fa- brioation d'aubes pour turbines à gaz, le. traitement thermique communément appliqué' consiste dans le chauffage pour la mise en solution pendant huit, heures à 1080 C, dans le refroidissement dans l'air et dans le réohauffage à 700 C pendant seize heures.
La demanderesse a découvert maintenant qu'elle pou- vait améliorer les propriétés de fluage en intercalant un réchauffage additionnel entre le refroidissement et le réchauffage de précipitation proprement dit. Oe réchauf- fage additionnel est exécuté à une température, comprise entre celle du réchauffage de précipitation et celle à laquelle l'alliage devient une solution solide homogène.
La durée du réchauffage additionnel peut être nettement inférieure à velle du réchauffage de précipitation;' par exemple, on obtient d'excellentes propriétés dans des
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alliages du type nickel-chrome 80/20 contenant du titane et de l'aluminium en réchauffant pendant deux heuress et demie à avant un réchauffage de précipitation durant
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seize Deures à 7ùJ :
Pour expliquer ce pri6noraè±-e, la demanderesse a trouvé que l'obtention des meilleures propriétés de fluage dépend de la vite--se de refroidissement à la tempérctu amomante à partir de la température à laquelle est exécuté le traitement thermique pour la mise en solution' On obtient
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des résultats inférieurs si les alliages sont rerco ài is trop rapidement, par exemple par trempe à l'eau, ou s'ils sont refroidis trop lentement, par exemple par refroidissnment dans uae enceinte telle qu'un four de capacité th3rmque assez grande. Il existe une vitesse optimum de refroidis-
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sement , mais il est difficile de refroidir à oet-ts vites- se un objet qui :
na pas une section uniforme . rr opérant conformëment à la présente invention, on peut. éviter la nécessité de refroidir à une vitesse critique peur obtenir les meilleures propriétés de fluage et on peut obtenir ces propriétés par une suite de traitements thermiques iso-
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th."}rmos qui ont le grand avantage non seulement detr3 plus faciles à appliquer à des objets d'une section fixe ou variable quelconque qu'un traitement comportant une vites- se de refroidissement contrôlée, mais encore de lE l'mettre un contrôle plus précis iu cycle thermique désiré à obte- nir.
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..::n général, les objets ou des pièces sont coulés ou forgés partir de l'slliage et les traitements thermiques réalisés confarraément â l'invention sont appliqués msui- te, Si les objets ou pièces doivent être usiné s/après, le chauffage initial à haute température, il est désirable de refroidir rapidement à partir de la température utili- sée, car, .autrement, l'alliage ne se trouverait pas dans
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l'état le plus favorable à l'usinage, mais avec ce refroi- dissement rapide les propriétés obtenues par le réchauffage normal de précipitation s'altèrent;
. En d'autres termes, les propriétés normales de fluage sont perdues dans le refroidissement rapide après le chauffage pour la mise en solution, mais si les objets ou pièges sont refroidis rapidement par trempe, usinés, puis soumis au réchauffage àdditionnel ,les propriétés à température élevée obtenues sont supérieures à celles d'alliages analogues refroidis lentement à partir du traitement thermique initial et ré- chauffés à la manière habituelle.
Bien que les propriétés de fluage d'un alliage ne puissent pas être déterminées par des essais de du le té exécutés à la température ambiante, les changements de dureté provoqués par les opérations de réchauffage peuvent être pris comme une indication des changements de strue- ture qui affectent les propriétés de fluage. Or, les al- liages non ferreux durcissant par vieillissement acquiè- rent une dureté plus grande quand ils sont vieillis pendant un grand laps de temps à basse, température ou e lorsqu'on utilise des températures élevées, bien que le vieillissement se produise beaucoup plus rapidement aux températures élevées à la Condition que la température de mise en solution complète ne soit pas atteinte.
La dureté obtenue décroît rapidement si l'on continue à chauffer, ce phénomène étant communément désigné sous le nom de survieillissemént,
Le réchauffage additionnel pratiqué dans la prés ente invention comporte le Chauffage à une température à la- quelle le durcissement se développe rapidement,la dureté diminuant si l'on continue à chauffer pendant un temps assez long. Cette température est de préférence assez éle- vée pour que la dureté maximum pouvant être atteinte par le Chauffage à ladite température soit obtenue dans le
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délai d'une heure.
Cette température est habituelleme nt d'au moins 800 C. et n'est jamais Inférieurs à. 750 C.; le te.:.ps pendant lequel l'alliage est maintenu à la tem- pérature est hapituellement compris entre une ]Dure. et 24 heures de manière quo l'alliage ait copmmencé à prsenter une chute de dureté après avoir atteint une. valeur maxi- mum . On peut trouver facilement une température appro- priée dans chaque pas particulier en chauffant une série de petites éprouvettes de l'alliage pendantdes laps de temps divers à un certain nombre de températures, les éprouvettes ayant été soumises toutes avant ledit chauf- fage au chauffage pour la mise en solution.
On peut ensui- te obtenir des courbes pour montrer la relation existant entre la dureté à la température ambiante et la durée du chauffage et, pour le chauffage additionnel, on peut choisir une température pour laquelle la dureté maximum pouvant être obtenue par chauffage à ladite température est développée dans un laps de temps suffisamment court,
La température maximum de réchauffage est limitée par calle à laquelle la phase précipitée est mis en solution pour la composition particulière d'alliage à laquelle est appliquée l'invention.
En ténéral, ceci empêche de dépasser des températures de l'ordre de 950 C. on voit d'après tout ce qui vient d'être exposé que, en général, le premier réchauffage est exécuté à une température comprise entre 750 et 950 C pendant un temps allant de 1 à 24 heures et que le, réchauffage ultérieur ou réchauffage de précipitation est exécuté à une tempé- raturecomprise entre 600 et 750 C.
Voici deux exemples d.e procédé,réalisé? conformément à l' invention.
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EXEMPLE 1 un a soumis à un traitement thermique normal par chauffage pour la mise en solution, pendant 6 heures à 1080 C., @ puis par refroidissement dans l'air avec ré- chauffage ultérieur à 700 C pendant 16 heures suivi d'un refroidissement dans l'air, un alliage contenant 22,32 % de chrome, 2,15 % de titane et 1,24 % d'aluminium, le complément étant essentiellement en totalité du nicke 1.
Cet alliage, lorsqu'il a été soumis à un essai de flaage à 44 kg/mmê et à 6 50 - 0, avait un taux minimum de fluage de 0,0023 % par heure eu même temps qu'une durée de 90 heures à partir du début de l'essai jusqu'au commencament du fluage tertiaire, avec un temps total de rupture de 222 heures, On a soumis une autre éprouvette de ce même alliage 'après chauffage pour la mise en solution pendant 8 heures à 10800 0, puis par trempe à l'eau à un traite- ment consistant en un réchauffage à 800 C pendant deux heures et demie, en un refroidissement à l'air, en un chauffage de précipitation à 700 C pendait 15 heures et enfin à un nouveau refroidissement dans l'air.
Cette éprou- vette , soumise à un essai de fluage dans les mêmes condi- tions de tension et de température, avait un taux de fluage minimum de 0,àà10 % par heure avec une durée de 130 heures jusqu'au Commencement du fluage tertiaire et un temps total de rupture de 331 heures.
EXEMPLE 2
On a soumis à un traitement thermique normal par chauffage pour la mise en solution à 1150 C pendant 8 heures, puis par refroidissement dans l'air avec réchauf- fage ultérieur pendant 16 heures à' 700 C. et refroidi s- semant dans l'air, un alliage contenant 20,67 % de @hrome, 19,88 % de Cobalt, 2,15 % de titane et 0,53 % d'aluminium , le complément étant presque en totalité du )
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nickel, Cet alliage, soumis à un essai de fluage à 29,83 kg/mmê et à 750 C., a donné un taux minimum de fluage de 0,0045 % par heure, avec une durée jusqu'au début du fluage tertiaire de 54 heures et un temps de rupture de 107 heures.
Après le même chauffage pour la. mise en solution, et le refroidissement dans l'air, une éprouvette de la même coulée a été soumise à un traitement thermique de 16 heures à 900 C.,avecrefroidissement à l'air suivi d'un chauffage de précipitation pendant 16 heures à 700 C. et un refroidissement dans l'air. Dans les mêmes conditions d'essai, cette éprouvette avait un taux minimum de fluage de 0,0014 % par heure, une durée jus- qu'au début du fluage tertiaire de 115 mures et un temps de rupture de 213 heures.