Brevet FR2555610A1 — publié le 19850531

ALLIAGES A BASE D'ALUMINIUM PRESENTANT UNE GRANDE STABILITE A CHAUD L'invention concerne des alliages à base d'Al présentant une grande sta- bilité à chaud. On connaît des alliages à base dtAl qui présentent une bonne stabilité à chaud, en particulier ceux décrits dans la demande de brevet français FR 2 190 553 ou le brevet US 4 347 076. Dans la demande française, sont décrits des alliages à base d'Al contenant de 3 à 15 % (en poids) d'élé- ment de transition appartenant au groupe Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Zr, Nb et Mo. Cependant, ceux-ci ne conservent qu'une dureté inférieure à 190 unités Vickers, pour des durées de maintien de 1 semaine à des tem- pératures inférieures ou égales à 400 C. Dans le brevet US 4 347 076 sont décrits des alliages à base d'Al conte- nant de 5 à 16 % (en poids) d'éléments de transition du groupe Fe, Cr, Ni, Co, Mn, V, Ti, Zr, Mo, W et B avec Mn+V+Ti+Zr +Mo+W B tés Vickers après un traitement de 1 h 30 mn à 400 C. L'invention concerne des alliages d'Al dont la stabilité à chaud est no- tablement supérieure. Les alliages selon l'invention contiennent, outre l'Al et les impuretés d'élaboration inévitables, au moins de 5 à 20 % (en poids) de Fe, et plus de 0,05 % Ni et 0,5 % Mo. Il a été trouvé que la somme des teneurs en Ni +Mo ne doit pas excéder 8 %, de manière à ne pas dépasser la capacité de rétention des éléments d'alliages lors d'une solidification rapide (> 104 C/seconde) de l'al- liage. De plus, le rapport % Mo/% Ni doit être supérieur à 0,5 pour obtenir la stabilité à chaud désirée. Cette stabilité est très largement supérieure à celle que pourrait conférer une addition séparée de Ni ou de Mo; ce point sera illustré par des exemples. On peut ajouter à cette composition de base un (ou plusieurs) autre(s) élément(s) réfractaire(s) du groupe Mn, Si, Cr, Ti, Hf, Zr, Nb, V, W, pour une teneur globale inférieure à 5 % en poids. Les alliages de compositions préférentielles comportent individuellement 2- Mo ou en combinaison de 5 à 10 % Fe, un rapport 0,5 neur en Mo > 1%. Ces alliages obtenu:; par solidification rapide (> 104 C/seconde), par tout moyen connu, présentent à l'état brut de solidification soit une structure monophasée (solution solide sursaturée à base d'Al) soit une structure particulière constituée de cette solution solide à base d'Al et d'une fine précipitation de type eutectoide, d'une phase (que.nous appelerons m) d'aspect filiforme dont la largeur, sur coupe microgra- phique, est de l'ordre de 5 à 50 nm. Cette phase p contient au moins 1 % en poids de Ni et 1 % de Mo. Cette phase p microcristalline possède les distances interréticulaires suivantes: 0,38 - 0,203 à 0,211 - 0,147 - 0, 125 - 0,107 nm sa structure étant probablement cubique complexe. La taille des cristal- lites de cette phase p est de l'ordre de I nm ce qui se traduit par l'existence de plusieurs anneaux larges et diffus sur les clichés de diffraction électronique. Cette précipitation est particulièrement stable lors des maintiens à chaud, ce qui explique les propriétés ainsi obtenues. Lors de ces main- tiens, la phase p se décompose progressivement en plaquettes semi- cohérentes (phase p') puis en globules incohérents ayant la structure du composé Al9FeNi. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants et figures suivantes: La figure 1 représente l'évolution de la dureté des alliages après main- tien de 10 mn à diverses températures. La figure 2 représente, au grossissement 31000, la microstructure de l'alliage 8 après maintien de 10 mn à 400 C. La figure 3 représente, au grossissement 31000, la microstructure de l'alliage 4 après maintien de 10 mn à 400 C. EXEMPLES Les alliages dont les compositions pondérales sont reportées au tableau 1, ont été élaborés sous forme de ruban 1 à 5 ma x 20 à 40 pm, par solidi- fication rapide sur une roue de coulée en acier, animée d'une vitesse tangentielle de 45 m/seconde. Ces alliages ont été portés 10 mn à différentes températures, entre 300 et 500 C et les mesures de microdureté Vickers sous 10 g ont été effec- tuées. Les résultats (moyenne de 6 essais) ensont reportés au tableau II et représentés graphiquement sur la figure 1. On peut constater que les alliages 2, 7, 8 qui sont hors du domaine de l'invention présentent une stabilité à chaud médiocre, relativement aux autres alliages conformes à l'invention. De plus, comme le montrent les essais effectués sur l'alliage 7 (et 8), une quantité minimale de nickel (et de Mo) est indispensable pour obtenir les bonnes propriétés de résis- tance à chaud: les compositions préférentielles (4, 5, 6) présentent les caractéristiques à chaud optimales. Le tableau III donne les caractéristiques de résistance à chaud pour des maintiens de plus longue durée des alliages (4 à 6) à 400 C. On remarque que sur les figures 2 et 3, pour une même température de maintien, l'alliage 4 présente une précipitation en plaquettes semi- cohérentes alors que dans l'alliage 8, la précipitation est déjà consti- tuée de globules incohérents de phase type Al FeNi. La stabilité ther- mique de l'alliage 4 est associée à la cinétique de décomposition plus lente observée sur cet alliage. Les alliages selon l'invention pourront être utilisés pour des parties de turbomachines fonctionnant à des températures inférieures à 350 C pendant d'assez longues durées ou fonctionnant à température plus élevée pendant des durées assez courtes (corps de missiles). Ils peuvent également être utilisés sous forme de revêtements sur des substrats de nature différente, et, éventuellement durcis par traitement laser ou bombardement électronique. TABLEAU I Compositions chimiques (% en poids) Alliage % Fe % Mo % Ni % Zr % Hf Reste no 1 7,8 3,30 1,21 - - Ai 2 7,5 0,17 3,17 - - A1 3 7,7 5,80 0,10 - - A1 4 7,5 2,70 1,90 - - A1 7,6 2,00 2,10 2,10 - A1 6 7,5 2,20 2,10 1,00 2,20 A1 7 8,45 6,40 - - - Ai 8 9,0 - 2,00 - - A1 TABLEAU II MicroduretésVickers (moyennes) sous 10 g à l'état brut de solidification et apres maintien de 10 mn à diverses températures (en GPa) Brut de Alliage Brut dei 300 |350 370 400 420 450 470 500 n soficai- ( C) ( C) ( C) (C) C) O( C) ( C) (OC) 25.- - 3,02 - 2,70 2,27 2,18 1,50 1,10 2 3,61 3,20 2,63 2,53 1,80 1,89 1,73 1,58 1,36 3 3,06 2,68 2,72 2,70 2,53 2,36 2,39 1,67 1,39 4 3,37 3,47 3,06 3,00 2,45 2,42 2,39 2,08 1,96 3,04 3,72 3,61 3,69 3,55 3,00 2,79 2,51 2,06 6 3,42 3,69 3,64 3,15 3,32 2,91 2,72 2,37 2,29 7 1,90 - - - - - 1,62 - - 8 4,10 3,20 2,50 2,33 2,09 1,89 1,43 1,45 0,94 255561o TABLEAU III Microduretés Vickers (moyennes) après divers maintiens à 400 C (en GPa) Dur é e Alliage n0i T i I 0 10 mn 1 h 1,5 h* 24 h |100 h j168 h** 4 2,42 2,45 2,50 2,42 2,01 1,38 1,15 3,00 3,55 3,00 2,91 2,22 1,66 1,40 6 2,91 3,32 3,29 3,20 2,67 1,77 1,44 * valeurs interpolées ** valeurs extrapolées (1 semaine) -6- REVENDICATIONS 1 / Alliage à base d'Al contenant au moins les éléments Fe, Ni, MNo, ca- ractérisé en ce que la composition (en poids %) est la suivante: 0,05 Mo > 0,5 Mo + Ni 4 8 Mo / Ni > 0,5 reste Al et impuretés inévitables 2 / Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que 3 / Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que Mo / Ni 4 / Alliage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Mo > 1 5 / Alliage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un (ou plusieurs) élément(s) du groupe Si, Mn, Cr, Ti, Hf, Zr, V, W, Nb pour une teneur globale de ces derniers inférieure à % (en poids). 6 / Alliage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'à l'état brut de solidification, la structure est une solution solide sur- saturée à base d'Al. 7 / Alliage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte à l'état brut de solidification, outre la solution solide, une phase cristalline dont les paramètres sont: 0,38 - 0,203 à 0,211 - 0,147 - 0,125 - 0,107 nm. 8 / Alliage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase cris- talline contient au moins 1 Z en poids de Ni et 1 % en poids de Mo. 9 / Alliage selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'à 7- l'état brut de solidification, la grosseur des grains de la phase cris- talline est de l'ordre de 1 nm. / Alliage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la phase microcristalline forme un réseau filiforme dont la largeur, sur coupe micrographique, est comprise entre 5 à 50 nm. 11 / Procédé d'obtention d'un alliage suivant l'une des revendication 1 à 10, caractérisé en ce que la vitesse de solidification est supérieure à 104 C/seconde.