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 PDFInfo
- 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
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/056—Alloys 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%
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
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.
- 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.
- 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.
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.
- 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.
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.
<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>
<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)
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.
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)
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 |
-
1995
- 1995-01-19 FR FR9500578A patent/FR2729675A1/fr active Granted
Patent Citations (5)
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'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'un article en superalliage a base de nickel | |
WO2010023405A2 (fr) | Procédé de préparation d'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'elaboration et de traitement thermique d'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 |