FR3027922A1

FR3027922A1 - Procedes pour transformer des alliages ferritiques nanostructures, et articles fabriques de cette facon

Info

Publication number: FR3027922A1
Application number: FR1559757A
Authority: FR
Inventors: Laura Cerully Dial; Richard Didomizio; Shenyan Huang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2016-05-06
Also published as: JP2016108658A; US20160122840A1; DE102015118873A1; CN105567927A

Abstract

Un procédé pour mettre en forme un article comprenant un alliage ferritique nanostructuré est proposé. Le procédé comporte des étapes pour sensiblement empêcher le grossissement des grains d'une pièce qui comprend un alliage ferritique nanostructuré, pendant un chauffage et un façonnage à des hautes températures et à des grandes vitesses de déformation. L'article est avantageusement mis en forme à l'aide de techniques classiques à grande vitesse de déformation, ce qui permet donc des économies sur les coûts. Sont également proposés des articles mis en forme à l'aide du procédé, et les articles ainsi fabriqués présentent de bonnes propriétés mécaniques à de hautes températures de fonctionnement, et sont donc utilisées comme pièces de turbomachines, et en particulier comme pièce d'une turbine à gaz ou d'une turbine à vapeur à grande puissance. Une pièce de turbomachine comprenant un AFN est proposée.

Description

Procédés pour transformer des alliages ferritiques nanostructurés, et articles fabriqués de cette façon La présente invention concerne les alliages ferritiques nanostructurés (AFN) et, plus particulièrement, des procédés pour transformer ceux-ci à l'aide de procédés de transformation à haute température. L'invention concerne également un article comprenant un alliage ferritique nanostructuré (AFN) et mis en forme à l'aide d'un tel procédé. Les turbines à gaz fonctionnent dans des environnements extrêmes, exposant les pièces des turbines, en particulier celles situées dans la partie chaude des turbines, à de hautes températures et de fortes contraintes de fonctionnement. Pour que les pièces de turbines supportent ces conditions, il faut obligatoirement les fabriquer avec une matière apte à résister à ces conditions difficiles. Autrement dit, une matière servant dans les pièces de turbines limite l'intervalle de température utilisable sans provoquer une forte dégradation des propriétés mécaniques de la matière.

Des superalliages ont été employés dans ces applications exigeantes car ils conservent leur résistance mécanique jusqu'à 90 % de leur température de fusion et ils ont une excellente résistance aux conditions ambiantes. En particulier, des superalliages à base de nickel ont été abondamment utilisés partout dans les moteurs à turbine à gaz, p. ex. dans des applications telles que les aubes mobiles, les distributeurs, les roues, les entretoises, les disques, les corps, les disques aubagés monoblocs et les viroles. Dans certaines applications impliquant des températures plus basses et des contraintes plus faibles, des aciers peuvent être utilisés pour des pièces de turbines. Cependant, l'emploi d'aciers classiques est souvent limité dans les applications à hautes températures et fortes contraintes, car ils ne peuvent pas répondre aux exigences de propriétés mécaniques et/ou de conception requises.

Les alliages ferritiques nanostructurés (AFN) sont une catégorie très récente d'alliages à base de fer qui présentent d'excellentes propriétés de tenue aux hautes températures. Ces alliages sont ordinairement obtenus à partir de particules ou d'agglomérats d'oxydes nanométriques qui précipitent pendant leur consolidation à chaud et subissent ensuite une opération d'alliage mécanique. Ces particules ou agglomérats d'oxydes sont présents aux hautes températures, ce qui assure une microstructure résistance et stable pendant l'utilisation. Un AFN est un alliage relevant de la métallurgie des poudres qui est ordinairement consolidé par compression isostatique à chaud (HIP), puis écroui à chaud pour fabriquer un article voulu. Cependant, transformer un AFN brut d'HIP à une haute température, par exemple supérieure à environ 1040°C (1900°F), conduit à un changement dans sa microstructure finale et aboutit ainsi à la dégradation de ses propriétés mécaniques. Ce changement dans la microstructure aux hautes températures limite (1) l'emploi de ces AFN dans des conditions de température et de contraintes voulues, par exemple dans une turbine à gaz à grande puissance, et (2) l'emploi des techniques de transformation à grande vitesse de déformation qui peuvent être avantageuses d'un point de vue économique pour fabriquer un article. Pour que toute matière présente une utilité optimale dans l'application voulue, par exemple dans des pièces pour turbomachines à grande puissance, il est souhaitable que la matière se prête à une fabrication par mise en forme de l'article voulu que ses propriétés mécaniques n'en souffrent. En outre, il peut être souhaitable de transformer la matière à des températures élevées et à de grandes vitesses de déformation. Dans quelques formes de réalisation est proposé un procédé pour mettre en forme un article comprenant un alliage ferritique nanostructuré. Le procédé comporte la création d'une déformation d'une certaine ampleur d'une pièce à une première température pour mettre en forme une pièce déformée, le chauffage de la pièce déformée à une seconde température et le façonnage de la pièce déformée à la seconde température. La pièce comprend un alliage ferritique nanostructuré. La première température est inférieure à environ 1040°C et la seconde température est au moins d'environ 1040°C. L'ampleur de la déformation créée dans la pièce à la première température est efficace pour sensiblement empêcher le grossissement des grains dans la pièce déformée pendant le chauffage ultérieur et la déformation à la seconde température. Dans quelques formes de réalisation est proposé un article comprenant un alliage ferritique nanostructuré, qui peut être mis en forme par le procédé. L'article peut être une pièce de turbomachine.

Dans quelques formes de réalisation est proposé un procédé pour mettre en forme une pièce de turbomachine comprenant un alliage ferritique nanostructuré. Le procédé comporte la création d'une déformation d'une certaine ampleur d'une pièce à une première température pour mettre en forme une pièce déformée, le chauffage de la pièce déformée à une seconde température et le forgeage de la pièce déformée à la seconde température à une vitesse de déformation d'au moins environ 25,4 mm/25,4 mm/s. La pièce comprend un alliage ferritique nanostructuré. La première température est inférieure à environ 1040°C et la seconde température est supérieure à 1040°C. L'ampleur de la déformation créée dans la pièce à la première température est efficace pour sensiblement empêcher le grossissement des grains dans la pièce déformée pendant le chauffage ultérieur et le forgeage à la seconde température.

L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : -la Figure lA représente une micrographie réalisée sous microscope électronique à balayage (MEB) d'une pièce en AFN "brute de consolidation" ; -la Figure 1B représente une micrographie sous MEB de la pièce en AFN après un chauffage de la pièce à 1095°C (2000°F) pendant 24 h après la consolidation -la Figure 2A représente une micrographie sous MEB d'une pièce en AFN extrudée à 927°C (1700°C) selon quelques formes de réalisation de l'invention ; -la Figure 2B représente une micrographie sous MEB après le chauffage à 1095°C de la pièce en AFN extrudée, selon quelques formes de réalisation de l'invention; et -la Figure 3 représente des courbes de contraintes/déformation pour des pièces en AFN transformées à de grandes vitesses de déformation à 1040°C et 1149°C (1900 et 2100°F), selon quelques formes de réalisation de l'invention. Sauf définition contraire, les termes techniques et scientifiques utilisés ici ont la même acception que celle couramment entendue par un spécialiste de la technique à laquelle appartient la présente invention. Les termes "comportant", "comprenant" et "ayant" sont entendus comme inclusifs et signifient qu'il peut y avoir des éléments supplémentaires autres que les éléments énumérés. Les termes "premier", "second" et autres, tels qu'ils sont employés ici, n'indiquent n'importe quel ordre, quantité ou importance, mais servent plutôt à distinguer un élément d'un autre. Par ailleurs, les articles indéfinis "un" et "une" n'indiquent pas une limitation quantitative, mais indiquent plutôt la présence d'au moins un exemplaire de l'élément cité, et, sauf mention contraire, les termes "avant", "arrière", "bas" et/ou "haut" sont simplement utilisés par commodité dans la description et ne sont limités à aucune position ni orientation dans l'espace. Si des intervalles ou ordres de grandeur sont indiqués, les valeurs extrêmes de tous les intervalles ou ordres de grandeur concernant la pièce ou propriété sont inclusives et combinables indépendamment (p.ex., un ordre de grandeur/intervalle "d'un maximum d'environ 25 % en poids ou, plus spécifiquement, d'environ 5 % en poids à environ 20 % en poids" est inclusif des valeurs extrêmes et de toutes les valeurs intermédiaires des intervalles de "environ 5 % en poids à environ 25 % en poids", etc). L'adverbe "environ" utilisé à propos d'une quantité est inclusif de la valeur indiquée et a la signification imposée par le contexte (p.ex. inclut la marge d'erreur associée à une mesure de la grandeur particulière). Comme examiné en détail ci-après, quelques formes de réalisation de l'invention comprennent un procédé pour transformer un alliage ferritique nanostructuré (AFN), qui permet à l'alliage (AFN) d'être transformé à une haute température, une grande vitesse de déformation ou à la fois à une haute température et une grande vitesse de déformation tout en conservant une microstructure voulue. Quelques formes de réalisation produisent des articles (également appelés "articles mis en forme") fabriqués à l'aide du présent procédé. Dans une forme de réalisation, l'article mis en forme est en alliage ferritique nanostructuré (AFN), l'article étant mis en forme à une haute température, une grande vitesse de déformation ou les deux. L'article mis en forme peut être tout article comprenant d'une manière souhaitable l'AFN et ayant les propriétés conférées à celui-ci par l'AFN.

Un bon exemple de catégorie d'articles susceptibles de bénéficier particulièrement de l'application des principes décrits ici est constitué par les pièces de turbomachines, et en particulier celles soumises à de hautes températures de fonctionnement (par exemple supérieures à 455°C) et de fortes contraintes pendant leur utilisation. Dans certaines formes de réalisation, l'article mis en forme peut avantageusement consister en une pièce de turbine à gaz ou de turbine à vapeur. Les boulons, les goujons, les aubes mobiles, les roues et les entretoises constituent quelques exemples d'articles. Les alliages ferritiques nanostructurés (AFN) sont une catégorie d'alliages qui comportent une matrice d'acier inoxydable renforcée par dispersion par une très grande densité, par d'exemple, d'au moins 10" m-3, de nano-éléments à échelle nanométrique (nm), c'est-à-dire d'environ 1 nanomètre à une centaine de nanomètres, contenant de l'oxyde de titane (TiO) et au moins un autre élément métallique issu de l'oxyde servant à élaborer l'AFN ou la matrice d'alliage. Par exemple, de l'oxyde d'yttrium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde d'hafnium peuvent servir à élaborer les AFN, auquel cas les nano-éléments peuvent comprendre l'yttrium (Y), l'aluminium (Al), le zirconium (Zr), l'hafnium (Hf) ou des combinaisons de ceux-ci. Des métaux de transition tels que le fer (Fe), le chrome (Cr), le molybdène (Mo), le tungstène (W), la manganèse (Mn), le silicium (Si), le niobium (Nb), l'aluminium (Al), le nickel (Ni) ou le tantale (Ta) de la matrice d'alliage peuvent aussi participer à la création des nano- éléments. Dans certaines formes de réalisation, la taille moyenne des nano-éléments est d'environ 1 nanomètre à une cinquantaine de nanomètres. Dans certains cas, la taille moyenne est d'environ 1 nanomètre à une dizaine de nanomètres. La densité de nanoéléments, dans certains cas, est d'au moins environ 1020 m-3 et, dans certains cas, d'au moins environ 1022 m-3. En revanche, les alliages classiques à renforcement par dispersion d'oxyde (RDO) contiennent généralement des phases d'oxydes affinées, mais plus grosses, et l'oxyde de l'additif est stable durant tout le processus relevant de la métallurgie des poudres, c'est-à-dire que si de l'oxyde d'yttrium a été ajouté dans l'alliage de la matrice, l'oxyde d'yttrium doit être présent après l'étape de réalisation d'alliage et il ne doit pas y avoir de formation significative des nano-éléments (NE) décrits plus haut. Dans un AFN, au moins la majeure partie, et dans certains cas sensiblement la totalité de l'oxyde ajouté, se dissout dans la matrice d'alliage pendant l'attrition de la poudre et participe à la formation des nanoéléments précités lorsque la poudre est portée à une certaine température au cours du processus de compactage, par exemple une compression isostatique à chaud (Cc). Comme décrit plus haut, le nouvel oxyde de l'AFN peut comprendre un ou plusieurs métaux de transition présents dans l'alliage de base ainsi que le/les élément(s) métallique(s) de l'apport initial d'oxyde. Dans une forme de réalisation, l'alliage ferritique nanostructuré (AFN) comprend un acier inoxydable ferritique. Dans certaines autres formes de réalisation, un acier inoxydable martensitique, duplex, austénitique ou un acier durci par précipitation est également un alliage potentiel de matrice. La nature de la phase de la matrice de l'acier peut affecter dans une certaine mesure la résistance aux conditions ambiantes et la ductilité de la matière de l'AFN obtenu.

Dans une forme de réalisation, l'AFN contient du chrome. Le chrome peut être important pour assurer la résistance à la corrosion et peut donc être inclus dans l'AFN à raison d'au moins environ 5 pour 100 en poids et, dans certaines formes de réalisation, d'au moins environ 9 pour 100 en poids. Des proportions atteignant environ 30 pour 100 en poids et, dans certains cas, environ 20 pour 100 en poids, peuvent être incluses. Le chrome et le fer, tous deux à la base de l'AFN, sont avantageusement très disponibles et relativement bon marché, en particulier en comparaison des superalliages à base de nickel que les AFN peuvent remplacer dans certaines applications. Dans quelques formes de réalisation, l'AFN contient du molybdène. Une proportion atteignant environ 30 pour 100 en poids, et dans certains cas environ 20 pour 100 en poids peut être incluse.

Dans certains cas, la proportion de molybdène est d'environ 3 pour 100 en poids à environ 10 pour 100 en poids. Dans quelques autres cas, la proportion de molybdène est d'environ 1 pour 100 en poids à environ 5 pour 100 en poids. L'AFN peut en outre contenir du titane. Le titane peut participer à la formation de l'oxyde précipité, et ainsi il est souhaitable que des proportions de titane d'environ 0,1 pour 100 en poids à environ 2 pour 100 en poids, et dans quelques cas d'environ 0,1 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids, et dans certains cas d'environ 0,1 pour 100 en poids à environ 5 pour 100 en poids soient incluses dans l'AFN. La composition du/des nano-élément(s) dépendra, en partie, de l'oxyde utilisé pour élaborer l'AFN et/ou la matrice d'alliage. Ordinairement, les nano-éléments comprennent le titane, l'oxygène et un ou plusieurs élément(s) supplémentaire(s) tels que Y, Zr, Hf, Fe, Cr, Mo, W, Mn, Si, Nb, Al, Ni, Ta ou n'importe quelle combinaison de ceux-ci. Généralement, un AFN décrit ici contient au moins environ 0,1 pour 100 en poids d'oxygène. La quantité d'oxygène présente dans l'alliage détermine en partie le résultat quant au type et à la concentration de nano-éléments présents dans l'alliage. Dans quelques formes de réalisation, la proportion d'oxygène est d'environ 0,1 % à environ 0,5 %, et dans des formes de réalisation particulières l'intervalle est d'environ 0,1 % à environ 0,3 %, tous les pourcentages étant exprimés par rapport au poids total de l'alliage.

Un bon exemple d'AFN utilisable pour mettre en forme l'article contient d'environ 5 pour 100 en poids à environ 30 pour 100 en poids de chrome, d'environ 0,1 pour 100 en poids à environ 2 pour 100 en poids de titane, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 10 pour 100 en poids de molybdène, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 5 pour 100 en poids de tungstène, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 5 pour 100 en poids de manganèse, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 5 pour 100 en poids de silicium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 2 pour 100 en poids de niobium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 2 pour 100 en poids d'aluminium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 8 pour 100 en poids de nickel, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 2 pour 100 en poids de tantale, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,5 pour 100 en poids de carbone, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,5 pour 100 en poids d'azote, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles; et une densité quantitative d'au moins 10" m-3 de nano-éléments comprenant du titane, de l'oxygène et au moins un élément issu de l'oxyde ajouté pendant l'élaboration de l'AFN ou issu de la matrice d'alliage. Dans d'autres formes de réalisation, l'AFN contient d'environ 9 pour 100 en poids à environ 20 pour 100 en poids de chrome, d'environ 0,1 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids de titane, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 10 pour 100 en poids de molybdène, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 4 pour 100 en poids de tungstène, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 2,5 pour 100 en poids de manganèse, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 2,5 pour 100 en poids de silicium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids de niobium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids d'aluminium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 4 pour 100 en poids de nickel, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids de tantale, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,2 pour 100 en poids de carbone, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,2 pour 100 en poids d'azote, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles; l'AFN ayant une densité quantitative d'au moins 1020 m-3 de nano-éléments comprenant du titane, de l'oxygène et au moins un élément issu de l'oxyde ajouté pendant l'élaboration de l'AFN ou issu de la matrice d'alliage. Dans encore d'autres formes de réalisation, l'AFN contient d'environ 9 pour 100 en poids à environ 14 pour 100 en poids de chrome, d'environ 0,1 pour 100 en poids à environ 0,5 pour 100 en poids de titane, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 10 pour 100 en poids de molybdène, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 3 pour 100 en poids de tungstène, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids de manganèse, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 1 pour 100 en poids de silicium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,5 pour 100 en poids de niobium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,5 pour 100 en poids d'aluminium, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 2 pour 100 en poids de nickel, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,5 pour 100 en poids de tantale, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,1 pour 100 en poids de carbone, d'environ 0 pour 100 en poids à environ 0,1 pour 100 en poids d'azote, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles; l'AFN ayant une densité quantitative d'au moins 10" m-3 de nano-éléments comprenant du titane, de l'oxygène et au moins un élément issu de l'oxyde ajouté pendant l'élaboration de l'AFN ou issu de la matrice d'alliage. Ordinairement, comme évoqué plus haut, une transformation directe de l'AFN brut de consolidation à de hautes températures (égales ou supérieures à environ 1040°C) risque de nuire aux propriétés mécaniques de l'alliage. Cela peut être dû, en partie, au grossissement des grains de l'AFN lié à une hausse de la température au-dessus de 980°C (1800°F). En général, une pièce en AFN "brute d'élaboration" ou "brute de consolidation" a une microstructure fine avec une taille moyenne des grains inférieure à environ 2 micromètres. Dans certains cas, la taille moyenne des grains est d'environ 1 micromètre à environ 2 micromètres. Dans cette microstructure fine, le pourcentage de gros grains (des grains mesurant plus d'environ 1 micromètre) peut être petit, par exemple inférieur à environ 5 pour 100 de la totalité des grains de la microstructure. La Figure 1 A et la Figure 1B illustrent l'effet d'une haute température sur la microstructure d'une pièce en AFN. La Figure 1 A est une micrographie réalisée sous microscope électronique à balayage (MEB) d'une pièce "brute de consolidation" (c'est-à-dire sans traitement thermique); et la Figure 1B est une micrographie MEB de la pièce après un chauffage de celle-ci pendant 24 heures à 1090°C (2000°F). La Figure 1B montre clairement un grossissement des grains (c'est-à-dire une hausse du pourcentage de gros grains) dans la pièce en AFN accompagnant la hausse de température. On a observé que le pourcentage de gros grains (grains d'une taille supérieure à environ 1 micromètre, et dans certains cas supérieure à environ 5 micromètres) dans la pièce en AFN après un chauffage de celle-ci à 1090°C est nettement plus grand (environ 4 fois plus grand) que le pourcentage de gros grains dans l'alliage de la pièce à environ 980°C. Après un chauffage de la pièce pendant 24 heures à environ 1090°C, la taille moyenne des grains de la pièce en AFN atteint environ 60 micromètres. Ce grossissement des grains accompagnant la hausse de la température limite la transformation de l'AFN à des hautes températures, à savoir des températures supérieures à environ 1040°C. En outre, transformer des AFN à grains grossissant au moyen d'une technique à grande vitesse de déformation (par exemple par forgeage) risque de faire apparaître des criques et donc d'endommager l'article final. Les inventeurs ont découvert avec surprise que le présent procédé permet la transformation des AFN à des hautes températures (supérieures à environ 1040°C) et/ou à des grandes vitesses de déformation sans dégradation significative des propriétés mécaniques d'un article final à une température de fonctionnement. Une température de fonctionnement, à laquelle sont utilisés ces articles, est généralement inférieure à une température de transformation à laquelle sont transformés les AFN. La possibilité de transformer les AFN à des hautes températures et/ou à des grandes vitesses de déformation permet avantageusement de recourir aux techniques classiques de transformation à grande vitesse de déformation pour fabriquer un article voulu avec l'AFN et de conserver ainsi des coûts de fabrication bas. Selon quelques formes de réalisation de l'invention, le présent procédé comporte des étapes de création d'une déformation d'une certaine ampleur d'une pièce qui comprend un alliage ferritique nanostructuré (AFN) à une première température inférieure à environ 1040°C pour mettre en forme une pièce déformée, de chauffage de la pièce déformée à une seconde température et de façonnage de la pièce déformée à la seconde température. La seconde température est au moins d'environ 1040°C. Dans ces formes de réalisation, la déformation d'une certaine ampleur est d'abord créée dans la pièce en AFN à une température inférieure à 1040°C avant un chauffage et/ou une transformation (à savoir un écrouissage à chaud) de la pièce à une température supérieure. La déformation d'une certaine ampleur créée dans la pièce à la première température est efficace pour sensiblement empêcher le grossissement des grains dans la pièce déformée pendant le chauffage et le façonnage ultérieurs à la seconde température. Cette création d'une déformation dans la pièce à la première température permet le façonnage et/ou le chauffage de la pièce à une température supérieure ultérieure, et la pièce peut ainsi être transformée ou écrouie à chaud à des hautes températures tout en conservant la microstructure afin de procurer les propriétés mécaniques voulues. La pièce peut être fabriquée par consolidation d'une poudre d'un alliage ferritique nanostructuré (AFN) (présentée plus haut) par toute technique connue dans l'art. Dans une forme de réalisation, la pièce est fabriquée par compression isostatique à chaud (CIC). D'autres techniques de compactage comprennent le compactage à chaud, l'extrusion ou le compactage à rouleaux.

Comme évoqué, une déformation d'une certaine ampleur est d'abord créée dans la pièce en AFN à une première température inférieure à environ 1040°C. Autrement dit, la pièce est déformée à la première température. Sans être tenu par aucune théorie, on estime qu'en déformant la pièce à la première température, une déformation plastique conservée interagit avec les nanostructures stables et fige efficacement les limites des grains. Cette immobilisation des limites des grains ne permet pas aux grains de la microstructure fine de la pièce de grossir fortement et limite donc sensiblement le grossissement des grains de la microstructure de la pièce déformée pendant le chauffage et/ou la transformation à une seconde température. La microstructure de la pièce déformée offre l'avantage de ne pas changer notablement lorsqu'elle est chauffée ou à l'occasion d'une hausse de température et d'être préservée ou stabilisée pour tout autre chauffage ou transformation, par exemple une transformation à grande vitesse de déformation à une haute température. Il est souhaitable de n'avoir quasiment pas (< 1 pour 100) de grossissement des grains de la pièce déformée pendant le chauffage ultérieur et/ou la transformation à une température au moins d'environ 1040°C. Cependant, il peut y avoir un grossissement notable des grains de la pièce déformée. Au sens de la présente description, un grossissement notable peut signifier une augmentation atteignant environ 10 pour 100 du pourcentage de gros grains dans la microstructure. Dans quelques formes de réalisation, l'augmentation du pourcentage de gros grains dans la microstructure est d'environ 1 pour 100 à environ 5 pour 100 pendant le chauffage ou la transformation à la seconde température. La Figure 2A et la Figure 2B représentent des micrographies MEB d'une pièce, respectivement après extrusion de la pièce à 927°C (1700°F) et après chauffage de la pièce extrudée pendant environ 24 heures à 1090°C. Aucun changement notable dans la taille des grains de la pièce n'a été observé avec le traitement thermique à la haute température après l'extrusion à 927°C. La stabilité de la microstructure de la pièce déformée peut dépendre spécifiquement de la première température associée à l'ampleur de la déformation créée dans la pièce. Comme évoqué plus haut, l'ampleur de la déformation créée dans la pièce à la première température est efficace pour sensiblement empêcher le grossissement des grains dans la pièce déformée pendant le chauffage et le façonnage à la seconde température. L'efficacité de la déformation créée dans la pièce peut résulter d'une ampleur d'une déformation créée dans la pièce et d'une vitesse à laquelle la déformation est créée dans la pièce. Ainsi, la pièce peut être façonnée à la première température en créant une déformation spécifique à une vitesse de déformation spécifique. La pièce peut être façonnée à l'aide de n'importe quelle technique dont le forgeage, le compactage, l'extrusion et le laminage. Dans certaines formes de réalisation, la pièce est façonnée par extrusion à la première température.

Dans quelques formes de réalisation, une déformation au moins d'environ 40 pour 100 inférieure à 25,4 mm/25,4 mm/s est créée dans la pièce. Dans quelques formes de réalisation, une déformation d'environ 40 pour 100 à environ 70 pour 100 est souhaitable pour empêcher efficacement le grossissement des grains. Dans quelques formes de réalisation, la déformation est créée à une vitesse de déformation d'environ 0,127 mm/25,4 mm/s à environ 22,86 mm/25,4 mm/s. La première température est globalement inférieure à 1040°C. Dans quelques formes de réalisation, la première température est d'environ 870°C (1600°F) à environ 1040°C et, dans quelques formes de réalisation, d'environ 927°C à environ 980°C. La pièce déformée à microstructure stabilisée peut avantageusement être transformée à une haute température (c'est-à-dire une haute température de transformation) et/ou à une grande vitesse de déformation pour mettre en forme un article. Une haute température signifie une température égale ou supérieure à 1040°C. Une grande vitesse de déformation signifie une vitesse de déformation supérieure à environ 25,4 mm/25,4 mm/s. Dans quelques formes de réalisation, la vitesse de déformation est supérieure à environ 127,00 mm/25,4 mm/s et, dans des formes de réalisation particulières, supérieure à environ 254,00 mm/25,4 mm/s. Dans quelques formes de réalisation, après la création d'une déformation d'une certaine ampleur dans la pièce, la pièce déformée peut être d'abord chauffée à la seconde température, puis façonnée à la seconde température. Dans quelques formes de réalisation, la pièce déformée est façonnée à une seconde température qui est au moins d'environ 1040°C. Dans quelques formes de réalisation, la seconde température est d'environ 1065°C (2300°F) à environ 1260°C (2300 °F ), et dans certaines formes de réalisation d'environ 1090°C à environ 1205°C (2200°F). L'étape de déformation à la seconde température peut être exécutée pour former un article à partir de la pièce déformée. L'étape de façonnage peut comprendre un façonnage de la pièce déformée à l'aide d'une technique à grande vitesse de déformation, par exemple le forgeage à grande vitesse de déformation. Dans quelques formes de réalisation, la pièce déformée est façonnée avec une vitesse de déformation d'environ 254,00 mm/25,4 mm/s à environ 762,00 mm/25,4 mm/s. D'autres techniques adéquates peuvent comprendre l'extrusion, le compactage ou le laminage. Dans quelques formes de réalisation, une pièce est d'abord extrudée à la première température, puis transformée par forgeage à la seconde température. Dans quelques formes de réalisation, une pièce de turbomachine telle qu'un boulon peut être fabriquée par le procédé décrit.

Dans quelques formes de réalisation, il est souhaitable de façonner la pièce déformée, par exemple par forgeage à une température supérieure à 1040°C. La transformation d'une pièce déformée à une grande vitesse de déformation à une température basse, par exemple inférieure à 1040°C, peut provoquer l'apparition de criques dans l'article/la pièce finalE en AFN. La Figure 3 représente des courbes de contraintes de fluage pour les échantillons de pièces en AFN qui ont été comprimés à 1040°C et 1149°F. Chacun de ces échantillons a d'abord été extrudé à 927°C, puis comprimé à une vitesse de déformation de 508,00 mm/2,54 mm/s. On a constaté l'apparition de criques dans un échantillon d'abord extrudé à 927°C, puis comprimé à 927°C. Cela a démontré que cette température, environ 927°C, est trop basse pour la réalisation d'une transformation à grande vitesse de déformation. On a en outre constaté l'absence de criques dans les échantillons qui ont été comprimés à 1040°C et 1149°C. Par ailleurs, comme on le voit clairement sur la Figure 3, les contraintes de fluage pour les échantillons conduisent à la fabrication de la pièce.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé comportant : la création d'une déformation d'une certaine ampleur dans une pièce à une première température inférieure à environ 1040°C pour mettre en forme une pièce déformée ; le chauffage de la pièce déformée à une seconde température, la seconde température étant au moins d'environ 1040°C ; et le façonnage de la pièce déformée à la seconde température, la pièce comprenant un alliage ferritique nanostructuré (AFN), et l'ampleur de la déformation créée dans la pièce à la première température étant efficace pour sensiblement empêcher le grossissement des grains dans la pièce déformée pendant le chauffage et le façonnage à la seconde température.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pièce a une granulométrie présentant une taille moyenne des grains inférieure à environ 2 micromètres.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la création d'une déformation d'une certaine ampleur dans la pièce à la première température comprend la création d'une déformation au moins d'environ 40 pour 100.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la création d'une déformation d'une certaine ampleur dans la pièce à la première température comprend le façonnage de la pièce à une vitesse de déformation inférieure à environ 25,4 mm/25,4 mm/s.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première température est d'environ 870°C à 1040°C.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la seconde température est d'environ 1065°C à environ 1260°C.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le façonnage de la pièce déformée comprend le façonnage de la pièce déformée à une vitesse de déformation au moins d'environ 25,4 mm/25,4 mm/s.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le façonnage de la pièce déformée comprend le façonnage de la pièce déformée à une vitesse de déformation d'environ 25,4 mm/25,4 mm/s à environ 762 mm/25,4 mm/s.
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de façonnage est réalisée par compactage, forgeage, extrusion ou laminage.
10. Article mis en forme à l'aide du procédé selon la revendication 1.
11. Article selon la revendication 10, l'article étant une pièce de turbomachine.
12. Procédé pour mettre en forme une pièce de turbomachine, comportant les étapes de : création d'une déformation d'une certaine ampleur dans une pièce à une première température inférieure à 1040°C pour mettre en forme une pièce déformée, la pièce comprenant un alliage ferritique nanostructuré (AFN) ; chauffage de la pièce déformée à une seconde température, la seconde température étant au moins d'environ 1040°C ; et forgeage de la pièce déformée à la seconde température, a une vitesse de déformation au moins d'environ 25,4 mm/25,4 mm/s. l'ampleur de la déformation créée dans la pièce à la première température étant efficace pour sensiblement empêcher le grossissement des grains dans la pièce déformée pendant le chauffage et le forgeage à la seconde température.