Brevet FR2116260A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne les procédés de fabrication des ébauches forgées annulaires destinées à travailler sous de fortes charges mécaniques, et peut être appliquée à la fabrication des ébauches forgées annulaires de frettes de rotor pour tur to-alternateurs de grande puissance : 500 MW et au-dessus. On connaît un procédé de fabrication d'ébauches annulaires de frettes de rotor par forgeage libre, dans lequel un lingot est étiré, refoulé, percé et laminé circulairement, puis soumis a un traitement thermique et un écrouissage. Les frettes d'acier fabriquées par ce procédé, quoique douées de bonnes caractéristiques mécaniques dans les conditions normales d'utilisation, sous de fortes charges mécaniques en présence d'une température élevée et d'une humidité accrue, sont assez souvent la cause des pannes des turbo-alternateurs et nécessitent des visites et des remplacements fréquents. Les avantages connus des alliages de titane: grande résistance spécifique, résistance à la corrosion, ont déterminé l'em- ploi de ces alliages dans les constructions aéronautiques et d'autres domaines de l'industrie pour la fabrication de pièces destinées à subir de fortes charges et douées d'une grande résistance à la corrosion et aux températures élevées. On connait des procédés de fabrication d'ébauches de pièces ayant un poids allant jusqu'à 300 kg, par forgeage libre ou formage, dans des outils fermés, de lingot d'alliage de tita ne à structure homogène et hétérogène oi + ss . Il est connu d'appliquer, pour de telles pièces, des régimes de déformation plastique à chaud et de traitement thermique qui assurent l'obtention d'une grande résistance spécifique et d'une haute malléabilité des ébauches forgées en alliages de titane. Notamment, pour les alliages de titane à structure hétérogène i + ss il est recommandé d'exécuter la déformation plastique à chaud des pièces chauffées jusqu'aux températures correspondant à la struc ture o( + .On connaît des paramètres plus précis pour l'usi- nage par déformation à chaud des alliages de titane à structure hétérogène & + , à savoir, le formage du lingot à des températures de 40 à 9O0C plus basses que la température de transformation de l'alliage à structure en alliage à structure > avec un taux de déformation de 40 à 7056. Les régimes connus de déformation plastique à chaud pour la fabrication de pièces en alliages de titane n'assurent pas l'obtention d'une structure uniforme et équiaxiale dans toute la section droite des ébauches de grandes dimensions et de poids élevé, de 500 kg et au-dessus, par exemple dans les ébauches forgées annulaires des frettes pour turbo-alternateurs de grande puissance. On s'est proposé donc de choisir des régimes pour la fabrication d'ébauches forgées annulaires par déformation plastique à chaud, qui assureraient l'obtention d'une structure uniforme et équiaxiale dans toute la section droite des ébauches. la solution, suivant l'invention, consiste en ce que le lingot est soumis à des déformation plastiques multiples dans les directions axiale, radiale et tangentielle, avec un taux de déformation total, dans chacune de ces directions, d'au moins 60% de toute la déformation, lesdites déformations était obténues en changeant successivement la direction de l'effort de déformation, le taux de déformation à chaque opération suivante étant d'au moins 40%.La température de chauffage des ébauches est successivement abaissée, lors de ces opérations, depuis une valeur dépassant de 50 à 800C la température de transformation de la structure ss de l'alliage en structure cN + ss lors de la première opération de forgeage, jusqu'à une valeur de 20 à 700C plus basse que la température de transformation précitée lors de la dernière opération de forgeage, et après achèvement de la déformation plastique on exécute un recuit à des températures inférieures à la température de transformation précitée. La solution proposée assure l'action de charges différemment orientées sur toutes les couches de l'ébauche à l'état le plus plastique du lingot, avec achèvement-du formage dans le domaine des températures de la structure ss + /3 de l'alliage, ce qui permet d'obtenir une structure uniforme et équiaxiale dans toute la section droite de l'ébauche forgée. Il est avantageux, afin de prévenir la fissuration, de réaliser la première opération de forgeage avec déformation du lingot dans la direction radiale. Conformément à l'une des variantes de réalisation de l'invention, les régimes et la séquence des déformations plastiques exécutées par forgeage peuvent être les suivantes:étirage du lingot avec déformation transversale de 30 à 50% à une température dépassant de 50 à 800C la température de transformation de la structure$ de l'alliage en structure# + , refoulage avec déformation de 50 à 70% et perçage à une température dépassant de 30 à 500C la température de transformation indiquée plus haut, étirage de l'ébauche percée avec déformation de 30 à 40%, laminage circulaire avec déformation de 20 à 30% et refoulage avec déformation de 10 à 30%0 à une température dépassant de 20 à 300C la température de transformation indiquée plus haut, puis, après ces opérations, étirage avec déformation relative allant jusqu a et laminage circulaire avec déformation de 40 à 50% à des températures inférieures de 20 à 300C à la température de transformation précitée. Il est avantageux que le recuit des ébauches obtenues soit exécuté dans l'ordre suivant: chauffage de l'ébauche jusqu'à 800-900 C et maintien à cette température pendant au moins une heure, suivi d'un refroidissement complet à l'air, second chauffage jusqu'à une température de 550 à 6500G et maintien à cette température pendant au moins une heure, suivi drun refroidissement complet. Plus bas on décrit des exemples non limitatifs de réalisation du procédé de fabrication d'ébauches forgées annulaires de frettes pour rotors de turbo-alternateurs en alliage à base de titane contenant 6% Ai, 2,5% Mo, 2% Cr, à température de transformation de la structure 3 en structure vX + de 9800C. Exemple 1. Un lingot pesant 1300 kg est chauffé jusqu'à une température de 10500C et étiré par forgeage libre avec déformation de 38% dans la section droite. Ensuite l'ébauche ainsi obtenue est chauffée jusqu'à la température de 100000 et refoulée avec déformation, dans la direction axiale, égale à 62% de toute la déformation, puis elle est percée. t'ébauche percée, chauffée jusqu'à 100000, est placée sur un mandrin et étirée avec une déformation de 360 de l'anneau en hauteur. Après chauffage jusqu'à 100000, 1.1 ébauche est laminée circulairement sur un mandrin avec une déformationde 26% de la paroi en épaisseur. Ensuite, après chauffage jusqu'à 100000, l'ébauche est refoulée avec une déformation de 29% de l'anneau en hauteur.Ceci fait, après chauffage à 100000, l'ébauche est étirée sur un mandrin avec une déformation de 25% de l'anneau en hauteur. Ensuite, après chauffage à 950 C, l'ébauche est laminée circulairement jusqu'aux cotes définitives de formage, avec un taux de déformation de 42% de la paroi en épaisseur. Quand toutes les opérations de forgeage indiquées ci-dessus sont achevées, l'ébauche obtenue est refroidie-à l'air jusqu'à la tempéraute normale d'intérieur. Le recuit est exécuté au régime suivant: chauffage jusqu'à la température de 8000C, maintien à cette température pendant une heure et refroidissement à l'air. Exemple 2. Le lingot de départ pesant 2600 kg est chauffé jusqu'à la température de 104000. A cette température il est refoulé de 53% en hauteur et percé. Ceci fait, l'ébauche percée est chauffée jusqu'à 10200C et placée sur un mandrin. A cette température elle est étirée avec une déformation de 39% en hauteur. Après cette opération et après chauffage jusqu'à 100000, l'ébauche est laminée circulairement avec une déformation de 17% de l'anneau en épaisseur. Ensuite l'ébauche est chauffée jusqu 9800C et refoulée avec une déformation de 30% en hauteur. Après refoulage l'ébauche est chauffée jusqu'à 9500C et étirée à cette température avec une déformation de 30 en hauteur. Le laminage circulaire définitif est exécuté après chauffage jusqu'à 95000 avec une déformation de 40% de l'anneau en épaisseur. Après achèvement des opérations indiquées, l'ébauche est refroidie à l'air et soumiseà un traitement thermique dans l'ordre suivant: l'ébauche est chauffée jusqu'à 8700C, maintenue à cette température pendant une heure, puis refroidie à l'air.Ensuite elle est chauffée jusqu'à la température de 6500C, maintenue à cette température pendant deux heures, puis refroidie à l'air. Les caractéristiques mécaniques des ébauches forgées fabriquées aux régimes indiqués et obtenues sur des éprouvettes découpées dans une direction tangentielle à 200C, ont les valeurs suivantes: Exemple épaisseur Limite Résistance Allongement,Striction Résilience, de paroi, élas- à la trac- C% # % &alpha; mm tique tion @ $ 0.2 kg/mm2 kg/mS kg/cm 1 120 97-102 104-109 12-15 28"42 3-4 2 160 93-101 101-106 9,5-14 28-35 4-4,5 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalente techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, ci celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. R E V E N D I a A T I-O N S 1.- Un procédé de fabrication d'ébauches forgées annulaires à partir de lingots, en alliages à base de titane à structure hétérogène ok + ss , le taux de la phase ss allant jusqu'à 30%, consistant à soumettre le lingot à une déformation plastique à chaud par forgeage libre combiné à un traitement thermique, caractérisé en ce que la déformation est exécutée à plusieurs reprises dans les directions axiale , radiale et tangentielle du lingot, avec un taux de déformation total, dans chacune de ces directions, d'au moins 60 % de toute la déformation, en changeant successivement la direction de l'effort de déformation, la déformation à chaque opération suivante de forgeage étant d'au moins 40 % de toute la déformation et la température de chauffage étant progressivement abaissée d'une valeur dépassant de 50 à 800C la température de transformation de la structure ss de l'alliage en structure o( + ss lors de la première opération de forgeage, jusqu'à une valeur de 20 à 700C plus basse que la température de transformation précitée lors de la dernière opération de forgeage, et après achèvement de la déformation plastique on exécute un recuit à des températures inférieures à ladite température de transformation. 2.- Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première des opérations de forgeage est exécutéeavec déformation du lingot dans la direction radiale. 3.- Un procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la déformation plastique est exécutée, au cours des opérations de forgeage, suivant la séquence opératoire et les régimes suivants : étirage du lingot avec une déformation transversale de 30 à 50 % de toute la déformation, à une température dépassant de 50 à 800C la température de transformation de la structure ss de l'alliage en structure ck + ss ; refoulage avec une déformation de 50 à 70 % et pergage à une température dépassant de 30 à 500C la température de transformation précitée; étirage de l'ébauche percée avec une déformation de 30 à 40 %; laminage circulaire avec une déformation de 20 à 30 % et refoulage avec une déformation de 10 à 30 %, à une température dépassant de 20 à 300C la température de transformation précitée; après ces opérations de l-'ébauche est étirée avec une déformation relative allant jusqu'à 30 % et laminée circulairement avec une déformation de 40 à 50 % à des températures de 20 à 300C plus basses que ladite température de transformation. 4.- Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le recuit est exécuté par chauffage de l'ébauche jusqu'à 800-9000C, avec maintien à cette température pendant au moins une heure, suivi d'un refroidissement complet à l'air, puis par un second chauffage jusqu'à une température de 550 à 6500C, avec maintien à cette température pendant au moins une heure, suivi d'un refroidissement complet. 5.- tes ébauches, en particulier les ébauches de frettes, et les frettes de rotor pour turbo-alternateur, caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 4.