FR2729675A1 - Procede perfectionne d'elaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud - Google Patents

Procede perfectionne d'elaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud Download PDF

Info

Publication number
FR2729675A1
FR2729675A1 FR9500578A FR9500578A FR2729675A1 FR 2729675 A1 FR2729675 A1 FR 2729675A1 FR 9500578 A FR9500578 A FR 9500578A FR 9500578 A FR9500578 A FR 9500578A FR 2729675 A1 FR2729675 A1 FR 2729675A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
products
improvement
sep
foundry
forging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR9500578A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2729675B1 (fr
Inventor
Dominique Francois Fournier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Helicopter Engines SAS
Original Assignee
Turbomeca SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Turbomeca SA filed Critical Turbomeca SA
Priority to FR9500578A priority Critical patent/FR2729675A1/fr
Publication of FR2729675A1 publication Critical patent/FR2729675A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2729675B1 publication Critical patent/FR2729675B1/fr
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

L'invention propose un perfectionnement au procédé d'élaboration d'un superalliage polycristallin à base de nickel, utilisable pour la réalisation de produits forgés ou coulés, notamment pour la réalisation de disques de turbine ou de roues de turbines centripètes, caractérisé en ce que sa composition comprend, en pourcentage en poids, au plus: - 0,05% de carbone pour les produits destinés à la fonderie; - 0,02% de carbone pour les produits destinés à la forge; - 0,001% de soufre pour les produits destinés à la fonderie et à la forge; - 0,001% de phosphore pour les produits destinés à la fonderie et à la forge; et au moins: - 0,03% de Bore pour les produits destinés à la fonderie; - 0,02% de Bore pour les produits destinés à la forge.

Description

La présente invention a pour objet un perfectionnement au procédé d'élaboration et de traitement thermique de superalliages polycristallins à base de nickel, résistant à chaud.
L'invention concerne plus particulièrement l'élabo- ration d'un alliage utilisé pour la réalisation de composants appartenant à une turbomachine tels que, par exemple,une roue monobloc de turbine à gaz.
Dans de telles applications, les composants sont soumis à des contraintes mécaniques particulièrement élevées à des températures atteignant plus de 1100 C.
La réalisation de pièces forgées à base de nickel ou d'alliage nickel-chrome s'est rapidement avérée insuffisante car elles ne possèdent pas les propriétés requises en fluage pour des températures supérieures à 650-700 C.
Les pièces de fonderie possèdent des très bonnes propriétés en fluage à très hautes températures et elles ont pu être utilisées pour la réalisation des aubes de turbine.
Par liaison mécanique on peut donc réaliser une roue de turbine axiale avec des aubes venues de matière de fonderie et un disque forgé.
Il demeure toutefois un besoin, en particulier pour les roues de turbines centripètes dont les caractéristiques géométriques ne permettent pas d'assemblage mécanique.
On connaît des procédés d'élaboration de superalliages polycristallins à base de nickel et notamment celui commercialisé sous la marque UDINET 720.
Cet alliage a la composition suivante exprimée en pourcentage en poids
- chrome : 18 %
- cobalt : 14,7 %
- molybdène : 3 %
- tungstène : 1,25 %
- titane : 5 %
- aluminium : 2,5 %
- zirconium : 0,03 %
- carbone : 0,035 %
- bore : 0,033
Ce type de superalliage est obtenu à partir de fusion et de refusion sous vide et/ou sous laitier.
I1 est ensuite prévu des traitements thermomécaniques jusqu'à 1000"C et des vieillissements, différents suivant les applications ultérieures, mais dont l'une des phases au moins se situe au delà de 1100 C pendant 2 à 4 heures.
Il se trouve qu'à ces températures, il y a une précipitation des phases secondaires et notamment des carbures dans les joints de grains, qui est préjudiciable à une bonne tenue mécanique de ces superalliages dans une zone de températures comprise entre 700 C et 900 C, notamment par une dégradation au niveau des joints de grains.
Une première tentative pour résoudre ce problème a consisté à tenter de modifier la géométrie des joints de grains pour obtenir des joints "festonnés" en agissant sur la précipitation des phases. Cette technique est toutefois nuisible aux performances dans la plage de températures comprises entre 700 et 800 C.
Une seconde démarche consiste à modifier la composition chimique des joints de grains afin de piéger les carbures nuisibles à basses températures, par l'adjonction de Bore.
Le but de l'invention est de proposer un superalliage dont certaines étapes du procédé de fabrication ont été modifiées pour permettre d'améliorer le comportement mécanique dans la plage de températures comprises entre 700 et 900 C.
A cet effet, le présent perfectionnement au procédé d'élaboration de superalliage polycristallin à base de nickel, utilisable pour la réalisation de produits forgés ou coulés, notamment pour la réalisation de disques de turbine ou de roues de turbines centripètes, se caractérise en ce que sa composition comprend, en pourcentage en poids, au plus
- 0,05 % de carbone pour les produits destinés à la fonderie ;
- 0,02 t de carbone pour les produits destinés à la fonderie et à la forge
- 0,001 % de soufre pour les produits destinés à la fonderie et à la forge
- 0,01 de phosphore pour les produits destinés à la fonderie et à la forge
et au moins
- 0,03 t de Bore pour les produits destinés à la fonderie
- 0,02 t de Bore pour les produits destinés à la forge.
Le rapport en poids des masses de Bore et de carbone est de préférence supérieur à 1,1.
De plus, le cycle thermomécanique comprend des opérations réalisées en dehors de la plage de températures comprise entre 900 C et 1050oc
Quant au vieillissement, il est réalisé à une température inférieure à 900"c.
Le vieillissement est plus particulièrement réalisé entre 650 et 850 C pendant une durée de 1 à 48 heures.
Le vieillissement est effectué en au moins deux étapes en commençant par la température la plus basse.
Par exemple, dans le cas d'un vieillissement en deux étapes, on effectuera un vieillissement à 700 c pendant 24 heures,suivi d'un vieillissement à 815 c pendant 16 heures.
De nombreux avantages découlent de ces modifications du procédé,comme cela va être décrit ci-après en référence aux figures annexées dans lesquelles
- les figures lA et 1B sont des vues au microscope, respectivement agrandies 2000 fois et 5000 fois, d'un échantillon d'UDIMET 720 ayant subi un traitement standard ; et
- les figures 2A et 2B sont des vues aux mêmes grossissement que précédemment, d'un échantillon d'UDINET 720 mais ayant été élaboré suivant le procédé de l'invention.
La suppression des traitements thermomécaniques à haute température, évite la précipitation des carbures et des borures dans les joints de grains.
De même, la modification de la composition par la diminution du pourcentage de carbone limite la formation des carbures.
Quant au vieillissement à basse température, il permet d'augmenter la fraction volumique de la phase ' aux dépends de la phase N23C6
MC + y = M23c6 + Y
On obtient ainsi des valeurs de résistance mécanique supérieures. En effet, sous 300 MPa à 850 C, la durée de vie à la rupture est augmentée de 120 à 430 heures.
De même pour la résistance en traction en température.
Figure img00050001
<tb> <SEP> NUANCE <SEP> STANDARD <SEP> NOUVEAU <SEP> PROCEDE
<tb> T0C <SEP> RNPa <SEP> RO,2 <SEP> MPa <SEP> L <SEP> A% <SEP> RMPa <SEP> RO,2NPa <SEP> A% <SEP>
<tb> 20 <SEP> 1350 <SEP> 880 <SEP> 13 <SEP> 1460 <SEP> 1000 <SEP> 15
<tb> 650 <SEP> 1280 <SEP> 810 <SEP> 17 <SEP> 1380 <SEP> 920 <SEP> 11 <SEP>
<tb>
Les micrographies des figures 1A et 1B montrent la présence de phase y' dans les grains et une précipitation de y' également dans les joints de grains mais associée à des précipitations de carbure et plus généralement de toutes les phases secondaires.
On constate également que les grains ont une taille relativement importante, ce que est préjudiciable à une bonne résistance mécanique.
Sur les figures 2A et 2B, on remarque tout d'abord la finesse des grains, car les traitements thermiques à des températures plus basses évitent le grossissement des grains.
La résistance mécanique est augmentée et les joints de grains sont également moins sensibles à la dégradation en température car moins de carbures sont accumulés dans les joints de grains.
Contrairement aux connaissances générales dans le domaine qui proposent de réaliser des "trempées lentes" qui favorisent la précipitation de gros ' et la formation de joints de grains festonnés, il est fait appel à une trempe rapide pour éviter la ségrégation dans les joints de grains.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Perfectionnement au procédé d'élaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin à base de nickel, résistant à chaud, utilisable pour la réalisation de produits forgés ou coulés, notamment pour la réalisation de disques de turbine ou de roues de turbines centripètes, caractérisé en ce que sa composition comprend, en pourcentage en poids,
au plus
- 0,05 % de carbone pour les produits destinés à la fonderie
- 0,02 % de carbone pour les produits destinés à la forge
- 0,001 % de soufre pour les produits destinés à la fonderie et à la forge
- 0,001 % de phosphore pour les produits destinés à la fonderie et à la forge
et au moins
- 0,03 % de Bore pour les produits destinés à la fonderie
- 0,02 % de Bore pour les produits destinés à la forge.
2. Perfectionnement du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport en poids des masses de Bore et de carbone est supérieur à 1,1.
3. Perfectionnement du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le cycle thermomécanique comprend des opérations en dehors de la plage de températures comprise entre 900 C et 1050 C.
4. Perfectionnement du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le vieillissement est réalisé à une température inférieure à 900C.
5. Perfectionnement du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le vieillissement est réalisé entre 650 et 850 C pendant une durée de 1 à 48 heures.
6. Perfectionnement du procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le vieillissement est effectué en au moins deux étapes en commençant par la température la plus basse.
FR9500578A 1995-01-19 1995-01-19 Procede perfectionne d'elaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud Granted FR2729675A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9500578A FR2729675A1 (fr) 1995-01-19 1995-01-19 Procede perfectionne d'elaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9500578A FR2729675A1 (fr) 1995-01-19 1995-01-19 Procede perfectionne d'elaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2729675A1 true FR2729675A1 (fr) 1996-07-26
FR2729675B1 FR2729675B1 (fr) 1997-02-28

Family

ID=9475281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9500578A Granted FR2729675A1 (fr) 1995-01-19 1995-01-19 Procede perfectionne d'elaboration et de traitement thermique d'un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2729675A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2766156A (en) * 1952-07-09 1956-10-09 Int Nickel Co Heat-treatment of nickel-chromiumcobalt alloys
WO1990003450A1 (fr) * 1988-09-26 1990-04-05 General Electric Company Superalliage a base de nickel resistant aux fissures de fatigue
WO1992018659A1 (fr) * 1991-04-15 1992-10-29 United Technologies Corporation Procede de forgeage de superalliages et composition connexe
WO1994013849A1 (fr) * 1992-12-14 1994-06-23 United Technologies Corporation Procede de forgeage de superalliage et composition afferente
US5328659A (en) * 1982-10-15 1994-07-12 United Technologies Corporation Superalloy heat treatment for promoting crack growth resistance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2766156A (en) * 1952-07-09 1956-10-09 Int Nickel Co Heat-treatment of nickel-chromiumcobalt alloys
US5328659A (en) * 1982-10-15 1994-07-12 United Technologies Corporation Superalloy heat treatment for promoting crack growth resistance
WO1990003450A1 (fr) * 1988-09-26 1990-04-05 General Electric Company Superalliage a base de nickel resistant aux fissures de fatigue
WO1992018659A1 (fr) * 1991-04-15 1992-10-29 United Technologies Corporation Procede de forgeage de superalliages et composition connexe
WO1994013849A1 (fr) * 1992-12-14 1994-06-23 United Technologies Corporation Procede de forgeage de superalliage et composition afferente

Also Published As

Publication number Publication date
FR2729675B1 (fr) 1997-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2583140C (fr) Alliage a base de nickel
EP0063511B1 (fr) Superalliage monocristallin à matrice à base de nickel, procédé d&#39;amélioration de pièces en ce superalliage et pièces obtenues par ce procédé
JP4498282B2 (ja) 超合金組成物、物品及び製造方法
EP0237378B1 (fr) Superalliage à matrice à base de nickel notamment élaboré en métallurgie des poudres et disque de turbomachine constitué en cet alliage
JP6165417B2 (ja) 構成要素及び異なる粒子構造を有する領域を有する構成要素を製造する方法
EP0971041B1 (fr) Superalliage monocristallin à base de nickel à haut solvus phase gamma prime
FR2557147A1 (fr) Procede de forgeage de matieres en superalliage a base de nickel de haute resistance, en particulier sous forme moulee
FR2640285A1 (fr) Article et alliage a base de nickel resistant a la croissance des fendillements par fatigue et leur procede de fabrication
US20150354358A1 (en) Post-Peen Grinding of Disk Alloys
FR2557148A1 (fr) Procede pour augmenter la forgeabilite d&#39;un article en superalliage a base de nickel
WO2010023405A2 (fr) Procédé de préparation d&#39;une pièce en superalliage base nickel et pièce ainsi obtenue
JP2009149976A (ja) 三元ニッケル共晶合金
FR2633942A1 (fr) Superalliage a base de nickel resistant aux pendillements par fatigue et son procede de fabrication
CA3081896A1 (fr) Superalliage a base de nickel, aube monocristalline et turbomachine
JP2012250286A (ja) 異なる粒状構造の領域を有する構成部品及びその製造方法
FR2953860A1 (fr) Procede de fabrication de superaillages de nickel de type inconel 718
WO2021116607A1 (fr) Superalliage a base de nickel
JP5104797B2 (ja) Ni基合金の熱処理方法と、Ni基合金部材の再生方法
EP1211335B1 (fr) Superalliage à base de nickel à résistance très élevée à la corrosion à chaud pour aubes monocristallines de turbines industrielles
FR2625255A1 (fr) Ailette ou pale de turbine en superalliage monocristallin
EP0184949B2 (fr) Méthode de régénération de pièces en superalliage base nickel en fin de potentiel de fonctionnement
FR2555204A1 (fr) Superalliage monocristallin a base de nickel, a faible masse volumetrique, pour aubes de turbomachine
FR2729675A1 (fr) Procede perfectionne d&#39;elaboration et de traitement thermique d&#39;un superalliage polycristallin a base de nickel, resistant a chaud
FR2928661A1 (fr) Alliage a base de ni pour rotor de turbine a vapeur et rotor de turbine a vapeur
FR2557146A1 (fr) Traitement thermique avant compression isostatique a chaud de pieces moulees en superalliage