CH266418A - Procédé de fabrication de pièces destinées à être soumises en service à des sollicitations mécaniques à des températures élevées et pièce obtenue par ce procédé. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication de pièces destinées à être soumises en service à des sollicitations  mécaniques à des températures élevées et pièce obtenue par ce procédé.    Il est connu que les aciers employés pour  la fabrication des pièces devant résister si  multanément à de fortes sollicitations mécani  ques et à des températures élevées, comme par  exemple les ailettes et certaines autres pièces  de turbine à gaz, sont en général des aciers  contenant des proportions élevées de chrome  et de nickel, additionnés d'éléments     durcis-          sants    tels que le tungstène et, d'éléments. sta  bilisants tels que le titane, le niobium et le  molybdène.  



  Les compositions usuelles sont comprises  dans les limites suivantes: nickel 8 à 35%,  chrome 15 à 25 %, carbone 0,10 à 0,35 %. Les  autres éléments peuvent être ajoutés     seuls    ou  en association par deux ou par trois. Les te  neurs habituelles en éléments ajoutés sont 3  à 4 % de tungstène, 1 à 2 % de titane ou de  niobium, 1 à 3 % de molybdène. Ces aciers  contiennent parfois des additions de silicium  et d'aluminium qui peuvent atteindre respec  tivement 2 et 4 %.  



  La structure de ces aciers est, suivant les  proportions respectives des composants, soit  entièrement austénitique (y), soit     austéno-          ferritique    (y     +    a) et, dans chacun de ces  deux cas, des carbures complexes de chrome,  de tungstène, de titane peuvent apparaître en  plus ou moins fortes proportions suivant la  ,teneur en carbone.  



  Ces aciers sont immunisés contre le phé  nomène bien connu de la corrosion fissurante    par un traitement approprié qui, dans cer  tains cas, contribue à améliorer leur résis  tance à chaud. Ils présentent, en outre, des  propriétés mécaniques à chaud, très supé  rieures à celles des aciers ordinaires. En par  ticulier, leur vitesse d'allongement ou d'exten  sion visqueuse pour une température et une  charge appliquée, maintenues constantes, est  de beaucoup inférieure à celle des aciers cou  rants; de plus, ils sont très résistants à la cor  rosion aux hautes températures.  



  La présente invention comprend un pro  cédé de fabrication de pièces destinées à être  soumises en service à des sollicitations méca  niques à des températures élevées et une  pièce obtenue par ce procédé.  



  Les pièces fabriquées conformément à l'in  vention présentent des propriétés mécaniques  à chaud, une résistance au fluage en particu  lier, remarquables et notablement supérieures  habituellement à celles des pièces du même  genre actuellement connues. Le procédé selon  l'invention est donc particulièrement intéres  sant dans son application. à la. fabrication de  pièces telles que pièces de turbines à gaz,  ailettes mobiles, diffuseurs, roues, chambres  de combustion, etc.  



  Ledit procédé est caractérisé en ce que  l'on forme les pièces à l'aide d'un alliage de  fer comportant, comme constituants princi  paux, de 14 à 20     %    de chrome, de 7 à 18 % de  nickel, de 3 à 10 % de tungstène, de 4 à 15      de cobalt et de 0,10 à 0,60     %    de carbone, ledit  alliage étant soumis au plus tard après la  formation des pièces à un traitement thermi  que comprenant au moins un chauffage à  une température d'au     moins        850'     C.  



  L'alliage de fer soumis audit traitement  thermique peut en outre contenir de 0,5 à  2,5     %    de titane ou de niobium, ou des deux  simultanément, ces éléments ayant pour effet  de stabiliser la structure à haute température  et d'accroître la résistance au fluage de l'acier.  



  Le traitement thermique auquel est soumis  l'alliage de fer et permettant la réalisation  d'une forte résistance à chaud peut avanta  geusement comprendre une trempe à l'air,  dans l'eau ou     dans        l'huile    à 1150-1175  C,       suivie        d'un    recuit effectué à une température  comprise entre 850 et     950     C et dont la durée  peut varier de 2 à 8 heures, le refroidissement  s'opérant lentement dans le four.

   La trempe  à haute température présente l'avantage de  provoquer un léger     grossissement    du grain  qui contribue à améliorer la résistance à  chaud, sans pour cela diminuer la résistance  de l'acier à la rupture     intercristalline.     



  Dans certains cas, un traitement simplifié  appliqué directement aux pièces forgées, lami  nées, moulées ou soudées, consistant en un ou  plusieurs chauffages successifs entre 850 et  950'  C, pendant une durée de l'ordre de 2 à 8  heures,     permet    d'obtenir les mêmes résultats  que le traitement décrit précédemment. Un  simple chauffage entre 1000 et 1150 , la     tem-          p6rature    étant maintenue entre ces valeurs  pendant     suie    durée de 2 à 6 heures, suivi d'un  refroidissement à l'air ou à l'huile, accroit con  sidérablement la résistance à chaud de l'al  liage de fer spécifié.  



  Les carbures ainsi précipités à hautes tem  pératures sont stables aux températures d'uti  lisation et suppriment le risque de voir la ré  sistance à chaud de l'acier diminuer par suite  de surchauffe ou de maintien prolongé à  haute température.  



  On a obtenu des .résultats remarquables en  partant d'un alliage de fer ayant la compo  sition suivante:  
EMI0002.0016     
  
    Carbone <SEP> 0,25 <SEP> %
<tb>  Nickel <SEP> <B>7,70%</B>
<tb>  Chrome <SEP> 17,00, 
<tb>  Cobalt <SEP> 1j,70
<tb>  Tungstène <SEP> <B>9,80</B>       Pour la même vitesse de fluage et la même  charge appliquée, la température que peut  supporter une pièce obtenue conformément, à.  la présente invention est. d'environ 100" C su  périeure à celle qu'il est possible d'atteindre  avec des pièces constituées en des aciers  connus les meilleurs.  



  A la même température d'utilisation et.  pour une même vitesse de fluage, cette pièce  peut supporter un effort de 50 à 100     %    supé  rieur à l'effort supporté dans les mêmes con  ditions par les pièces en des aciers répondant  aux compositions habituellement utilisées.  



  D'autre part, les aciers dont     sont    formées  les pièces obtenues par le présent procédé ne  sont pas sensibles aux risques de ruptures       intercristallines    à chaud sans allongement  appréciable annonçant la rupture et c'est là  un gros avantage sur certaines formules  d'aciers.  



  Il a été observé sur un acier de la compo  sition décrite précédemment des allongements  assez importants provoqués     ait    cours d'un  essai sous charge et à température constantes  pendant plusieurs milliers d'heures sans qu'il  en résulte de rupture.  



  Des résultats meilleurs encore ont été  observés avec un alliage de fer de même com  position que celle indiquée ci-dessus à titre  d'exemple, mais où la teneur en carbone  s'élève jusqu'à     0,45,0ô'.    L'acier réalisé en sou  mettant cet alliage au traitement spécifié a       permis    d'obtenir des allongements notables  sans rupture, au cours de plusieurs milliers  d'heures sous forte charge à la température  de 750  C, la vitesse de fluage mesurée dans  les conditions habituelles étant nettement  plus faible que celle des aciers     réfractaires     actuellement connus aux mêmes     températures     et aux mêmes charges.  



  En ce qui concerne cette teneur en car  bone relativement élevée, on peut. faire re-      marquer ce qui suit: Il était, déjà connu que  l'addition de carbone à des aciers résistant à  chaud, contenant du chrome et du nickel et de  structure<I>y</I> ou<I>y</I>     -f-   <I>a,</I> améliorait sensiblement  la résistance au fluage; mais, par contre, cette  addition, même à des pourcentages plus fai  bles que ceux indiqués ci-dessus, entraîne une  certaine fragilité à chaud de l'acier. Cette  fragilité se traduit sous certaines charges et  à certaines températures par des ruptures  avec des allongements en pour-cent plus fai  bles que les allongements enregistrés à froid.  



  Or, la titulaire a trouvé que la présence  de carbone en teneur élevée, dans des aciers  du type visé, contenant une forte proportion  de cobalt et de tungstène et, s'il y a lieu, de  titane, en plus des quantités nécessaires de  chrome et de nickel pour obtenir la structure  y, augmente     beaucoup    moins la fragilité à  chaud que dans les aciers réfractaires des  compositions actuellement connues.  



  Il convient de noter toutefois que l'aug  mentation de la teneur en carbone rend le  forgeage plus difficile. C'est pourquoi les  aciers moins carburés<B>(0,25%</B> de C par  exemple) seront réservés à la fabrication des  pièces délicates subissant des corroyages im  portants telles que les roues et arbres de tur  bine à gaz ou les tôles minces destinées aux  chambres de combustion, tandis que les aciers  plus carburés (0,45% de C par exemple)  seront utilisés de préférence pour la fabrica  tion de     barreaux        peu    corroyés destinés à l'usi  nage des ailettes de turbine à gaz qui sont  précisément les pièces les plus fatiguées.  Enfin, les aciers fortement carburés (près de  <B>0,605v,</B> de C) seront employés pour les mou  lages non usinés.  



  La résistance à chaud de l'acier utilisé  dans le procédé selon l'invention peut être  améliorée par un traitement mécanique sus  ceptible de lui conserver un grain d'une gros  seur suffisante. Un corroyage limité effectué  à haute température, suivi des traitements  décrits précédemment, a pour effet d'aug  menter la résistance au fluage dans des pro  portions qui peuvent varier de 1 à 3.    La grosseur de grain obtenue doit cepen  dant être telle qu'elle n'entraîne pas le risque  de ruptures     intercristallines.     



  La structure et, par suite, les propriétés  mécaniques à chaud des pièces obtenues par  le procédé de la présente invention sont par  faitement stables au cours d'un fonctionne  ment prolongé à chaud sous charge.  



  L'acier desdites pièces présente une rigi  dité à chaud, ou résistance au fluage, nette  ment plus élevée que celle des aciers répon  dant aux formules connues. Le procédé décrit  convient plus particulièrement pour la fabri  cation des pièces de turbine à gaz: ailettes  mobiles, ailettes fixes de distributeur, roues  et arbres, tuyères, brûleurs, pièces de cham  bres de combustion, etc.  



  Ces pièces peuvent être     réalisées    en ledit  acier par découpage à froid à l'outil dans des  éléments forgés ou laminés, par matriçage,  par coulage ou à l'aide d'éléments forgés, ma  tricés ou moulés, assemblés par soudure au  chalumeau     oxyacétylénique,    à l'arc électrique  ordinaire avec électrode, à l'are à hydrogène  atomique, par     résistance    ou par points.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de fabrication de pièces desti nées à être soumises en service à des solliei- tations mécaniques à des températures élevées, caractérisé en ce que l'on forme les pièces à l'aide d'un alliage de fer comportant, comme constituants principaux, de 14 à 1_0% de chrome, de 7 à 18 % de nickel, de 3 à 10% de tungstène, de 4 à 15 % de cobalt, de 0,10 à 0,60 % de carbone, ledit alliage étant soumis au plus tard après la. formation des pièces à un traitement thermique comprenant au moins un chauffage à une température d'au moins 850 C. II.

   Pièce obtenue par le procédé selon la revendication I. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit alliage comporte de 0,25 à 0,45% de carbone,<B>7,70%</B> de nickel, 17,00 % de chrome, 13,70 % de cobalt et 9,80 % de tungstène. 2. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit alliage contient en outre de 0,5 à 2,5 % de titane. 3. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit alliage contient en outre de 0,5 à 2,5 % de niobium. 4.

   Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit alliage contient en outre du titane et du niobium simultanément, en teneur totale comprise entre 0,5 et 2,5 %. 5. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que ledit traitement thermique comprend une trempe effectuée à une tempé rature comprise entre 1150 et 1175 C, suivie d'un recuit de 2 à 8 heures à 850-950 C avec refroidissement. lent subséquent. 6. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'on soumet une pièce formée avec ledit alliage à un chauffage entre 850 et 1150' C, pendant une durée clé 2 à 8 heures, puis en ce que l'on fait suivre ce chauffage d'un refroidissement. 7.

   Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'on forme avec ledit alliage des pièces de turbine à. gaz.