CH261677A - Procédé de fabrication d'une pièce métallique ou partie de pièce métallique destinée à être soumise à un effort sous des températures élevées. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication d'une pièce métallique ou partie de pièce métallique  destinée à être soumise à un     effort    sous des températures élevées.         L'invention    a pour objet     un    procédé de  fabrication d'une pièce métallique ou partie  de pièce métallique destinée à être soumise  à un effort sous des     températures    élevées, par  exemple de l'ordre de 600  C et plus. L'expres  sion  soumise à un effort  se réfère également  à l'effort     produit.    dans la pièce ou la partie  de celle-ci par son poids propre.  



  Le procédé selon l'invention est, caractérisé  en ce qu'on forme ladite pièce ou partie de  pièce à partir d'un alliage contenant. du nickel,  en proportion d'au moins 20     %,    1,5 à 5     %    de  titane, du chrome en proportion d'au     pl.tts     <B>30%</B> et du carbone en     proportion    d'au plus  <B>0,25%,</B> en ce qu'on chauffe cette pièce ou  partie de pièce à une température d'au moins  900 C, température à laquelle une phase de  l'alliage tend à passer en solution solide et  qu'on poursuit ce chauffage pendant assez  longtemps pour que l'équilibre correspondant  à cette température soit sensiblement atteint.,

    et en ce qu'on refroidit ensuite ladite pièce  ou partie de pièce     assez    rapidement pour em  pêcher toute     reprécipitation    notable de la  phase qui a passé en solution.  



  L'alliage peut contenir aussi d'autres     élé-          rnents,    tels que du silicium, du manganèse,  du niobium, du vanadium et de l'aluminium,  dans une proportion globale ne dépassant pas  10 %, du cobalt dans une proportion ne dé  passant pas 9     %    ou du fer dans une propor  tion ne dépassant pas 60 %, ou du molybdène,    ou du tungstène, ou les deux simultanément  dans une proportion totale ne dépassant pas  20     %,    et de petites quantités de terres rares,  de métaux alcalino-terreux et d'au moins un  élément tel que le phosphore, l'arsenic, l'anti  moine et le tantale.  



  On choisit. l'alliage en conformité des pro  priétés mécaniques générales requisses et du  genre de corrosion auquel la pièce ou la par  tie de cette pièce devras résister pendant la  durée de travail qu'on en attend et, de pré  férence, tel qu'il possède simultanément une  résistance à la corrosion et une haute résis  tance en     fluage        aussi    bien que de bonnes  propriétés mécaniques générales. Les considé  rations dont il s'agit sont bien connues et ne  seront pas décrites ici.  



  Dans les alliages dont la composition vient  d'être définie, il existe une phase, probable  ment de nature métallique, qui entre en solu  tion solide aux températures élevées, et à  toute température donnée on peut s'approcher  d'un état d'équilibre pour lequel la phase  n'entrera pas en plus grande quantité en solu  tion;

   si après avoir été refroidie, la pièce ou  partie de pièce est soumise à un nouveau       chauffage    à des températures plus basses  (mais toujours hautes), la phase dissoute se  précipite, ce phénomène étant connu sous le  nom de durcissement par précipitation.     (hue     la résistance au     fluage    soit ou ne soit pas liée  avec le durcissement qui résulte de ladite pré-      capitation, il n'en reste pas moins que, pour  produire les meilleures propriétés de résis  tance au fluage, il est nécessaire de main  tenir l'alliage constituant la pièce ou la par  tie de pièce à une température élevée (de  900  C au moins) pendant un temps assez  long pour que l'équilibre correspondant à la  température en question soit sensiblement  atteint.

   La pièce est alors refroidie à partir  de cette température,     suffisamment    rapide  ment pour empêcher toute     reprécipitation     notable de phase passée en solution, le mode  de refroidissement dépendant de la dimension  de la pièce ou partie de pièce qu'on est en  train de traiter. La vitesse maximum de re  froidissement peut ,être déterminée d'après  le durcissement de l'alliage, en tenant compte  du fait qu'il ne     devrait    pas y avoir plus de  50 points de différence sur l'échelle de dur  cissement de     Vickers        Diamond    entre la pièce  ou partie de pièce refroidie et un échantillon  du même alliage refroidi dans l'eau après le  même chauffage.

   Ainsi, quand la pièce ou  la partie qu'on traite est de petite dimension,  par exemple quand elle a la forme d'une  barre ayant au moins jusqu'à environ 38 mm  de diamètre, un refroidissement dans l'air  est suffisamment rapide et on lui donne la  préférence, tandis que pour de grosses pièces  forgées,     un    refroidissement dans l'huile est  désirable, afin     d'éviter    la séparation de la  phase qui a     passé    en solution sous une forme  grossière et inégalement distribuée.  



  La température à laquelle il faut     chauffer     l'alliage varie dans une certaine mesure avec  la composition de celui-ci et les conditions  de travail auxquelles la pièce doit être expo  sée,     mais    en général on a reconnu que plus  la température employée est élevée et s'appro  che de celle où commence la fusion de     l'alliage          (solidus),    mais sans l'atteindre, plus le taux de  fluage est faible aux températures de l'ordre  de grandeur de 800  C.

   Cependant,     vu    que  pour les alliages qui résistent au fluage, un  faible taux de fluage peut être accompagné       d'une    tendance à se rompre après     un    petit  allongement, il est avantageux,     dans    tous les       cas    où un allongement relativement grand    peut être toléré, d'abaisser dans le traitement  de mise en solution la température à laquelle  l'alliage est soumis, étant bien entendu que,  de toute façon, cette température doit être  de 900  C au moins.  



  On     emplôie    ordinairement pour réaliser  l'invention des alliages contenant seulement  la quantité de cobalt qui a été introduite  comme impureté avec le nickel, le nickel  commercial contenant presque toujours de  petites quantités de cobalt; cependant, ces  alliages peuvent néanmoins être considérés  comme pratiquement exempts de cobalt.

    Toutefois, le cobalt n'est pas préjudiciable,  bien qu'il faille noter qu'il abaisse la solu  bilité du titane dans     .L'alliage.    On peut donc  utiliser des alliages contenant     jusqu'à    9 % de  cobalt mais, quand on le fait, on     s'assure    que  la teneur en fer ne dépasse pas     20%,    parce  que, bien que le nickel et le fer puissent être  considérés comme des éléments interchan  geables, pour autant qu'il s'agit de     l'influence     du titane sur la résistance au     fluage,    le fer  peut être la cause de fissurations.

   Pour cette  raison, on préfère n'avoir pas     plias    de 20  de fer, même dans les alliages pratiquement  exempts de cobalt, bien que dans ces alliages,  la teneur en fer puisse s'élever jusqu'à 60 %.  



  D'après ce qui a été dit     phis    haut, il est  clair que la quantité de titane qui doit se  trouver dans l'alliage dépend en partie de la  nature des autres composants de l'alliage. Le  chrome a le même effet que le cobalt et, quand  on     utilise    un -alliage à teneur relativement  faible en chrome, il convient que cet alliage  contienne également une quantité relative  ment faible de titane.  



  La teneur en carbone des alliages utilisés  est celle     qui    est normalement présente dans  des alliages de ce type, avec un maximum  de 0,25 % . Si on désire de bonnes propriétés  de forgeage, on choisit un alliage à basse  teneur en carbone et dont la teneur en titane  ne dépasse pas, de préférence, 3,5 %.  



  Dans l'élaboration des alliages, on utilise       parfois    comme matière d'alliage le     nickel-          titane    et le ferro-titane, qui contiennent nor  malement de     l'aluminiiun    en quantité     qui         peut être égale à la. moitié de leur teneur en  titane.

   La présence d'aluminium dans l'alliage  obtenu peut avoir des avantages, du fait  qu'elle conduit à une augmentation de la résis  tance au fluage aux températures élevées et  les alliages utilisés pour réaliser l'invention  peuvent contenir des quantités d'aluminium  s'élevant jusqu'à     5/0,'.    Selon la faon dont ils  ont été obtenus, lesdits alliages peuvent éga  lement contenir du cuivre ou     d'autres    éléments  encore qui, comme l'aluminium, peuvent avoir  une action avantageuse sur la résistance     ait     fluage.  



  Comme exemples d'alliages     susceptibles     d'être utilisés pour la réalisation de l'inven  tion, on petit citer ceux contenant:  1o     Sensiblement    80 parties de nickel et  20 de chrome, avec 2,2 % de titane, qu'on a  reconnu avoir une résistance au fluage très  satisfaisante, quand on les expose à des tem  pératures de l'ordre de grandeur de 750  C.  



  2o Sensiblement 40 parties de nickel, 20  de     chrome    et 40 de fer, avec 2,6 % de titane  et 0,5 % d'aluminium, qu'on a reconnu avoir  une     résistance    au fluage très satisfaisante à  des températures de l'ordre de grandeur de  800  C.  



  Dans la mise en     oeuvre    de l'invention, la  dernière étape de la fabrication de la pièce  ou de la partie de pièce peut être un tra  vail à chaud destiné à stabiliser les pro  priétés de l'alliage; si c'est. le cas, il est dési  rable, afin d'obtenir la. meilleure résistance  au fluage, qu'ensuite la pièce ou la partie de  cette pièce soit chauffée de     nouveau    jusqu'à  la température de mise en     solution    pendant  une heure on deux, afin de mettre en solution  toute la phase susceptible de se précipiter  qui, aux limites du grain, pourrait avoir été  amenée à se précipiter. Naturellement, le  refroidissement suivant ce nouveau chauffage  devrait être effectué de la. manière décrite  plus haut.  



  Après le refroidissement, la pièce peut  être chauffée de nouveau jusqu'à une tempéra  ture égale ou supérieure à celle à laquelle  elle sera appelée à résister pendant son tra-         vail,    ce nouveau chauffage ayant pour but  de stabiliser les propriétés de l'alliage. Si, par  exemple, la température de travail doit être  probablement de l'ordre de grandeur de 750  C,  on peut réchauffer l'alliage     jusqu'à    une tem  pérature de 800  C avant de le mettre en       service.    D'autre part, si la résistance maxi  mum au fluage n'est pas nécessaire dès le  début, on peut éviter un réchauffage séparé,  parce que les propriétés désirées peuvent être  obtenues en mettant en service la pièce ou la  partie de pièce.  



  On a, par exemple, utilisé un alliage ayant  la composition suivante:  
EMI0003.0014     
  
    Ni <SEP> 72,8
<tb>  Cr <SEP> 20,5 <SEP> %
<tb>  Fe <SEP> 2,8
<tb>  Ti <SEP> 2,4
<tb>  <B>AI</B> <SEP> 0,57o
<tb>  C <SEP> 0,005       le solde étant constitué à peu près complète  ment par du silicium et du manganèse. On  fabriqua avec cet alliage une aube de rotor  destinée à travailler à 700  C. L'aube fut  chauffée pendant 8 heures à 1080  C,     puis     refroidie à l'air jusqu'à la température ordi  naire et chauffée ensuite de nouveau pendant  16 heures à 700  C.  



  L'invention est particulièrement utile  dans la fabrication de pièces de machines à  combustion interne     (surtout    de pièces de ma  chines aérodynamiques), de pièces de turbines  à vapeur ou d'autres machines motrices, de  pièces de fours et autres pièces semblables,  soumises à des efforts sous des températures  élevées; par dessus tout, l'invention est utile  dans la fabrication de pièces de turbines à       zaz.  

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication d'une pièce métal lique ou partie de pièce métallique destinée à être soumise à un effort sous des températu res élevées, caractérisé en ce qu'on forme la dite pièce ou partie de pièce à partir d'un alliage contenant du nickel, en proportion d'au moins 20 %, 1,5 à 5 % de titane, du chrome en proportion d'ait plus<B>30%</B> et du carbone en proportion d'au phis 0,25 %, en ce qu'on chauffe cette pièce ou partie de pièce à une température d'au moins 900 C,

   température à laquelle une phase de l'alliage tend à passer en solution solide et qu'on pour suit ce chauffage pendant assez longtemps polir que l'équilibre correspondant à cette température soit sensiblement atteint, et en ce qu'on refroidit ensuite ladite pièce ou par tie de pièce assez rapidement pour empêcher toute reprécipitation notable de la phase qui a passé en solution. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient en outre du molybdène en proportion ne dépassant pas 20,%. 2.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient en outre du tungstène en proportion ne dépassant pas 20%. 3. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient en outre du molybdène et du tungstène dans une propor tion totale ne dépassant pas 20%. 4. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient du cobalt en proportion ne dépassant pas 9/001. 5. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient en outre d'autres éléments dans une proportion globale ne dépassant pas<B>10%.</B> 6. Procédé selon la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que lesdits autres éléments comprennent du sili cium. 7.

   Procédé selon la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que lesdits autres éléments comprennent du man ganèse. 8. Procédé selon la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que lesdits autres éléments comprennent du nio bium. 9. Procédé selon la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que lesdits autres éléments comprennent du vana dium. 10. Procédé selon la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que lesdits autres éléments comprennent de l'alu minium. 11. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient en outre de petites quantités de terres rares et de mé taux alcalino-terreux. 12. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient de phosphore. 13.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient de l'arsenic. 14. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient de l'anti.- moine. 15. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient du tantale. 16. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage est pratiquement exempt de cobalt, mais contient jusqu'à 60 de fer. 17. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient aussi de l'aluminium en une quantité ne dépassant. pas 5%. 18. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alliage contient sensible ment 80 parties de nickel et 20 parties de chrome. 19.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce qu'on effectue une stabilisation des propriétés de l'alliage en chauffant à nouveau ladite pièce ou partie de pièce jus qu'à une température d'au moins 6000C. 20. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que la teneur en titane ne dé passe pas 3,5 % et en ce que ladite pièce ou partie de pièce est formée par forgeage. 21. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que ladite pièce est une pièce de turbine à gaz.