Brevet FR2695408A1 — publié le 19940311

i "Procédé pour le traitement thermique d'alliages a base de nickel durcissant en phase Y" L'invention concerne un procédé pour le traitement thermique d'alliages à base de nickel dur- cissant en phase Y, procédé dans lequel est effectué un recuit de mise en solution, une étape de refroidis- sement, un durcissement par précipitation et enfin une étape terminale d'usinage. La résistance mécanique élevée et la résis- tance à la chaleur d'alliages à base de nickel durcis- sant en phase y, reposent essentiellement sur une trempe par précipitation qui est obtenu par recuit d'homogéisation au stade solidus ou recuit de mise en solution, une étape de refroidissement et un durcisse-15 ment par précipitation Il se forme alors la phase métastable orthorombique intermétallique Y de composi- tion Ni 3 Nb A côté de l'avantage de la résistance éle- vée à la traction supérieure à 1400 M Pa, ce traitement thermique a l'inconvénient que le matériau a un re-20 trait allant de 0,2 à 1,40/00 et, qu'en conséquence, des pièces constitutives exigeant un respect précis des cotes doivent être reprises à l'usinage La repri- se après l'achèvement du procédé de traitement thermi- que présente l'inconvénient d'une usure élevée des ou-25 tils et d'une faible vitesse de coupe dans le cas d'un usinage par enlèvement de copeaux, du fait du durcis- sement intervenu, supérieur à 40 HRC. Le but de l'invention est d'indiquer un pro- cédé du type mentionné ci-dessus, grâce auquel l'im- portance des vitesses de coupe non économiques et de l'usure élevée de l'outil, est réduite, tandis que la précision de cotes de la pièce constitutive terminée doit être maintenue. Ce but est atteint en ce que, immédiatement après l'étape de refroidissement, s'effectue l'étape terminale d'usinage avec le durcissement par précipi- tation venant ensuite. Cela présente l'avantage que directement après l'étape de refroidissement, en fonction du taux de refroidissement, la pièce constitutive en alliage à base de nickel durcissant en phase Y, a une dureté no- tablement plus réduite qu'après le durcissement par précipitation et qu'ainsi, aussi bien les vitesses de coupe qu'également les durées de vie des outils, peu- vent être augmentées en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. On a pu constater que lorsque le taux de re- froidissement croît, la dureté décroît immédiatement après l'étape de refroidissement En outre, il a été déterminé qu'à chaque taux de refroidissement, peut être associé, non seulement un degré de réduction de dureté déterminé, mais également une cote de retrait fixe que subit la pièce constitutive pendant le dur- cissement par précipitation En conséquence, dans une mise en oeuvre préférée du procédé, l'étape terminale d'usinage s'effectue en tenant compte d'une cote de retrait en fonction du taux de refroidissement pendant l'étape de refroidissement. En tenant compte de la cote de retrait, des cotes terminales précises peuvent être avantageusement obtenues avec le procédé selon l'invention, même avec une étape d'usinage avancée pour des degrés de dureté réduits Pendant le durcissement par précipitation ve- nant ensuite, la dureté élevée supérieure à 40 HRC se rétablit à nouveau. De préférence, le recuit de mise en solution s'effectue à des températures comprises entre 920 et 9800 C Cette étendue étroite de température présente l'avantage qu'il s'établit des conditions de départ invariables pour l'étape de refroidissement venant en- suite. L'étape de refroidissement s'effectue de préférence avec un taux de refroidissement de -5 C/min, à -100 C/min, tandis que la pièce d'oeuvre est refroidie à la température du local pour permettre l'étape d'usinage venant ensuite Cette étendue des taux de refroidissement présente l'avantage que la du- reté peut être réglée entre 85 et 50 % de la trempe de précipitation. Pour l'usinage terminal intercalé, cette étendue du taux de refroidissement prédéfinit une cote de retrait précise de 0,3 à 0,9 /00, de préférence de 0,5 à 0,70/00, qui s'établit lors du processus de dur- cissement par précipitation venant ensuite. Pour le durcissement par précipitation, la pièce d'oeuvre est de préférence chauffée à partir de la température du local ou de la température qui s'é- tablit lors de l'étape d'usinage, à une température de maintien de 700 C à 780 C Ensuite, la pièce d'oeu- vre est maintenue à cette température pendant 1 à 8 heures, puis refroidie avec un taux de -0,5 C/min à -5 C/min à moins de 6500 C Pendant le durcissement, il se forme avantageusement dans les volumes de grains, des précipitations en phase Y qui augmentent la dureté de la pièce d'oeuvre. Le durcissement par précipitation peut éga- lement s'effectuer, de préférence, en deux paliers Il s'effectue pour des températures de la pièce d'oeuvre de 7200 C à 760 C, et ensuite de 6200 à 6500 C Pen- dant le processus de durcissement, s'établit la trempe de précipitation à 100 % supérieure à 40 HRC et simul- tanément, la résistance élevée à la traction supérieu- re à 1400 M Pa. Les exemples suivants décrivent des mises en oeuvre préférées du procédé. EXEMPLE 1 - Un carter de turbine à paroi mince constitué de segments annulaires de 1000 mm de diamètre avec une tolérance de cote inférieure à 0,2 mm, en ce qui con- cerne la cocentricité de diamètre, doit être fabriqué à partir d'un anneau massif d'un alliage à base de nickel durcissant en phase y constitué de 19 % de Cr, 3 % de Mo, 5,1 % de Nb et de Ta, 1 % de Ti, 0,5 % de Al et le reste étant du nickel Comme matériaux de dé- part, sont mis en oeuvre des anneaux de l'alliage à base de nickel Tout d'abord les anneaux sont soumis pendant 3 heures à 9500 C à un recuit de mise en solu- tion et sont ensuite refroidis à la température du lo- cal avec un taux de refroidissement de 600 C/min Il s'établit alors une dureté de 60 % de la trempe de précipitation et les anneaux sont usinés à la cote terminale pour les segments annulaires, en tenant compte d'un retrait de 0,8 /00 La vitesse de coupe est alors deux fois et demie celle du procédé classi- que sans laisser de traces d'usure sur l'outil d'usi- nage Ensuite, les segments annulaires du carter de turbine sont durcis à 740 C pendant 4 heures et en- suite, à 6300 C pendant 6 heures, tandis que s'éta- blissent pour les pièces constitutives, la cote termi- nale et la trempe de précipitation. EXEMPLE 2 - Une ébauche d'un disque de rotor constituée par un alliage de 19 % de Cr, de 3 % de Mo, de 5,1 % de Nb et de Ta, de 1 % de Ti, de 0,5 % de Al, le reste étant du nickel, est tout d'abord soumise à un recuit de mise en solution à 9800 C pendant 2 heures Ensui- te, la pièce d'oeuvre est refroidie à la température du local avec un taux de refroidissement de 200 C par minute Il s'établit alors une dureté de 70 % de la trempe de précipitation En tenant compte d'un re- trait de 0,5 /00, l'ébauche est usinée pour obtenir le disque de rotor à la cote terminale avec une vitesse de coupe double de celle du procédé classique Ensui- te, le disque de rotor terminé d'usinage est chauffé à 7600 C et maintenu pendant 5 heures à cette températu- re, dite température de maintien Ensuite, le disque de rotor est refroidi à 620 C avec un taux de refroi- dissement de 1 C par minute et il est ensuite expo- sé à la température du local. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'objets constitués par un alliage à base de nickel, qui sont trempés par précipitation en phase y, procédé caracté- risé en ce que l'usinage par enlèvement de copeaux s'effectue immédiatement après le refroidissement à partir de la température de recuit de mise en solution et qu'ensuite le durcissement secondaire à chaud s'ef- fectue de façon connue. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le taux de refroidissement après le recuit de mise en solution, est choisi en fonction de la cote de retrait. 3. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le recuit de mise en solution pour un alliage constitué de 19 % de Cr, de 3 % de Mo, de 5,1 % de Nb et de Ta, de 1 % de Ti, de 0,5 % de Ai, le reste étant du nickel, s'ef- fectue à des températures comprises entre 9000 C et 10500 C. 4. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un taux de refroidissement de -5 C/min à 1000 C/min est main- tenu, tandis que la pièce d'oeuvre constituée de 19 % de Cr, de 3 % de Mo, de 5,1 % de Nb et de Ta, de 1 % de Ti, de 0,5 % de Ai, le reste étant du nickel, est refroidie à la température du local. 5. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour le dur- cissement, la pièce d'oeuvre constituée de 19 % de Cr, de 3 % de Mo, de 5,1 % de Nb et Ta, de 1 % de Ti, de 0,5 % de Ai, le reste étant du nickel, est chauffée à partir de la température du local à une température de maintien de 700 e à 7800 C, elle est maintenue de 1 à 8 heures à cette température, et elle est ensuite re- froidie au-dessous de 650 C à un taux de refroidisse- ment de -0,5 C/min à -5 C/min. 6. Proc 6 dé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que le durcisse- ment est r 6 alis 6 en deux paliers pour des températures de la pièce d'oeuvre de 700 C à 780 C et ensuite, de 620 C jusqu'à 650 C. 7. Proc 6 dé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caract 6 risé en ce que lors de l'u- sinage par enlèvement de copeaux, avec une vitesse de coupe de 2 fois à 2,5 fois par rapport à celle du pro- cédé classique, il est tenu compte d'une cote de re- trait de 0,3 /00 à 0,9 /00, de préférence de 0,50/00 à 0,7 /00.