Brevet FR2953860A1 — publié le 20110617

La présente invention concerne un procédé de fabrication de superalliages de nickel de type Inconel 718. Le superalliage base Nickel Inconel 718 (NC19FeNb) est couramment utilisé pour la fabrication de pièces dans des applications de pointe, notamment en aéronautique pour des pièces tournantes de turbomachines, des carters, des anneaux. Les caractéristiques mécaniques d'usage de ces pièces dépendent des caractéristiques intrinsèques de l'alliage (composition chimique) de cette pièce mais aussi de la microstructure de la pièce, en particulier de la taille de grain. En effet, la taille de grain gouverne notamment les caractéristiques de fatigue oligocyclique, de résistance à la traction, et de fluage. Une microstructure dont les grains sont fins (par exemple avec une taille de grains comprise sensiblement entre 5 à 20 {gym) permet d'obtenir les meilleures propriétés de fatigue et de traction, tout en garantissant une bonne tenue en fluage. Cette taille de grain fine est obtenue actuellement au moyen de gammes de traitements thermiques et de forgeages de la pièce qui produisent des mécanismes de recristallisation des grains. Cependant, avec les gammes actuelles, on observe fréquemment sur des pièces en superalliage de nickel des zones de grains grossiers (c'est-à-dire des grains dont la taille est bien supérieure à la taille des grains fins). Ces zones sont indésirables car elles sont à l'origine d'une diminution des propriétés mécaniques de ces pièces. Ces zones de grains grossiers apparaissent même lorsque les gammes comprennent des opérations de forgeage en dessous de la température 8-solvus (température de remise en solution des précipités 8), alors que de telles opérations sont réputées sans effet sur la microstructure finale de l'alliage, car elles sont supposées en théorie garantir une absence de croissance des grains. L'invention vise à proposer un procédé de fabrication qui permette 30 de limiter l'apparition de grains grossiers pendant la fabrication de la pièce. Ce but est atteint grâce au fait que la dernière étape de forgeage que subit ledit superalliage de nickel est telle qu'elle s'effectue à une température T inférieure à la température 8-solvus, qu'en tout point M de 35 ce superalliage de nickel le taux de déformation local D, défini par D = Ln(sf)où 8; est la distance initiale entre le point M et un point M' voisin de M et Sf est la distance entre les points M et M' après forgeage, est au moins égal à une valeur minimale Dm, et en ce que ledit superalliage de nickel ne subit pas de traitement thermique à une température supérieure à une température seuil TS égale à 750°C après ladite trempe. Grâce à ces dispositions, les grains grossiers encore présents dans le superalliage sont retransformés en grains fins, et il ne se forme pas de nouveaux grains grossiers au sein du superalliage. Avantageusement le superalliage de nickel subit en outre un revenu directement après la trempe suivant la dernière étape de forgeage. Ainsi, les propriétés de résilience du superalliage sont améliorées tandis que ses autres propriétés mécaniques ne sont pas sensiblement diminuées. L'opération de revenu a lieu à une température suffisamment basse pour qu'il ne se recrée pas de grains grossiers au sein du superalliage. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : û la figure 1 montre schématiquement le procédé de fabrication selon l'invention, la figure 2 montre schématiquement un exemple du procédé de fabrication selon l'invention. On considère dans la présente invention des superalliages de nickel de type Inconel 718. Dans le procédé selon l'invention, on part d'une billette qui a déjà subi des traitements thermomécaniques, destinés à donner à cette billette une structure et une forme conformes aux spécifications. En examinant des superalliages de nickel de l'art antérieur dont la microstructure présente des grains grossiers, les inventeurs ont constatés que ces grains grossiers étaient de deux natures différentes. Ainsi, on distingue d'une part les grains équiaxes grossiers, qui résultent d'un grossissement statique des grains fins, par exemple parce que l'alliage est maintenu à une température supérieure à la température S-solvus. Un tel grossissement peut être évité en effectuant les opérations de forgeage de la gamme de traitement de l'alliage à des températures inférieures à la température S-solvus. De façon inattendue, les inventeurs ont également constaté la présence au sein de l'alliage de grains grossiers "éclatés", dont les contours sont très irréguliers. Il est supposé que ces grains se forment en général à des températures inférieures à la température de b-solvus, et que c'est l'énergie emmagasinée suite à l'écrouissage lors de l'opération de forge précédente, lorsque la déformation est réalisée à des températures inférieures à la température de 8-solvus (par exemple inférieures à 1000°C), qui provoque cet éclatement des grains. Cette énergie emmagasinée est alors "libérée" sous forme d'une migration précoce et non contrôlée des joints de grain, ce qui génère ces grains "éclatés". Selon l'invention, comme représenté en figure 1, on fait en sorte que dans la gamme de forgeage que subit le superalliage, la dernière étape de forgeage (référencée 1 sur la figure 1) s'effectue à une température T inférieure à la température b-solvus, et en outre qu'en tout point M de ce superalliage de nickel le taux de déformation local D est au moins égal à une valeur minimale Dm. Le taux de déformation local D caractérise la déformation locale en un point M d'un matériau. Il est défini par la relation D = Ln( bf \ où ô; est la distance initiale entre ce point M et un point M' voisin de M, et bf est la distance entre les points M et M' après forgeage. La réalisation de cette dernière étape de forgeage à une température T inférieure à la température 8-solvus permet d'éviter la formation de grains équiaxes grossiers. De plus, la condition que le taux de déformation local D est au moins égal à une valeur minimale Dm dans une région du superalliage permet de recristalliser les grains "éclatés" en grains fins dans cette région. Lors de l'étape de forgeage, selon la forme finale donnée à la pièce, certaines régions de cette pièce peuvent subir des déformations plus importantes que d'autres régions. Le fait que la condition ci-dessus sur le taux de déformation local D soit valable en tout point M du superalliage permet de s'assurer que les grains "éclatés" sont recristallisés en grains fins dans tout le volume du superalliage. Par exemple, la valeur minimale Dm est égale à 0,7. Alternativement, la valeur minimale Dm est égale à 0,8 ou 0,9. Après ce forgeage, le superalliage subit une trempe depuis la température de forgeage T jusqu'à température ambiante TA. Avantageusement la trempe est effectuée à une vitesse de l'ordre de 15°C/min, les essais réalisés par les inventeurs ayant démontré que les caractéristiques mécaniques étaient le mieux optimisées à cette vitesse de trempe. De préférence il est effectué une trempe à eau. De plus, après cette trempe suivant cette étape finale de forgeage, le superalliage ne subit pas traitement thermique à une température supérieure à une température seuil TS égale à 750°C. En effet, un traitement thermique à une température supérieure à la température seuil TS est susceptible de créer des grains "éclatés" au sein du superalliage. En particulier, le superalliage ne subit pas de mise en solution car celle-ci a lieu à une température supérieure à la température seuil T. En revanche, le superalliage peut subir directement un revenu (étape référencée 2 sur la figure 1) après la trempe suivant le dernier forgeage. Par exemple, le superalliage est chauffé à une température de 720°C pendant 8 heures, puis refroidit jusqu'à une température de 620°C pendant 8 heures, avant d'être refroidi jusqu'à température ambiante. Cette situation est représentée sur la figure 2. Avant la dernière étape de forgeage selon l'invention, le superalliage peut avoir subi aucun autre, une autre, ou plusieurs autres étapes de forgeage, avec pour chacune, plusieurs, une, ou aucune de ces étapes une température de forgeage supérieure à la température 8-solvus. Avantageusement, toutes les étapes de forgeage précédant la dernière étape de forgeage sont réalisées à des températures inférieures à la température b-solvus. Des simulations numériques ont été réalisées par les inventeurs et montrent que, à l'issue du procédé selon l'invention, la taille des grains est effectivement réduite. Par exemple, à l'issue du procédé selon l'invention, la taille de tous les grains du superalliage est comprise entre 5 et 30 pm. Avantageusement, à l'issue du procédé selon l'invention, la taille de tous les grains du superalliage est comprise entre 5 et 20 pm. Cette taille REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de superalliages de nickel de type Inconel 718 caractérisé en ce que la dernière étape de forgeage que subit ledit superalliage de nickel est telle qu'elle s'effectue à une température T inférieure à la température 8-solvus, qu'en tout point M de ce superalliage de nickel le taux de déformation local D est au moins égal à une valeur minimale Dm, et en ce que ledit superalliage de nickel ne subit pas de traitement thermique à une température supérieure à une température seuil TS égale à 750°C après ladite trempe. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisé en ce que la valeur minimale Dm du taux de déformation local est égale à 0,7. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit superalliage de nickel subit en outre un revenu directement après la trempe suivant ladite étape de forgeage. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que toutes les étapes de forgeage précédant ladite dernière étape de forgeage sont réalisées à des températures inférieures à la température 8-solvus. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, à l'issue dudit procédé, la taille de tous les grains dudit superalliage est comprise entre 5 et 30 pm. 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5 caractérisé en ce que, à l'issue dudit procédé, la taille de tous les grains dudit superalliage est comprise entre 5 et 20 pm.