Procédé pour conférer à un alliage une résistance élevée au fluage. L'invention comprend un procédé pour conférer à un alliage une résistance élevée au fluage.
Les alliages avec lesquels sont faits des objets et des pièces qui sont soumis à un effort. prolongé sous des températures élevées, c'est-à-dire (le l'ordre de 600 C et au-dessus, doivent non seulement offrir de la résistance à la corrosion aux températures élevées, mais aussi avoir par leur nature même une résis tance appréciable au fluage. Les alliages com- inunénrent utilisés dans ce but sont d'un type ayant. deux earactéristiqties essentielles.
En premier lieu, ils ont, une structure en réseau, qui est en majeure partie du type à réseau cubique à faces centrées, et une composition de base dans les limites suivantes: nickel 5 a 90 % et chrome 10 à 35 %. Ils peuvent con- tenir aussi du fer jusqu'à
85 %, du cobalt jusqu'à 70 % et du molybdène jusqu'à 30 0/0. deux parties de molybdène pouvant être, en outre, remplacées par une partie de tungstène.
En second lien, ils doivent contenir en plus au moins un élément capable de former, avec au moins un des métaux mentionnés ci-dessus, r. n composé propre à améliorer la résistance au fluage, tel que: titane, aluminium, niobium et tantale, leur teneur en ce ou en ces élé ments étain. de 0,.5 à 1.0%. Quand un alliage présente ces deux caractéristiques, il montre une bonne résistance au fluage après un trai tement thermique approprié.
De plus, il cons titue aux hautes températures une solution solide homogène, mais précipite une phase ré gulière s'il est soit refroidi lentement à partir de la haute température, soit refroidi rapide ment, puis réchauffé. Il est préférable que ni le titane, ni l'aluminium, ne soient présents en une proportion supérieure à 5 0,10. En outre, les alliages peuvent aussi contenir jusqu'à 10 % en tout d'autres éléments, qui peuvent soit être présents comme impuretés,
soit avoir été introduits pour une raison spéciale quel conque. En particulier, les alliages peuvent contenir jusqu'à 2 % de carbone, jusqu'à 1 0/0 de silicium, jusqu'à 5 % de manganèse, jus- qu'à 1 % de vanadium,
jusqu'à 3 % de enivre et jusqu'à 0,25 % de glucinium. La. présente invention se rapporte à des alliages du type décrit dans ce qui précède.
Dans ses grandes lignes, le traitement thermique utilisé jusqu'ici pour améliorer la résistance au fluage d'un alliage de ce type comprend un chauffage de dissolution pro pre à amener L'alliage à, l'état de solution so lide homogène, par exemple à une tempéra ture supérieure à<B><I>1000'</I></B> C, suivi d'un refroi dissement jusqu'à une basse température et r;n réchauffage de précipitation propre à provoquer la précipitation d'une phase! aupa ravant en solution, par exemple à une tem pérature se tenant entre 600 et 850 C.
Le meilleur traitement thermique imaginé jus qu'ici est celui qui comprend un chauffage de dissolution de l'alliage à raie température de 1000 à<B>1275'</B> C pendant une période cor- respondant à au moins 48 heures à 1000 C, au moins 3 heures à 1050 C, au moins 2 heu res et demie à 1100 C, au moins 2 heures à 1.150 C, au moins 1 heure à 1225 C ou au moins 1/z heure à 1275 C, un refroidissement de l'alliage à partir de cette température et un réchauffage de précipitation dans la marge de:
température de 850 à 600 C, pen dant tune période de 2 à 10 heures.
En général, le réchauffage de précipita tion est effectué à la température que l'al- lia.ge atteindra en service, ou aux environs de cette température. Par exemple, dans la fabrication d'aubes de turbines à gaz, le trai tement thermique appliqué d'habitude con siste en un chauffage de dissolution de 8 Heu res à 1080 C, un refroidissement à l'air et un réchauffage de 16 heures à 700 C.
On a reconnu qu'on peut améliorer la ré sistance au fluage en intercalant un réchauf- fage supplémentaire entre le refroidissement et le réchauffage de précipitation proprement dit. Le procédé selon l'invention pour con férer une résistance au fluage à tut alliage présentant une structure en réseau, principa lement du type à réseau cubique à faces cen trées et contenant au moins du nickel à rai- son de 5 à e90 %,
du chrome à raison de 10 à. 35 /o, et au moins un élément capable de former, avec au moins un des métaux que contient cet alliage, un composé propre à amé liorer la. résistance ati fluage, la. teneur de l'alliage en ce ou en ces éléments étant com prise entre 0,5 et 10 0/0, en soumettant l'alliage à tin chauffage propre à l'amener à l'état de solution solide homogène, en le refroidissant jusqu'à une basse température, et en le sou mettant à un réchauffage propre à provoquer la.
précipitation d'une phase auparavant en solution, est caractérisé en ce qu'on soumet l'alliage à. un réchauffage supplémentaire in tercalé entre le refroidissement et le réchauf- fage de précipitation et effectué à une tem pérature comprise entre celle du réchauffage de précipitation et la température à laquelle l'alliage est à l'état de solution solide homo gène, ladite température de réchauffage sup plémentaire étant assez élevée pour que le maximum de dureté soit développé à. cette température au cours d'une heure, et en ce que ce réchauffage est poursuivi après que le maximum de dureté a été développé.
La durée du réchauffage supplémentaire peut être nettement, plus courte que celle du réchauffage de précipitation . et, de préfé rence, ne dépasse pas cette dernière durée; par exemple, d'excellentes propriétés sont pro duites dans des alliages du type 80/20 nickel chrome, contenant du titane et de 1-'a.himi- nium, par un réchauffage de heures et de- mie à 800 C précédant un de précipitation durant 16 heures à 700 C.
On petit refroidir l'alliage à. une température in férieure à la température du rouge sombre entre les deux réchauffa-es susdits. L'utilité de ce réchauffage supplémentaire s'explique par le fait qu'on a. reconnu que la. produc tion d'une bonne résistance au fluage dépend de la rapidité du refroidissement jusqu'à. la température ordinaire, à partir de la. tempé rature à laquelle est conduit le traitement thermique de dissolution.
On obtient des ré sultats inférieurs si les alliages sont refroidis trop rapidement, par exemple par la trempe à. l'eau, ou s'ils sont refroidis trop lentement, par exemple s'ils sont refroidis dans unie en ceinte fermée, telle qu'un four d'assez grande capacité thermique. Il y a une vitesse opti mum de refroidissement, mais il est difficile de refroidir avec cette vitesse un objet qui n'a. pas une section uniforme.
En procédant selon la présente invention, la nécessité de refroi dir avec une vitesse déterminée pour obtenir la meilleure résistance au fluage peut être évitée, et cette résistance peut être obtenue par une succession de traitements thermiques à. température constante, qui ont le grand avantage, non seulement d'être plus faciles à. appliquer à des objets de section quelconque, constante ou variable, qu'un traitement com prenant tune rapidité de refroidissement ré glée, mais aussi de permettre d'obtenir un ré glage phis précis du cycle thermique désiré.
En général, des objets ou des pièces sont coulés ou usinés à, partir de l'alliage, puis somnis au procédé selon l'invention. Si les Objets ou les pièces doivent être usinés après le chauffa-,e initial à haute température, il est désirable qu'ils soient refroidis rapide ment à partir de la température employée, parce qu'autrement, l'alliage ne serait pas dans une condition permettant l'usinage le plus facile, mais ce refroidissement rapide porte préjudice aux propriétés produites par le chauffage de précipitation normal.
En d'autres termes, des propriétés normales de iésistance au fluage sont perdues dans le re froidissement rapide après le chauffage de dissolution, mais, si les objets ou les pièces sont refroidis rapidement par la trempe, usi nés, puis soumis au réchauffage supplémen taire, les propriétés obtenues aux tempéra tures élevées sont meilleures que celles d'al liages semblables, refroidis lentement après le traitement. thermique initial et réchauffés de la manière usuelle.
Bien que la résistance au fluage d'un alliage ne puisse être déterminée par des essais de dureté effectués à la température ordinaire, des modifications de la dureté ap portées par des opérations de réchauffage peuvent être prises comme une indication des modifications de la structure, qui influencent la résistance au fluage. Or, des alliages non ferreux, susceptibles de se durcir avec le temps, atteignent une dureté phis grande quand ils sont maintenus pendant.
une lon gue période à une température basse que quand on se sert de températures élevées, bien qu'un vieillissement se produise beaucoup plus rapidement à des températures élevées, pourvu que la température de dissolution com plète ne soit pas atteinte. La dureté acquise rapidement décroît si le chauffage se pour suit, ce phénomène étant communément con sidéré comme un excès de: vieillissement.
Le réchauffage supplémentaire utilisé dans le présent procédé comprend 1m chauf fage à une température assez élevée pour que le inaxim.um de dureté susceptible d'être atteint par un chauffage à cette température se développe dans le cours d'une heure, le chauffage étant poursuivi après que le maxi- muni de dureté a été atteint. Il se produit ainsi un développement rapide du durcisse ment, suivi d'une diminution de la dureté si le chauffage se poursuit pendant un temps suffisamment long.
Cette température est d'habitude de 8000 C au moins et le plus sou vent n'est pas inférieure à 7500 C, et le temps pendant lequel l'alliage est maintenu à cette température est ordinairement de 1 à 24 heures, de faon que l'alliage ait commencé à montrer une baisse de la dureté, après avoir atteint une valeur maximum. Dans un cas particulier quelconque, on peut aisément trouver une température convenable en chauf fant une série. de petits échantillons de l'al liage pendant des temps différents à plusieurs températures, les échantillons ayant tous été, avant le chauffage, soumis à un chauffage de dissolution.
On peut alors obtenir des courbes représentant la relation existant entre la dureté à la température ordinaire et la durée du chauffage, et on peut choisir, pour le chauffage supplémentaire, une température . laquelle le maximum de dureté susceptible d'être atteint à cette température se développe en un temps suffisamment court.
La température maximum de réchauffage est limitée par la température à laquelle l'al liage est à l'état de solution solide homogène. Habituellement, cela nécessite que des tempé ratures de l'ordre de grandeur de<B>950'</B> C ne soient pas dépassées.
(quelques exemples de mise en couvre du procédé selon l'invention sont donnés ci-après: Exemple <I>I:</I> Un alliage contenant 22,32 % de chrome, 2,15 % de titane -et 1,24 % d'aluminium,
le reste étant à peu près tout du nickel, est sou mis normalement à un traitement thermique comprenant un chauffage de dissolution de 6 heures à 10800 C, suivi d'un refroidissement à l'air, puis un réchauffage à 7000 C pendant 16 heures suivi d'un refroidissement à l'air.
Cet alliage, soumis à un essai de fluage sous 4,4 tonnes par cm' et à 6500 C, présente un taux minimum de fluage de 0,0023 % par heure, la durée écoulée depuis le début de l'essai jusqu'à l'apparition d'un fluage ter tiaire étant de, 90 heures et la durée totale jusqu'à la. rupture de 222 heures.
Un autre échantillon de ce même alliage, après un chauffage de dissolution de 8 heures à l080 C, suivi d'une trempe à l'eau, est sou mis à un traitement consistant en un réchauf- fage de. 2 heures et demie à 8000 C et un re froidissement à l'air, suivi de 16 heures de chauffage de précipitation à 7000 C et d'un autre refroidissement à l'air.
Lors d'un essai de fluage dans les mêmes conditions de charge et de température, l'alliage présente un taux minimum de fluage de 0,0010 % par heure, la durée écoulée depuis le début de l'essai jusqu'à l'apparition d'un fluage tertiaire étant de 130 heures et la durée totale jusqu'à la rupture de 331 heures.
Exemple <I>II:</I> Un alliage contenant 20,67 % de chrome, 19,88 % de cobalt, 2,15 % de titane et 0,53 % d'aluminium, le reste étant à peu près tout du nickel,
est soumis normalement à un traite ment thermique comprenant un chauffage de dissolution de 8 heures à 11500 C, suivi d'un refroidissement à l'air, puis un réchauffage de 16 heures à 7000 C et un refroidissement à l'air. Lors d'un essai de fluage sous 3 tonnes par cm@ et à 7500 C, l'alliage présente un taux minimum de fluage de 0,0045 % par heure,
la durée écoulée depuis le défaut de l'essai jusqu'à l'apparition d'un fluage tertiaire étant de 54 heures et la durée totale jusqu'à la rupture de 107 heures. Après le même chauffage de dissolution et le même refroi dissement à l'air, un échantillon du même alliage est soumis à un traitement thermique de 16 heures à 9000 C avec refroidissement à l'air, suivi d'un chauffage de précipitation de 16 heures à 7000 C avec refroidissement à l'air.
Dans les mêmes conditions d'essai, cet échantillon présente un taux minimum de fluage de 0,0014% par heure, la durée écou lée depuis le début de l'essai jusqu'à l'appa rition d'un fluage tertiaire étant de 115 heures et la durée totale jusqu'à la rupture de 213 heures,