FR3129857A1 - Poudre métallique pour un procédé de fabrication additive sur lit de poudre - Google Patents

Poudre métallique pour un procédé de fabrication additive sur lit de poudre Download PDF

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Abstract

Poudre métallique pour un procédé de fabrication additive sur lit de poudre La présente invention concerne un poudre métallique pour un procédé de fabrication additive, la poudre métallique comprenant un alliage base nickel comprenant entre 0,02% et 0,04% de carbone, entre 18% et 22% de chrome, entre 11% et 13% de cobalt, entre 5% et 5,5% de niobium, entre 3% et 3,5% de tantale, entre 3% et 3,4% molybdène, entre 0,9% et 1,1% de titane, entre 0,4% et 0,6% d’aluminium, entre 0,003% et 0,005% de bore, au maximum 0,5% de fer, au maximum 0,1% de cuivre, au maximum 0,1% de silicium, au maximum 0,05% de manganèse, au maximum 0,01% de phosphore, au maximum 0,01% de zirconium, au maximum 0,004% de magnésium, au maximum 0,003% de soufre, au maximum 0,025% d’oxygène, au maximum 0,018% d’azote et au maximum 0,003% d’hydrogène Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Poudre métallique pour un procédé de fabrication additive sur lit de poudre
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la fabrication additive et plus particulièrement des alliages pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive sur lit de poudre.
ETAT DE LA TECHNIQUE
De nombreux alliages sont connus pour la mise en œuvre de procédés de fabrication additive sur lit de poudre (LBM). Il est précisé que par alliage pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, il est entendu une poudre comprenant un alliage métallique. La poudre étant destinée à être fondue puis solidifiée lors de la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, pour former une pièce.
Actuellement, de nombreuses poudres existent. Néanmoins, la plupart des poudres existantes ne permettent pas d’obtenir – après fusion par un rayon laser – un matériau adapté à un usage dans une turbomachine. Notamment, de nombreuses poudres ne permettent pas d’obtenir un matériau résistant à une température de plus de 650°C. Or, une température de résistance maximale de 650°C est beaucoup trop faible pour un usage dans une turbomachine.
Dans ce contexte, il est nécessaire de fournir une poudre comprenant un alliage métallique pour un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, qui permette d’obtenir un matériau conservant ses caractéristiques de résistance en traction, de fluage et de résistance à l’oxydation et la corrosion, au moins jusqu’à une température de 850°C, voire 1000°C, et qui soit soudable.
Selon un premier aspect, l’invention propose une poudre métallique pour un procédé de fabrication additive, la poudre métallique comprenant un alliage base nickel comprenant entre 0,02% et 0,04% de carbone, entre 18% et 22% de chrome, entre 11% et 13% de cobalt, entre 5% et 5,5% de niobium, entre 3% et 3,5% de tantale, entre 3% et 3,4% molybdène, entre 0,9% et 1,1% de titane, entre 0,4% et 0,6% d’aluminium, entre 0,003% et 0,005% de bore, au maximum 0,5% de fer, au maximum 0,1% de cuivre, au maximum 0,1% de silicium, au maximum 0,05% de manganèse, au maximum 0,01% de phosphore, au maximum 0,01% de zirconium, au maximum 0,004% de magnésium, au maximum 0,003% de soufre, au maximum 0,025% d’oxygène, au maximum 0,018% d’azote et au maximum 0,003% d’hydrogène.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives :
La poudre métallique comprend une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 10% des grains présentent un diamètre compris entre 8µm et 28µm.
La poudre métallique comprend une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 50% des grains présentent un diamètre compris entre 10µm et 45µm.
La poudre métallique comprend une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 90% des grains présentent un diamètre compris entre 25µm et 75µm.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose un procédé de fabrication additive sur lit de poudre par fusion au laser d’une poudre selon le premier aspect, le procédé permettant de fabriquer une pièce dans un matériau obtenu par fusion au laser de ladite poudre.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives :
Le laser émet une faisceau d’une puissance comprise entre 150W et 350W.
Le laser est déplacé à une vitesse comprise entre 900mm/s et 2500mm/s.
Le laser émet un faisceau ayant un diamètre compris entre 50µm et 200µm.
Le laser fusionne la poudre par bande, chaque bande présentant une largeur comprise entre 2mm et 15mm.
Chaque bande fusionnée chevauche au moins une autre bande, sur une largeur comprise entre 0,05mm et 0,15mm.
Le laser fusionne des couches de poudre, chaque couche de poudre fusionnée présente une épaisseur comprise entre 20µm et 60µm.
Le procédé comprend une étape d’amélioration de la structure du matériau obtenu par fusion au laser de ladite poudre, l’étape d’amélioration de la structure du matériau comprenant au moins les phases suivantes :
(b) premier traitement thermique à une température comprise entre 1155°C et 1175°C, pendant environ 3 à 5 heures, suivi d’un refroidissement jusqu’à 595°C en moins de 23 minutes ;
(c) deuxième traitement thermique, comprenant :
- un maintien à une température comprise entre 890°C et 910°C, pendant environ 4 heures, suivi d’un refroidissement jusqu’à 775°C à une vitesse d’au moins 55°C par heure ;
- un maintien à une température comprise entre 765°C et 785°C, pendant environ 4 heures, suivi d’un refroidissement jusqu’à 705°C à une vitesse d’au moins 55°C par heure ;
- un maintien à une température comprise entre 695°C et 715°C, pendant environ 8 heures.
L’étape d’amélioration de la structure du matériau comprend en outre une phase préalable (a) de détensionnement à une température comprise entre 945°C et 965°C, pendant environ 2 heures.
L’étape d’amélioration de la structure du matériau comprend en outre, les phases suivantes :
(d) troisième traitement thermique à une température comprise entre 945°C et 965°C, pendant environ 1 heure, suivi d’un refroidissement jusqu’à 650°C en moins de 23 minutes ;
(e) quatrième traitement thermique, comprenant :
- un maintien à une température comprise entre 750°C et 770°C, pendant environ 5 heures, suivi d’un refroidissement jusqu’à 700°C à une vitesse d’au moins 55°C par heure ;
- un maintien à une température comprise entre 690°C et 710°C, pendant environ 8 heures ;
- un maintien à une température comprise entre 640°C et 660°C, pendant environ 1 heure.

Selon un troisième aspect, l’invention propose un matériau obtenu selon le procédé selon le deuxième aspect, comprenant un l’alliage base nickel comprend entre 0,02% et 0,04% de carbone, entre 18% et 22% de chrome, entre 11% et 13% de cobalt, entre 5% et 5,5% de niobium, entre 3% et 3,5% de tantale, entre 3% et 3,4% de molybdène, entre 0,9% et 1,1% de titane, entre 0,4% et 0,6% d’aluminium, entre 0,003% et 0,005% de bore, au maximum 0,5% de fer, au maximum 0,1% de cuivre, au maximum 0,1% de silicium, au maximum 0,05% de manganèse, au maximum 0,01% de phosphore, au maximum 0,01% de zirconium, au maximum 0,004% de magnésium, au maximum 0,003% de soufre, au maximum 0,027% d’oxygène, au maximum 0,018% d’azote et au maximum 0,003% de l’hydrogène.
Selon un quatrième aspect, l’invention propose une pièce de turbomachine en le matériau selon le troisième aspect.
Selon un cinquième aspect, l’invention propose une turbomachine comprenant au moins une pièce selon la quatrième aspect.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La est un tableau détaillant la composition préférée de la poudre objet de l’invention.
La représente schématique une étape d’amélioration de la structure du matériau d’un mode de réalisation préféré du procédé selon l’invention.
La est un tableau détaillant la composition du matériau préférablement obtenu par le procédé selon l’invention.
La est une photographie du matériau préférablement obtenu par le procédé selon l’invention avant attaque chimique.
La est une photographie selon un premier plan du matériau préférablement obtenu par le procédé selon l’invention.
La est une photographie selon un deuxième plan du matériau préférablement obtenu par le procédé selon l’invention.

Claims (12)

  1. Poudre métallique pour un procédé de fabrication additive, la poudre métallique comprenant un alliage base nickel comprenant entre 0,02% et 0,04% de carbone, entre 18% et 22% de chrome, entre 11% et 13% de cobalt, entre 5% et 5,5% de niobium, entre 3% et 3,5% de tantale, entre 3% et 3,4% molybdène, entre 0,9% et 1,1% de titane, entre 0,4% et 0,6% d’aluminium, entre 0,003% et 0,005% de bore, au maximum 0,5% de fer, au maximum 0,1% de cuivre, au maximum 0,1% de silicium, au maximum 0,05% de manganèse, au maximum 0,01% de phosphore, au maximum 0,01% de zirconium, au maximum 0,004% de magnésium, au maximum 0,003% de soufre, au maximum 0,025% d’oxygène, au maximum 0,018% d’azote et au maximum 0,003% d’hydrogène.
  2. Poudre métallique selon la revendication 1 comprenant une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 10% des grains présentent un diamètre compris entre 8µm et 28µm.
  3. Poudre métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 50% des grains présentent un diamètre compris entre 10µm et 45µm.
  4. Poudre métallique selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 90% des grains présentent un diamètre compris entre 25µm et 75µm.
  5. Procédé de fabrication additive sur lit de poudre par fusion au laser d’une poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, le procédé permettant de fabriquer une pièce dans un matériau obtenu par fusion au laser de ladite poudre.
  6. Procédé selon la revendication 5, le procédé étant caractérisé en ce que :
    - le laser émet une faisceau d’une puissance comprise entre 150W et 350W,
    - le laser est déplacé à une vitesse comprise entre 900mm/s et 2500mm/s,
    - le laser émet un faisceau ayant un diamètre compris entre 50µm et 200µm
    - le laser fusionne la poudre par bande, chaque bande présentant une largeur comprise entre 2mm et 15mm,
    - chaque bande fusionnée chevauche au moins une autre bande, sur une largeur comprise entre 0,05mm et 0,15mm,
    - le laser fusionne des couches de poudre, chaque couche de poudre fusionnée présente une épaisseur comprise entre 20µm et 60µm.
  7. Procédé selon l’une des revendications 5 et 6 comprenant une étape d’amélioration de la structure du matériau obtenu par fusion au laser de ladite poudre, l’étape d’amélioration de la structure du matériau comprenant au moins les phases suivantes :
    (b) premier traitement thermique à une température comprise entre 1155°C et 1175°C, pendant 3 à 5 heures à 20% près, suivi d’un refroidissement jusqu’à 595°C en moins de 23 minutes ;
    (c) deuxième traitement thermique, comprenant :
    - un maintien à une température comprise entre 890°C et 910°C, pendant 4 heures à 10 minutes près, suivi d’un refroidissement jusqu’à 775°C à une vitesse d’au moins 55°C par heure ;
    - un maintien à une température comprise entre 765°C et 785°C, pendant 4 heures à 10 minutes près, suivi d’un refroidissement jusqu’à 705°C à une vitesse d’au moins 55°C par heure ;
    - un maintien à une température comprise entre 695°C et 715°C, pendant 8 heures à 10 minutes près ;
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape d’amélioration de la structure du matériau comprend en outre une phase préalable (a) de détensionnement à une température comprise entre 945°C et 965°C, pendant 2 heures à 20% près ;
  9. Procédé selon l’une des revendications 7 et 8, dans lequel l’étape d’amélioration de la structure du matériau comprend en outre, les phases suivantes :
    (d) troisième traitement thermique à une température comprise entre 945°C et 965°C, pendant 1 heure à 20% près, suivi d’un refroidissement jusqu’à 650°C en moins de 23 minutes ;
    (e) quatrième traitement thermique, comprenant :
    - un maintien à une température comprise entre 750°C et 770°C, pendant 5 heures à 10 minutes près, suivi d’un refroidissement jusqu’à 700°C à une vitesse d’au moins 55°C par heure ;
    - un maintien à une température comprise entre 690°C et 710°C, pendant 8 heures à 10 minutes près ;
    - un maintien à une température comprise entre 640°C et 660°C, pendant 1 heure à 10 minutes près.
  10. Matériau obtenu selon le procédé selon l’une des revendications 6 à 9, comprenant un l’alliage base nickel comprend entre 0,02% et 0,04% de carbone, entre 18% et 22% de chrome, entre 11% et 13% de cobalt, entre 5% et 5,5% de niobium, entre 3% et 3,5% de tantale, entre 3% et 3,4% de molybdène, entre 0,9% et 1,1% de titane, entre 0,4% et 0,6% d’aluminium, entre 0,003% et 0,005% de bore, au maximum 0,5% de fer, au maximum 0,1% de cuivre, au maximum 0,1% de silicium, au maximum 0,05% de manganèse, au maximum 0,01% de phosphore, au maximum 0,01% de zirconium, au maximum 0,004% de magnésium, au maximum 0,003% de soufre, au maximum 0,027% d’oxygène, au maximum 0,018% d’azote et au maximum 0,003% de l’hydrogène.
  11. Pièce de turbomachine en le matériau selon la revendication 10.
  12. Turbomachine comprenant au moins une pièce selon la revendication 11.
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