Brevet FR2640286A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne des composés intermétalliques à base d'aluminiure de nickel. Il y a actuellement une recherche constante de matériaux présentant des propriétés améliorées à haute température. De tels matériaux sont largement utilisés par exemple dans des turbomoteurs. Une catégorie de matériaux qui a attiré l'attention depuis quelque temps, sont les composés intermétalliques. Il s'agit de matériaux ayant une gamme de compositions spécifiques étroite et présentant en général une structure ordonnée. Des composés intermétalliques typiques sont Ni3Al, NiAl et TiAl. Les composés intermétalliques sont intéressants parce qu'ils ont une bonne résistance et souvent des points de fusion très élevés. Cependant ils souffrent en général d'une absence de ductilité ou de ténacité en particulier à des températures basses. Bien que de tels matériaux présentent souvent des ductilités notables à des températures supérieures 540 C, à la température ambiante ils ne sont pratiquement pas ductiles et ils ont une ténacité très faible. Ceci signifie que, bien que leurs propriétés à haute température soient attractives pour le concepteur d'un turbomoteur, leur absence de ductilité et de ténacité à basse température rend leur utilisation impraticable à la fois de la fabrication et du montage et du fait qu'un appareil qui fonctionne à des températures élevées, est refroidi périodiquement pour une raison ou une autre et qu'il est donc très susceptible d'une défaillance pendant le fonctionnement initial et pendant l'étape de refroidissement. Un but de l'invention est de fournir un procédé général pour modifier des composés intermétalliques du type NiAl afin de leur donner des propriétés utiles du point de vue ductilité et ténacité. Un autre but de l'invention est de prévoir un élément d'alliage particulier, à savoir le cobalt, qui peut être ajouté à des composés intermétalliques du type NiAl afin d'améliorer leur ténacité et leur ductilité. Suivant l'invention des composés intermétalliques NiAl sont modifiés en ajoutant des quantités suffisantes d'un matériau d'alliage qui rend la structure NiAl susceptible d'une transformation martensitique. L'élément dMlliage préféré est le cobalt. On a trouvé que des additions de cobalt peuvent doubler ou tripler la ténacité de matériaux du type aluminiure de nickel, tout en augmentant simultanément d'une manière appréciable la limite élastique à la température ambiante. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, de la présente invention apparaîtront plus clairement à partir de la description qui va suivre et du dessin annexé. La figure unique du dessin représente une portion du diagramme de phases nickel-cobalt-aluminium illustrant les compositions intéressantes en ce qui concerne la présente invention et illustrant aussi schématiquement l'effèt de la composition sur la température de départ pour la réaction martensitique dans cette famille d'alliages. Sous sa forme la plus large l'invention consiste à développer une extension significative d'une structure martensitique dans des alliages d'aluminium et de nickel du type NiAl. Il est préférable de produire d'environ 20% à environ 100% de martensite. La structure martensitique peut être présente dans l'alliage lors d'un refroidissement à partir de la température de solidification ou bien elle peut être produite dans l'alliage après sa solidification et son refroidissement, par application d'une contrainte ou par un refroidissement additionnel en dessous de la température ambiante. La figure représente une portion du diagramme de phases nickel-cobalt-aluminium et elle illustre la région des compositions suivant la présente invention. Cette région est définie par les points I, II, III et IV dont les compositions respectives sont définies dans le tableau 1 ci-dessous. Tous les pourcentages des compositions sont des pourcentages atomiques à moins qu'il ne soit spécifié autrement. De préférence un pourcentage ato8mique d'au moins 10% de cobalt est présent. TABLEAU 1 Ni Al Co I 61 38 1 II 72 27 1 III 35 25 40 IV 27 35 38 Sur la figure sont également représentées des lignes qui indiquent la température à laquelle la transformation martensitique démarre pour ces matériaux. Tous les matériaux dont la température de départ de la transformation martensitique est supérieure à la température ambiante, se trouvent être transformés en structure martensitique, dans la mesure o la transformation est thermodynamiquement favorable, lors d'un refroidissement à la température ambiante. Naturellement des alliages dont la température de départ de la transformation martensitique est inférieure à la température ambiante, peuvent être refroidis afin de provoquer cette transformation. La transformation martensitique s'effectue sans diffusion et n'exige pas une période de temps étendue à la température. Le tableau 2 ci-dessous donne la liste des compositions de quatre alliages qui illustrent des aspects de la présente invention. Dans ce tableau 2 sont également données une estimation des phases et les quantités de ces phases présentes à la température ambiante. TABLEAU 2 Composition (% atomique) Température de transformation ( C) Structure des phases à la température AlliaQe Ni Co Al B As Af ambiante A 35 35 30 -70 55 80% (NiiCo)(CoAl), B2 % fcc, très probablement ordonnée B 44,75 25 30 0,25 175 210 95% Ni(Al,Co), Martensite Llo éventuellement 5% (Ni,Co) 20A13B6 C 50 21 29 725 745 75% Ni(Al,Co), Martensite Llo % (Ni,Co)3(Al,Co) , Li2 D 55 35 10 35 95 65% (Ni,Co)(Co,Al), B2 % Ni(Al,Co), Martensite Llo % (Ni,Co)3(Al,Co), L12 Nota: As est la température de départ de l'austénitie qui est essentiellement égale à Mf qui est la température de finition de la martensite. Af est la température de finition de l'austénitie qui est essentielle- ment égale à Ms qui est la température de départ de la martensite Ms. L'alliage A contenait les phases indiquées à la température ambiante et ainsi qu'il est illustré il ne contient aucune structure martensitique à la température ambiante. Cependant l'alliage A a été susceptible de former une structure martensitique par suite d'une transformation provoquée par une contrainte pendant un test mécanique. Les alliages B, C et D ne contenaient pas des quantités appréciables de structure martensitique du type Llo. TABLEAU 3 Comparaison de NiAl avec des alliages expérimentaux NiAl-Co Composition (% atomique) Ténacité à la Limite élastique température à la température Alliaqe Ni A1 Co B ambiante Kic(MPa) ambiante (MPa) NiAl 50 50 89 50 25 25 -- 552 A 35 30 35 107 1118 B 77,75 30 25 0,25 66 759 C 50 29 21 151 793 Le tableau 3 donne la liste des alliages A,B, et C et des résultats des essais mécaniques, conjointement avec deux échantillons d'aluminiure de nickel sans cobalt et un autre échantillon d'aluminiure de nickel avec du cobalt mais en dehors de la présente invention. On peut voir que, alors que l'aluminiure de nickel pur et l'autre aluminiure de nickel se trouvant hors du domaine de l'invention, ont présenté des valeurs de ténacité très faibles à la température ambiante, inférieures à 34,5 MPa, et des limites élastiques, à la température ambiante, inférieures à 552 MPa, les alliages qui tombent dans le domaine de l'invention, ont présenté des valeurs de ténacité, à la température ambiante, supérieures à 55 MPa et des limites élastiques, à la température ambiante, supérieures à 690 MPa. Ainsi il est clair que les alliages suivant l'invention tirent leur ténacité et leur limite élastique améliorées de la présence de martensite. L'effet favorable de la martensite sur la ténacité et la ductilité sont connus dans d'autres composés intermétalliques et principalement dans les composés du type NiTi. Cependant la majorité des composés intermétalliques, même lorsque la martensite est présente, ne manifestent pas une amélioration notable en ce qui concerne la ténacité ou la ductilité. REVENDICATIONS 1.- Composition d'aluminiure de nickel, capable de former au moins 20% en volume d'une structure martensitique, caractérisée en ce qu'elle tombe dans la surface définie par les points (I,II,III et IV) du diagramme de la figure du dessin. 2.- Procédé pour augmenter la ductilité et la ténacité à basse température d'un matériau de type NiA1 caractérisé en ce qu'on ajoute de 1 à 40% atomique de cobalt à ce matériau du type NiAl.