Brevet FR2607045A1 — publié le 19880527

Le domaine technique de l'invention est celui de la jonction de matériaux métalliques entre eux, plus particu- lièrement d'onbjets en superalliage et encore plus particu- lièrement d'objets en superalliage à grains fins, au moyen du procédé de jonction à phase liquide transitoire. Dans la fabrication d'objets soumis à des températu- res élevées, en particulier de composants de moteurs à tur- bine à gaz, il y a actuellement une fbrte demande de techni- ques permettant de lier des objets entre eux au moyen d'un procédé qui produit un joint à haute résistance. Ce qui est de loin le plus préférable est que le joint de la liaison obtenu soit exempt de défaut et qu'il présente une resistan- ce comparable à celle des objets joints entre eux. Le procédé de jonction à phase liquide transitoire qui est dlécrit dans le brevet 5US-3 67s 57U, concerne ce problème et il permet d'assurer la liaison d'objets entre eux à une temperature constante. En bref on place un feuil- lard de nickel contenant du bore entre les objets à relier et l'ensemble des objets et du feuillard est soumis à une pression et chauffé à une température à laquelle la portion borée (lu feuillard formant la couche intermédiaire fond, alors que les objets à relier ne fondent pas. Lnrsque l'en- setble est maintenu à cette température sensiblement cons- tante pendant une certaine période de temps, le bore diffuse Z5 dclans les parties non fondues de l'ensemble et éventuellement une solidification apparaît à la température élevée lorsque la teneur locale en bore est suffisamment réduit par suite de la diffusion. Cependant des problèmes ont été rencontrés, lors de l'emploi de ce procédé, pour la liaison de maté- riaux à grains fins. On pense que les problèmes ainsi rencontrés sont dus à la diffusion du bore qui est plus rapide dans les maté- riaux à grains fins et dans les matériaux à grains gros- siers. Les matériaux à grains fins ont un volume de frontiè- re des grains notablement plus grand que les matériaux à grains grossiers et le bore a une vitesse de diffusion bien plus grande dans les frontières des grains que dans la par- ties du matériau éloignées des frontières. Les feuillards employés dans le procédé de jonction à phase liquide transitoire sont riches en bore car le bore est un agent d'abaissement du point (le fusion très efficace, et ils sont produits typiquement en faisant diffuser le bore dans la surface du feuillard, par exemple ainsi qu'il est décrit dans le brevet US-3 753 794. La présente invention décrit l'utilisation de feuil- lards multiples dans un procédé de jonction à phase liquide transitoire. En utilisant deux feuillards dont chacun d'eux présente des surfaces borées, on obtient, par chauffage à des températures élevées, une fusion des feuillards assem- blés, ces deux feuillards fondant à l'endroit de leurs par- ties externes qui sont adjacentes aux objets devant être reliés, ainsi qu'à l'endroit de l'interface entre les deux feuillards. En prévoyant une znne riche en bore et par con- séequent une zone liquide dans la partie centrale de l'enser,- ble fes feuillards, la tendance à la formation d'une porosi- té que l'on a rencontré précédemment, est pratiquement éli- mirne. Le prncédé suivant l'invention présente une utilité toute particulière dans la jonction d'objets en superalliage à grains fins flans lesquels la porosité a été antérieurement un problème. On décrira ci-après,à titre d'exemple nnn limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 illustre procédé de jonction à phase liquide transitoire suivant la technique antérieure. La figure 2 illustre le procédé suivant l'invention et elle montre la juxtaposition de deux feuillards borés entre les objets devant être reliés ensemble. La figure 3 illustre les objets assemblés sous l'ac- tion d'une force qui presse les objets l'un contre l'autre. La figure 4 illustre l'ensemble de feuillards multi- pies entre les objets oevant être reliés entre eux, pendant les étapes initiales du procédé, et elle montre les zones o la fusion appara!t. t60?04S La f igure 1 illustre le procédé de jonction à phase liquide transitoire suivant la technique antérieure. Sur la figure I deux objets devant être reliés l'un à l'autre sont représentés avec un feuillard boré unique entre eux. Lors de l'assemblage et du chauffage à la température appropriée une fusion des deux régions riches en bore (adjacentes aux sur- faces devant être reliées) apparait et par la suite la so- lidification des régions fondues a lieu d'une manière iso- thermique ainsi qu'il résulte de la' diffusion du bore dans l les objets en cours d'assemblage. Ainsi qu'il a éte noté précédemment, on a rencontré des problèmes en ce qui con- cerne la porosité qui apparait pendant ce procédé de jonc- tion, en particulier lorsque des objets à grains fins sont reliés l'un à l'autre. Dans le cas de la présente invention, des objets à grains fins sont définis comme étant ceux ayant une dimen- siorn de grain moyenne correspondant c la norrme ASTIi 5 ou plus petite, bien qu'évidemmern l'application du procédé de jonction à phase liquide transitoire à n'autres alliages à 2b base de nickel puisse exiger un certain ajustement de cette l] éfinition. La figure 2 représente la relation drie l'ensetmble suivant l'invention et elle montre l'utilisation de deux feuillarns entre les objets devant être reliés l'un à l'au- tre. Chiaque feuillard présente une surface boree riche en bore, ainsi qu'il est indiqué dans le brevet US-3 753 794. Lorsque les feuillards sont assemblés entre les objets et maintenus ensemble sous une force de jonction, ainsi qu'il est représenté sur la figure 3, on peut voir qu'une zone riche en bore existe dans la partie centrale de l'ensemble. Etant donné que deux surfaces borées sont en contact l'une avec l'autre dans la partie centrale de l'ensemble, la te- neur en bore au centre de l'ensemble est approximativement double de la teneur en bore à l'endroit des jonctions entre les feuillards et les surfaces à assembler. Lors du chauffage à la température appropriée, une fusion apparalt, suivant l'invention, dans trois régions à savoir dans les régions borées immédiatement adjacentes aux surfaces devant être assemblées et dans la région borée de double épaisseur se trouvant au centre de l'ensemble. Avec la technique antérieure on a observé l'apparition d'une porosité immédiatement adjacente aux surfaces des objets en cours de jonction, et l'on pense que cette porosité est liée à la diffusion du bore dans les objets en cours de jonction. Des problèmes de porosité particulièrement sévères ont été rencontrés lors de la jonction d'objets à grains fins et l'on pense que ceci est dO à la diffusion rapide du bore darns les frontières dries grains de tels matériaux. Si on se réfère maintenant à la figure 4, on peut voir que la prévision d'une zone liquide dans la partie centrale nes objets en cours de jonction permet de remplir ou on'éliminer la porosité soit par une infiltration directe de liquide soit par suite du fait que la couche separant les objets en cours de jonction est plus souple et plus spon- gieuse et que d'une manière générale elle se prête mieux au re,,plissage des pores. Dans ce contexte il convient ne noter que, du fait que la couche liquide au centre de l'en- senitle a une epaisseur approximativement double de l'épais- seur des couches liquides imméndiatement adjacentes aux ob- jets en cours de jonction, et que le bore dans la couche liquide centrale ne peut pas diffuser aisément dans les objets en cours de jonction, le dernier liquide à se solidi- fier dans l'ensemble de la figure 4 est celui qui se trouve au centre des objets en cours de jonction et ceci assure additionnellement qu'une porosité minimale est obtenue. L'utilisation de feuillards multiples permet une réduction générale de la teneur totale en bore dans la région nu joint. Tandis que dans le procédé de jonction à couche unique les teneurs en bore vont habituellement d'en- viron 2 à environ 3,5% en poids, dans le procédé à feuil- lards multiples suivant l'invention, les teneurs en bore utilisées drie 1, 5 à 2,5 et de préférence de 1,75 à 2,25% en poids et en fait la prévision d'une teneur en bore plus 2607O45 élevée conduit a une fusion excessive et à une réapparition très probable de la porosité. Les épaisseurs usuelles des feuillards vont d'environ 0,0127mn, à,127mnm. Ainsi, par exemple, lors de la jonctinn d'objets réalisés en matériau IN lO0 (composition nominale 12,4% de Cr, 18,5% de Co, 3,2% de Mo, 4,3% de Ti, 5,0% d'Al, 0,4%de Hf, 1,4yde Cb, 0,02%de B, 0,06% de Zr, reste Ni), ayant une dimension de grain typique de la norme ASTM 8-10, en utilisant une couche intermédiaire ayant une composition nominale de nickel-15% de chrome-X% de bore, lorsqu'on uti- lise une couche unique contenant 2.7% de bore, on observe l'apparition d'une porosité tandis que, lorsque la liaison est réalisée avec des couches multiples ayant une épaisseur de C,1)25 nu C,D5u0n. et contenant de 1,b à 2,27 drie bore, on unLtierit nes joints exempts dJe toute porosité. Le procédé suivant l'invention peut être utilisé rjars un procédé de jonctinn par diffusion rn'alliages à base de nickel pour de nombreuses applications et notamment pour les i.:uteurs à turbine à yaz. 6 26070vam REVENDICATIONS 1.- Procédé de jonction d'objets en superalliage à base de nickel présentant des surfaces concordantes entre lesquelles on dsLre obtentc une lia$son, ce'cLéribé en ce qu'il comporte les étapes consistants à: a. prévoir au moins deux feuillards de liaison entre les surfaces concordantes, chacun de ces feuillards étant à base de nickel et présentant des surfaces riches en bore; b. prévoir des moyens pour solliciter les surfaces concordantes et les feuillarrs intermédiaires les uns contre les autres; c. chauffer la combinaison des objets et des feuil- lards à une température à laquelle les portions riches en bore des feuillards fondent mais les objets à relier entre eux ne fondent pas; dfi. maintenir la combir.aison à cette température pen- dant une période de temps sufiisanrite pour permettre au bore de *iffuser dans les objets devant être reliés l'un à l'au- tre, en élevant ainsi le point de fusion du matériau fondu 2U et en provoquant l'apparition d'une solidification isother- nique, si bien que la région liquide qui se forme entre les feuillarus, fournit une quantité suffisante de matériau pour alimenter et remplir n'importe quels pores qui pourraient sans celà apparaître pendant le procédé si un feuillard unique était utilisé. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'un au moins des objets devant être reliés l'un à l'autre a une dimension de yrain moyenne correspondant à la norme ASTIl 5 ou plus petite. 3.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que trois feuillards sont placés entre les objets devant être reliés l'un à l'autre. 4.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur des feuillards va d'environ 0,0127 à environ 0,127mm. 5.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la teneur totale en bore des feuillards va d'en- viron 1,5 environ 2,5% en poids. 7 2607045 6.- Ensemble de feuillards pour relier des objets à base de nickel caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux feuillards à base de nickel présentant des surfaces riches en bore et qui sont juxtaposés de telle façon que pendant la jonction une région riche en bore soit créee à l'intérieur de l'ensemble des feuillards.