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.