Brevet FR2562450A1 — publié le 19851011

La présente invention concerne un procédé pour produire des alliages renforcés par l'introduction, en dispersion, de nitrure de titane, ainsi que les alliages obtenus et les objets et articles réalisés en de tels alliages On sait former mécaniquement des alliages en mélangeant des poudres de métaux et des particules inertes et en soumettant ensuite le mélange à un traitement à haute énergie dans un broyeur à billes, en atmosphère inerte ; voir, par exemple, l'article de P.A Lovett dans "The Metallurgist and Materials Technologist", septembre 1983, pages 443 et 444, et les fascicules des brevets britanniques GB-l 265 343 et GB-1 40, 867. Le fascicule du brevet GB-1 524 502 décrit des alliages ferritiques réfractaires, renforcés par l'introduction d'une dispersion et contenant, notamment, 0,2 à moins de 2 % de titane et une quantité, faible mais efficace, allant jusqu'à moins de 2 %, d'un nitrure de métal réfractaire dispersé, le nitrure de titane étant l'un des nitrures ainsi spécifiés I1 est apparu des renseignements concernant les effets nuisibles, exercés par l'argon entralnéysur les propriétés mécaniques de produits réalisés en des alliages obtenus mécaniquement, lorsque l'argon a servi d'atmosphère dans laquelle a eu lieu le processus d'alliage sous l'effet mEca- nique d'un traitement dans un broyeur à billes, ou bien quand l'argon a été présent dans des traitements subséquents comme une compression isostatique à chaud et une extrusion à chaud Par exemple, la résistance à la rupture d'une éprouvette entaillée a été réduite d'un facteur de 100, dans le cas d'une matière obtenue par un processus mécanique d'alliage, en cas de présence de 60 millionièmes (parties par million) d'argon. L'alliage contaminé par dc l'argon a présenté une pleine densité lorsau'il a été fabriqué par compression isostatique à chauQ.mais il a développé 1,3 à 2,4 % de porosité aFrès un traitement subséquent de mise en solution et de vieillissement, avec l'apparition de pores de 2 à 3 un de diamètre, aux iiit des grains , ce qui a été confirmé par la métallographie.Il existe également des-problemes pour souder et mettre en oeuvre des produits en des alliages obtenus mécaniquement. Ces problèmes, combinés à la diminution des propriétés mécaniques que l'on peut attribuer à de l'argon entrainé, rendent souhaitable d'éviter l'utilisation de l'argon dans le cas de la formation d'alliages par voie mécanique et lors de leur traitement subséquent et de leur mise en oeuvre pour la fabrication d'articles à partir de telles poudres d'alliage. Selon la présente invention, on peut produire des alliages renforcés par l'introduction de nitrure de titane en dispersion, sous forme de poudre, en broyant un mélange comprenant des poudres de métaux et du nitrure de titane pour produire des alliages réalisés par voie mécanique, le broyage étant effectué en atmosphère d'azote ou dans une atmosphère dans laquelle l'azote représente le constituant majeur, les poudres de métaux comportant une quantité, pouvant aller jusqu'S un maximum inférieur à 0,2 % de titane, et le nitrure de titane étant présent en une quantité supérieure à 2 Z Les poudres de métaux peuvent être les-constituants d'aciers inoxydables ou d'alliages à base de nickel La poudre de métal peut comprendre des alliages-mères aussi bien que des métaux élémentaires. Lorsqu'elle n'est pas entièrement constituée d'azote, ladite atmosphère peut être formée d'azote et d'hydrogènes par exemple de l'azote contenant 5 Z d'hydrogène On peut transformer la poudre d'alliage obtenue par voie mécanique en des objets fabriqués, par des techniques connues de métallurgie des poudres, ce qui comprend de la compression isostatique à chaud et 1 'extrusion à chaud En particulier, on peut avantageusement produire de la tubulure convenant pour sa transformation en des récipients pour éléments combustibles et pour composants associés pour réacteurs nucléaires. Dans ce but, des teneurs en nitrure de titane d'environ 2,5 Z sont typiques. Un léger excès de titane élémentaire dans le mélange initial est souhaitable pour garantir une réaction avec tout l'azote éventuellement entraîné pendant un chauffage en vue d'une compression isostatique à chaud ou d'une extrusion à chaud. Sinon, l'azote entraîné risque de provoquer la formation de pores ou de nitrures de chrome, Une formation éventuelle de nitrure de chrome provoque une diminution de la résistance à l'oxydation et augmente peut-être aussi le risque pour l'alliage de présenter un phénomène de sensibi li station Un autre avantage auquel on s'attend se situe dans le cas particulier des alliages pour récipients de combustible dans des réacteurs nucléaires à refroidissement par gaz, Dans un alliage de niobium à 20 Z de Cri25 Z de Ni, des traces de bore incluses dans l'alliage transmutent, par irradiation, en de l'hélium. Celui-ci s'agglomère aux limites des grains, ce qui réduit d'un facteur de 5 la ductilité disponible, Cependant, Si l'on utilise un alliage à 20 Z de Cr/25 Z de Ni renforcé par TiN, et qui n'a pas été produit par obtention de l'alliage par voie mécanique, le bore est associé au dispersant et l'hélium engendré n'influe pas nettement sur la ductilité, Avec un alliage obtenu par voie mécanique avec renforcement par TiN, il est probable que du titane délibérément ajoute exerce un effet semblable de fixation de l'azote entraîné dans le cas ou le bore ne diffuse pas vers le TiN disperse, Une maîtrise de la dimension des grains et/ou de leur allongement (rapport longueur/diamètre) par recristallisation secondaire (courante pour la plupart des alliages renforcés par introduction d'une matière en dispersion) pourrait servir pour certaines applications, Sinon, la structure récupérée, à grains fins, telle que produite ou avec une faible quantité d'écrouissage (jusqu'à 10 %) par travail à froid, donne un produit homogène et stable, On peut, en utilisant la technique d'épuration par fixation pour èiiminer de la porosité due à un gaz ou élément entraî- né, préparer d'autres produits en des alliages obtenus par voie mécanique et renforcés par introduction d'une dispersion, de tels produits présentant une meilleure soudabilité et évitant une dégradation de leurs propriétés mécaniques va va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit cirdessus pour produire des poudres d'alliages renforcés par introduction de nitrure de titane en dispersion, REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire sous forme de poudre des alliages renforcés par du nitrure de titane en dispersion, ce procédé comprenant l'étape consistant à broyer un mélange comprenant des poudres de métaux et du nitrure de titane pour produire de l'alliage réalisé par voie mécanique, procédé caractérisé en ce qu'on effectue le broyage en atmosphère d'azote ou dans une atmosphère dans laquelle l'azote est le constituant majeur, et en ce que les poudres de métaux comprennent une quantité, allant jusqu'à un maximum inférieur à 0,2 %, de titane et en ce que le nitrure de titane est présent en une quantité supérieure à 2 % 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poudres de métaux sont les constituants d'aciers inoxy dables ou d'alliages à base de nickel. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les poudres de métaux comprennent des alliages-mères ainsi que des métaux élémentairesb 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'elle n'est pas entièrement constituée d'azote, ladite atmosphère est formée par de l'azote contenant 5 Z d'hydrogèneb 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, par des procédés métallurgiques connus, on met la poudre d'alliage obtenu par voie mécanique sous forme de récipients et composants associés pour du combustible destiné à des réacteurs nucléaires, 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le nitrure de titane est présent en une quantité d'environ 2,5 % 7. Alliages, et objets réalisés en de tels alliages, caractérisés en ce qu'ils ont été obtenus par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,