Procédé de traitement par la chaleur d'articles en alliage nickel-chrome-cobalt Il est bien connu que les alliages avec les quels on forme des articles ou des parties des tinés à être soumis à des efforts prolongés à de hautes températures doivent non seulement posséder de la résistance à la corrosion aux hautes températures, et de bonnes propriétés mécaniques générales, mais encore doivent pos séder, de par leur nature, de la résistance au fluage.
Les alliages usuellement employés dans ces cas sont du genre dans lequel le constituant principal est du nickel ou du nickel -f- cobalt, et qui contient aussi du chrome, de l'alumi nium et du titane, ces deux derniers éléments formant une phase précipitable avec un peu de nickel. La composition précise de ces alliages varie avec les conditions dans lesquelles ils doi vent être employés, et les propriétés requises dans ces conditions. En particulier, la tempé rature de l'emploi est importante, et lorsqu'il est nécessaire d'avoir une bonne résistance au fluage à hautes températures de service, par exemple 750 à 850 C, on utilise des alliages contenant du cobalt, malgré le prix élevé de ce dernier.
La composition préférée des alliages employés jusqu'à présent pour des températu- res de service élevées est :
de 18 à 21 % de chrome, de 15 à 21 % de cobalt, de 1,8 à 2,7 % de titane, de 0,8 à 1,
8 % d'aluminium, de 0 à 0,10 % de carbone, de 0 à 1,0,% de manganèse, de 0 à 1,5 % de silicium, de 0 à 5 % de fer,
le reste étant du nickel, à l'excep- tion des désoxydants résiduaires, tels que le magnésium et le calcium, et des impuretés.
Pour développer de bonnes propriétés quant au fluage, ces alliages sont soumis à un traitement par la chaleur ; le traitement appli qué jusqu'à présent comprenait un chauffage de l'alliage pendant 8 à 12 heures à 1050 C 11800 C, un refroidissement à l'air, et un chauffage subséquent pendant 12 à 16 heures à environ 700 C pour provoquer un durcisse ment par précipitation, ou vieillissement.
L'invention est basée sur la constatation qu'il est possible, en modifiant le traitement par la chaleur, d'améliorer les propriétés d'ar ticles fabriqués en alliages à base de nickel, de chrome et de cobalt.
Elle concerne un procédé pour le traite ment par la chaleur d'articles fabriqués en un alliage contenant de 15 à 25 % de chrome, de 5 à 40 % de cobalt, de 1,5 à 2,5 % d'alumi- nium,
de 2,8 à 4 % de titane, du nickel, des désoxydants résiduaires et des impuretés, ca ractérisé en ce qu'il comprend un chauffage initial à une température de<B>1150</B> à 1250 C, la durée de ce chauffage étant de 1/2 heure à 12 heures à 11500 C et de 1/4 à 4 heures à 12500 C, avec durées intermédiaires à des tem pératures intermédiaires, les durées minimum et maximum susdites variant linéairement de 1150 C à 1250o C,
un traitement intermé diaire par la chaleur d'au moins 4 heures à une température de 1000 à 11000C, et fina lement un traitement de durcissement par pré cipitation.
Attendu que, même avec des alliages d'une même composition nominale, les propriétés des articles obtenus varient d'une coulée à l'autre, les propriétés d'un article traité conformément à l'invention peuvent n'être pas aussi bonnes que celles d'un autre article qui a été soumis au traitement usuel par la chaleur ; cependant, pour tout alliage donné, les propriétés de l'ar ticle seront améliorées.
La durée du traitement de durcissement peut être de 16 heures à 7000 C. Entre le chauf fage initial et le chauffage intermédiaire, et entre ce dernier et le chauffage pour durcisse ment par précipitation, l'alliage peut être re froidi à l'air ou à toute autre vitesse convena ble ; cependant, ces traitements par la chaleur peuvent se suivre directement l'un l'autre sans refroidissement intermédiaire quelconque. La durée du chauffage initial ou de dissolution varie avec la température parce que, à mesure que cette température s'élève, la quantité de matière de déchet qui se forme en surface de vient excessive si l'on prolonge le chauffage.
Lors de la fabrication d'articles en alliages du genre en question, on applique usuellement des phases de travail à chaud, et celles-ci peu vent comprendre un chauffage de l'alliage à une température entre 1150 et 1250o C. Ce travail laisse l'alliage dans un état de tension, et ce chauffage n'est pas équivalent au chauf fage initial de dissolution appliqué dans le pré sent procédé, en ce qui concerne la mise de l'alliage à l'état physique désiré.
Lorsque le chauffage de dissolution que comprend le pro cédé selon l'invention a été effectué, il ne doit pas y avoir de distorsion de l'alliage, cependant un simple usinage est permis. Il en résulte que l'alliage doit avoir été amené à la forme de l'article avant d'appliquer le chauffage de dis solution. Par l'expression article , on entend cependant englober non seulement un produit ou une partie terminés (par exemple une aube de turbine), mais aussi une barre, une bande, une pièce forgée ou estampée, à partir desquel les un article peut être usiné.
Les alliages auxquels le procédé de traite ment par la chaleur selon l'invention est appli- qué peuvent contenir de 15 à 25 % de chrome, 5 à 40 % de cobalt, 0 à 0,2 % de carbone, 1,5 à 2,
5 % d'aluminium, 2,8 à 4 % de titane, 0 à 10 % de fer, 0 à 1,0 % de manganèse, 0 à 1,5 % de silicium, 0 à 5,% de molybdène,
0 à 5 % de tungstène, 0 à 1 % en tout de niobium ou de tantale ou des deux, 0 à 0,2 % de zirconium, et 0 à 0,
01 % de bore, le reste étant du nickel, à l'exception des désoxydants résiduaires et des impuretés. On remarquera que les teneurs en aluminium et titane sont plus élevées que ce n'est usuel. La raison en est que, aux hautes températures de service, c'est-à-dire au-dessus de 8150 C, la quantité du complexe durcissant formé par précipitation, constitué de nickel, d'aluminium et de titane, qui peut précipiter, n'est pas suffisante lorsque les teneurs en aluminium et titane sont celles usuelles indiquées précédemment du fait que, à ces hautes températures, l'alliage retiendra en solution davantage de ce complexe.
Il est donc désirable d'augmenter ces deux teneurs. De préférence, la teneur en titane est de 2,8 à 3,2 % et celle en aluminium de 1,5 à 2 0/0. Des articles fabriqués en alliages ayant de tel les teneurs peuvent être employés à des tem pératures de service de l'ordre de 8700 C.
De préférence, les alliages ne diffèrent de ceux actuellement en usage (tels qu'indiqués ci- dessus) que par leurs teneurs augmentées en aluminium et titane et par la présence de très faibles quantités de zirconium et de bore.
Le perfectionnement résultant de l'inven tion, en comparaison avec les propriétés obte nues par le traitement usuel par la chaleur en deux étapes dont il est parlé précédemment, est illustré par les résultats d'essais sur des alliages de composition nominale :
20,0 % de chrome, 17,0 % de cobalt, 2,92 % de titane, 1,93 % d'aluminium et 0,08 % de carbone,
le reste étant du nickel, des désoxydants résiduaires et des impuretés ; ces alliages ont été essayés sous une tension de 1420 kg/cm2, à 8700 C. Des spécimens de chaque alliage ont été soumis à un chauffage initial à 1080 C pendant 8 heu res, refroidis à l'air, puis chauffés pendant 16 heures à 700o, c'est-à-dire ont été soumis au traitement usuel jusqu'à présent ;
d'autres spé- cimens de chaque alliage ont été chauffés pen dant 1 1/2 heure à 1200 , transférés dans un autre four et maintenus dans celui-ci pendant 8 heures à 1080() C, refroidis à l'air, puis chauf fés pendant 16 heures à 7000 C, c'est-à-dire ont été traités conformément à l'invention. Les résultats obtenus sont indiqués dans la table 1 ci-dessous qui donne les compositions réelles des alliages telles que déterminées par analyse (abstraction faite des désoxydants et impure tés)
EMI0003.0031
<I>TABLE <SEP> 1</I>
<tb> 11/2 <SEP> heure <SEP> à <SEP> <B>12001C;</B>
<tb> 8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1080 <SEP> C <SEP> ; <SEP> transfert <SEP> ;
<tb> ANALYSE <SEP> refroidissement <SEP> à <SEP> l'air <SEP> ;
<SEP> 8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> <B>10801C;</B>
<tb> 16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 700 <SEP> C <SEP> refroidissement <SEP> à <SEP> l'air <SEP> ;
<tb> <U>16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 700 <SEP> C</U>
<tb> Vitesse <SEP> Temps <SEP> Vitesse <SEP> Temps
<tb> minimum <SEP> jusqu'à <SEP> minimum <SEP> jusqu'à
<tb> de <SEP> fluage <SEP> rupture <SEP> de <SEP> fluage
<tb> l <SEP> rupture
<tb> Co <SEP> Cr <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> C <SEP> <U>parheure)</U> <SEP> (heures) <SEP> <U>par <SEP> heure)</U> <SEP> (heures)
<tb> 16,8 <SEP> 19,8 <SEP> 2,83 <SEP> 1,51 <SEP> 0,05 <SEP> 0,0068 <SEP> 68 <SEP> 0,0017 <SEP> 114
<tb> 18,2 <SEP> 19,9 <SEP> 2,80 <SEP> 1,51 <SEP> 0,05 <SEP> 0,0056 <SEP> 76 <SEP> 0,0022 <SEP> 167
<tb> 17,7 <SEP> <B>1</B>9,7 <SEP> 3,04 <SEP> 1,90 <SEP> 0,06 <SEP> 0,0074 <SEP> 89 <SEP> 0,0040 <SEP> 114
<tb> 17,0 <SEP> 19,5 <SEP> 3,06 <SEP> 2,14 <SEP> 0,
05 <SEP> 0,0067 <SEP> 110 <SEP> 0,0066 <SEP> 159
<tb> <B>1</B>7,2 <SEP> 20,2 <SEP> 2,<U>80 <SEP> 1,71 <SEP> 0,0</U>7 <SEP> 0,0054 <SEP> 69 <SEP> 0;0026 <SEP> 135 L'emploi d'une étape intermédiaire de chauffage dans le traitement par la chaleur d'alliages nickel-chrome est connu<I>per se,</I> quoi qu'un tel chauffage n'ait pas été appliqué en pratique dans le traitement des alliages em ployés pour des aubes de turbines à gaz ou autres articles soumis à de hautes températu res de service.
Dans la présente invention, la haute température de 1000 à 1100 C pour le chauffage intermédiaire est critique, ainsi qu'on peut le voir dans la table qui suit, indiquant les résultats obtenus dans les mêmes conditions d'essai de 1420 kg/cm2, à 8700 C, avec un al liage de la même composition nominale.
EMI0003.0034
<I>TABLE <SEP> 2</I>
<tb> Vitesse
<tb> minimum <SEP> Temps
<tb> Tsqu's
<tb> Traitement <SEP> intermédiaire <SEP> de <SEP> fluage <SEP> uage <SEP> rupture
<tb> (
<tb> <U>par <SEP> heure)</U> <SEP> (heures)
<tb> 8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1080<B>0</B> <SEP> C <SEP> 0,0020 <SEP> 181
<tb> 16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 0,0034 <SEP> 134
<tb> 16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 950o <SEP> C <SEP> 0,0105 <SEP> 81
<tb> 16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 900o <SEP> C <SEP> 0,0100 <SEP> 44 L'importance des températures spécifiées pour le chauffage initial est montrée par la table suivante, qui donne les résultats obtenus aussi avec un alliage de même composition no- 6s minale, sous les mêmes conditions d'essai.
EMI0003.0035
On doit observer que si la teneur en car bone excède 0,10/0, l'alliage doit être, soit transféré directement du four de chauffage ini tial au four de chauffage intermédiaire, soit re- froidï très rapidement, en passant d'une tem pérature d'un peu au-dessus à un peu au-des sous de 9500 C, mettons de 975 à 9250 C. Les articles traités par la chaleur confor mément à l'invention sont particulièrement précieux dans leur emploi comme aubes de turbines à gaz dans les appareils d'aviation.