Brevet FR2213986A1 — publié le 19740809

la présente invention concerne le domaine de la métallurgie des non-ferreux, notamment les alliages à base de titane. L'invention peut trouver de nombreuses applications dans la fabrication des pièces travaillant à des températures élevées, pc exemple dans la fabrication des aubes et des tambours des compreC des turbines modernes à gaz et à vapeur. les alliages à base de titane doués d'un pouvoir réfractaire accru ont tendance à avoir une stabilité thermique, plus réduite, c'est-à-dire qu'ils sont enclins à-devenir plus fragiles aux températures élevées (450 -i 550 C). Un tel phénomène limite la durée de vie de l-'alliage aux températures élevées. On connaît un alliage à base de titane contenant, en poids, 0,25 à 7,5 % d'aluminium, 2 à 23 % d'étain, 0,5 à 20 % de zirconium, 0,25 à 20 % de molybdène et de chrome, 0,5 à 1,5 fo de tungstène, 0,25 à 2 % de silicium et une série d'autres additions possibles (brevet R.F.A. NO-1 082 410, cl. 40b, 15/00, 1960). Toutefois, cet alliage n'est pas, lui non plus, doué d'un pouvoir réfractaire et d'une stabilité thermique suffisamment élevés aux températures de 500 à 5500C. Le but de l'invention est de créer un alliage à base de titane, dont les constituants qui contribueraient à augmenter le pouvoir réfractaire et la stabilité thermique de l'alliage lors de son utilisation à des températures élevées. La solution consiste en un alliage à base de titane, du type contenant de l'aluminium, du zirconium, de l'étain , du molybdène du tungstène, du silicium, du chrome, et caractérisé, selon l'invention, en ce qu'il contient en outre du rhénium, la composition pondérale de l'alliage étant la suivante 6,0 à 7,5 % d'aluminium, 0,5- à 2,0 % de zirconium, 0,5 à 2,0 % d'étain, 1,5 à 2,7% de molybdène, 0,2 à 1,2 % de tungstène, 0,1 à 0,35 % de silicium, 0,2 à 0,5 % de chrome, 0,05 à 0,1 % de rhénium, le reste étant du titane. Grâce à la composition indiquée et à la présence de rhénium, l'alliage à base de titane est doué d'un pouvoir réfractaire et d'une stabilité thermique élevés à la température de 5000C et une durée de vie supérieure à 2000 h. Si les auteurs de l'invention proposent d'ajouter du rhénium à l'a'iiage à base de titane, c'est qu'ils ont découvert que l'addition supplémentaire du rhénium aux pliages de titane assure un accroisseaeft du pouvoir réfractaire de l'alliage et affine oa structure c'est-à-dire qu'il a sur l'alliage un effet inoculant influeiçant favorablement la structure des soudures -réalisées sur les pièces constituées par l'alliage proposé. les résultats des essais effectués montrent qu'il est avantageux d'ajouter le rhénium en proportion pondérales de 0,05 à 0,1 . L'addition d'une plus faible quantité de rhénium reste sans effet l'addition d'une quantité de rhénium supé-ieure à 0,1 % en poids, provoque une diminution de la plasticité (à la température normale) et de la stabilité thermique de l'alliage. Slaluminin-m contenu dans l'alliage proposé augmente sou pouvoir réfractaire. Comme on le sait, l'aluminium stabilise la phase alpha, et les alliages ne contenant que la phase alpha conservent leurs propriétés réfractaires à des températures plus élevées que ceux à phases alpha et bêta. En conséquence, l'alliage à une seule phase est très avantageuse pour la fabrication de pièces destinées à être soudées, car le chauffage et le refroidissement des pièces lors du soudage et lors du traitement thermique qui suit ne les rend pas fragiles. L'étain dans les pourcentages indiqués augmente lui aussi le pouvoir réfractaire de l'alliage de titane sans altérer sa plasticité. L'effet de durcissement maximal résultant de l'addition de zirconium sans accroissement notable du poids spécifique de l'alliage est obtenu lorsque son taux pondéral est de O,5 à 2,0 %. le zirconium et l'étain stabilisent tous deux la phase alpha. Le molybdène stabilise la. phase-bêta. I1 est ajouté à l'alliage pour augmenter l'effet de durcissement û à l'alliage de la solution solide alpha, ainsi que pour créer- une certaine faible quantité de phase bêta, permettant la réalisation du traitement thermique, et accroitre la plasticité technologique. C'est pourquoi la teneur pondérale en molybdène ne doit pas dépasser 2,7 % et ne doit pas être inférieure à 1,5 . Une teneur pondérale en molybdène supérieure à 2,7 % est indésirable, car l'augmentation du pourcentage de phase bêta résiduelle provoque une altération de la résistance de l'alliage au fluage, de sa stabilité thermique et de sa soudabilité. De faibles quantités de chrome (0,2 à 0,5 % en poids), de silicium (0,2 à 0,35 En outre, la stabilité thermique de l'alliage proposé augmente jusqu'à 600 h sa durée de vie à 5000C. L'alliage proposé a un poids spécifique de 4,5 g/cm5. A chaud, il se déforme d'une façon satisfaisante, et est soudable par faisceaux d'électrons et sous argon-fluor. Avec un tel alliage on peut fabriquer des demi-produits par forgeage, filage, laminage et matriçage. D'autres objectifs et avantages de l'invention apparaîtront à la lec ure de la description détaillée suivante de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs. Exemple 1. Un alliage contenant, en poids, 6 % d'aluminium, O,5 % de zirconium, 0,5 % d'étain, 1,5 % de'molybdène, 0,2 % de tungstène, 0,1 % de silicium, 0,2 % de chrome, 0,05 % de rhénium (le reste étant du titane), après double recuit dans les conditions suivante chauffage à 9500C, séjour 1 h, refroidissement à l'air, chauffage 5500C, séjour 6 h; refroidissement à l'air, a les caractéristiques indiquées ci-après Barreau forgé de diamètre d = 12 mm Température, C : Caractéristiques mécaniques 20 500 : Charge de rupture, kg/mm2 : 98 : 82 : Limite élastique, kg/mm2 : 87 : 62 : Allongement, % sur la base de 5d : 15 : 20 : Striction, % : 35 : 56 : Charge de rupture prolongée'(100h), : : : kg/mm2 : : 62 : Résistance au fluage pour une donnée: : de 100 h et une déformation résidu : elle de 0,2 % : - : 32 Après un séjour de 6000 h à 5000C sans contrainte, l'allongement est de 8 % et la striction de 12 %. Exemple 2. Un alliage contenant., en poids, 7,5 % d'aluminium, 2 % de zirconium, 2 % d'étain, 2,7 4 de molybdène, I,2 % de tungstène, 0,5 % de chrome, 0,35 % de silicium, 0,1. % de rhénium, (le reste étant du titane) est soumis à un traitement thermique dans les conditions suivantes : chauffage à 95Q0C, séjour 1 h, refroidissement à l'air, chauffage à 5500C, séjour 6 h.Un barreau forgé de diamètre d ='12 mm confectionné avec cet alliage présente, après ce traitement, les caractéristiques suivantes Température, C : Caractéristiques mécaniques :--------------------------- 20 -: 500 2 : Charge de rupture, kg/mm . 119 : 93 : Limite élastique, kg/mm2 : 110 : 80 : Allongement, % sur la base de 5d : 10 : 15 Striction, % : 30 : 39 : Charge de rupture prolongée (100 h), : kg/mm : - : 72 : Résistance au fluage pour une durée : de 100 h et. une déformation : résiduelle de 0,2 %, : - : 40 Après un séjour de 6000 h à 5000C sans contrainte, l'allongement est de 3 % et la striction de 6 %. Exemple 3. Un alliage contenant, en poids, 6,7 % d'aluminium, 1,6 % de zirconium, 1,9 % d'étain, 2,4 % de molybdène, 0,3 % de chrome, 1,0 % de tungstène, 0,2 % de silicium, 0,05 % de rhénium (le reste étant'du titane) est soumis à un traitement thermique dans les conditions suivantes : chauffage à-950:5, séjour 1 h, refroidisser à l'air, chauffage à 5500C, séjour 6 h, refroidissement à l'air. Les caractéristiques mécaniques d'un barreau forgé de diamètre d = 12 mm confectionné avec cet allisge sont les suivantes : : Température, OC : Caractéristiques mécaniques :----------------------------: 20 : 500 : Charge de rupture, kg/mm2 : 115 : 88 : : Limite élastique, kg/mm2 : 105- : 70 : Allongement, % sur la base de 5d : 12 : 17' : Striction, % . 32 : 45 : Charge de rupture prolongée (100 h), -- : kg/mm : - : 70 : : Résistance au fluage pour une : durée de 100 h et une déformation : résiduelle de 0,2 % : - : 36 Après un séjour de 6000 h à 5000C sans contrainte, l'allongement est de 6 % et la striction de 10 %. Bien entendu, l'invention 'est nullement limitée au 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 équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sontexécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Alliage a base de titane, du type contenant de l'aluminiut du zirconium, de l'étain, du molybdène, du tungstène, au silicium. du chrome,caractérisé en ce qu il contient en outre du rhénium. 2. Alliage suivant la revendication 1, caractérisé par la composition pondérable suivante : 6,0 à 7,5 % d'aluminium, 0,5 à 2,0 % de zirconium, 0,5à 2,0 % d'étain, 1,5 à 2,7 %0 de molybdène, 0,2 à 1,2 % de-tungstène, 0,1 à 0,35 % de silicium, 0,2 à 0,5 % de chrome, 0,05 à 0,1 % de rhénium, le reste étant dt titane.