Brevet FR3074190A1 — publié le 20190531

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des alliages légers pour les turbomachines, et plus particulièrement les alliages à base d'aluminium. Les équipements des turbomachines en alliages légers à base d'aluminium, et plus particulièrement les turbomachines pour aéronef, sont soumis à des températures de plus en plus élevées (typiquement entre 200°C et 300°C) sous sollicitations mécaniques de fatigue. Cela est par typiquement le cas pour les carters d'huile, la 10 température de l'huile tendant à augmenter dans les dernières générations de turbomachines, ou bien pour les aubes du redresseur secondaire (également appelé OGV, pour « Outlet Guide Vane » selon la terminologie anglo-saxonne). Les exigences de durée de vie pour les équipements de 15 turbomachines augmentent, particulièrement pour les turbomachines d'aéronef pour lesquels les durées de vie doivent être supérieures à 90000 heures de vol. Or, les alliages à base d'aluminium utilisés actuellement ne permettent pas d'obtenir des caractéristiques mécaniques élevées après 20 vieillissement à des températures comprises entre 200°C et 300°C. En effet, à de telles températures, les alliages connus subissent en général un abattement conséquent, c'est à dire une forte réduction, de leurs caractéristiques mécaniques après 10000 heures de fonctionnement. Un abattement des caractéristiques mécaniques des alliages à 25 base d'aluminium entraîne un surdimensionnement des pièces afin de respecter la contrainte de durée de vie des équipements. L'abattement des caractéristiques mécaniques des alliages actuels est lié à l'instabilité de la microstructure de l'alliage. Une telle instabilité de la microstructure de l'alliage se traduit en 30 particulier par le grossissement de la taille des grains et le grossissement des précipités obtenus à l'issu des traitements thermiques réalisés pour la fabrication du matériau. En effet, dans les alliages à base d'aluminium classiques, des précipités, ou phases, apparaissent après mise en solution de l'alliage, 35 trempe et revenu. 2 Ces précipités, durcissent la matrice de l'alliage en fonction des durées et des températures des traitements thermiques réalisés, le temps et la température influant directement sur la taille de ces précipités. Les alliages connus possèdent des précipités qui croissent trop 5 rapidement lors d'un vieillissement avec une température comprise entre 200°C et 300°C, provoquant un abattement des caractéristiques mécaniques de ces alliages. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un alliage à base d'aluminium comprenant en pourcentages massiques : 9 à 16% de titane, 2 à 6% de fer, 0,2 à 1,5% de chrome, - 0,2 à 2,5% de vanadium, - 0,2 à 1,5% de nickel, - 0,2 à 1% de zirconium, 0,2 à 1% de cérium, 0,05 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. On définit par alliage à base d'aluminium un alliage dont le pourcentage massique en aluminium est majoritaire. On définit les impuretés inévitables comme les éléments qui ne 25 sont pas ajoutés de manière intentionnelle dans la composition et qui sont apportés avec d'autres éléments. Parmi les impuretés inévitables, on peut notamment citer le silicium (Si) et le carbone (C). L'alliage selon l'invention possède une meilleure tenue à la fatigue sous des températures comprises entre 200°C et 300°C. 30 Notamment, l'alliage selon l'invention possède une taille des grains qui est plus stable grâce à un mécanisme de blocage des joints de grains. Ce mécanisme de blocage des joints de grains est notamment obtenu par des précipités dispersés uniformément dans l'alliage qui sont 35 plus fins et plus stables dans le temps lors d'une exposition en température. 3 Cet alliage léger à base d'aluminium est destiné à la fabrication d'équipements de turbomachines, tels que des carters d'huile ou des aubes de redresseur de compresseur basse pression (OGV). L'alliage peut comprendre, en pourcentages massiques, 9 à 5 15% de titane, 3 à 5,5% de fer, 0,8 à 1,5% de chrome, 0,2 à 2,5% de vanadium, 0,5-à 1,2% de nickel, 0,2 à 0,4% de zirconium, 0,5 à 1% de cérium, 0,15% à 0,5cY0 de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. L'alliage peut comprendre, en pourcentages massiques, 9 à 10 14°k de titane, 3 à 5,5% de fer, 0,8 à 1,3% de chrome, 0,2 à 2,5% de vanadium, 0,5 à 1% de nickel, 0,2 à 0,4% de zirconium, 0,5 à 1% de cérium, 0,2 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. L'alliage peut comprendre, en pourcentages massiques, 10 à 14% de titane, 3 à 5,5% de fer, 0,8 à 15 1,2% de chrome, 0,5 à 2,5% de vanadium, 0,5 à 0,9% de nickel, 0,2 à 0,4% de zirconium, 0,5 à 1% de cérium, 0,2 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. L'alliage peut comprendre, en pourcentages massiques, 10 à 13% de titane, 3 à 5% de fer, 0,8 à 1% de chrome, 0,5 à 2,5% de 20 vanadium, 0,5 à 0,9% de nickel, 0,2 à 0,4% de zirconium, 0,5 à 1% de cérium, 0,2 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. L'alliage peut comprendre, en pourcentages massiques, 10 à 13% de titane, 3 à 5% de fer, 0,8 à 1,2% de chrome, 0,5 à 2,5% de vanadium, 0,7 à 0,9% de nickel, 0,2 à 0,4% de zirconium, 0,5 à 0,9% de cérium, 0,2 à 0,4% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. L'alliage peut _comprendre, en pourcentages massiques, 11 à 13% de titane, 4 à 4,5% de fer, 0,8 à 1,2% de chrome, 0,5 à 1,5% de vanadium, 0,7 à 0,9% de nickel, 0,2 à 0,4% de zirconium, 0,5 à 0,9% de cérium, 0,2 à 0,3% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. Selon un aspect additionnel, l'invention concerne une pièce d'une turbomachine en un alliage à base d'aluminium selon l'une 35 quelconque des caractéristiques précédentes, ladite pièce étant de préférence une pièce structurale de la turbomachine. Par pièce structurale 4 on étend ici une pièce qui supporte des charges mécaniques. Les charges mécaniques peuvent être des charges statiques, comme cela est par exemple le cas pour ces pièces de liaison mécanique de la turbomachine, comme par exemple des entretoises des aubes fixes de guidage de sortie 5 de soufflante (ou OGV). Les charges peuvent également être des efforts dynamiques, comme cela peut par exemple être le cas d'éléments tournant de la turbomachine qui doivent supporter des efforts centrifuges. La peut également être une pièce qui n'est pas structurale. Selon un autre aspect, 'Invention concerne un procédé de 10 fabrication d'une pièce d'une turbomachine en alliage à base d'aluminium selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comprenant une étape de solidification de l'alliage dans laquelle l'alliage passe de l'état liquide à l'état solide avec une vitesse de refroidissement supérieure ou égale à 104 °C/s. 15 Selon une caractéristique additionnelle, la pièce est réalisée par fabrication additive par fusion laser d'une poudre de l'alliage. Selon une caractéristique supplémentaire, le procédé comprend les étapes suivantes : - fabrication d'une poudre à partir de l'alliage obtenu après l'étape de 20 solidification ; - frittage de la poudre ainsi fabriquée pour obtenir la pièce. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 représente schématiquement les étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce de turbomachine selon 'invention; 30 - la figure 2 représente schématiquement les étapes d'une variante du procédé de fabrication dans laquelle la pièce est obtenue par frittage. 5 L'alliage selon l'invention comprend une base d'aluminium et de titane, à laquelle sont associés cinq métaux de transition que sont le fer, le chrome, le vanadium, le nickel et le zirconium. De plus, l'alliage comprend deux terres rares que sont le cérium 5 et le lanthane. L'alliage comprend 9 à 16% de titane, 2 à 6% de fer, 0,2 à 1,5 % de chrome, 0,2 à 2,5% de vanadium, 0,2 à 1,5% de nickel, 0,2 à 1% de zirconium, 0,2 à 1% de cérium, 0,05 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des éventuelles impuretés, 10 comme par exemple le silicium. Une telle composition d'alliage permet d'assurer une meilleure tenue au vieillissement à des températures_ comprises entre 200°C et 300°C. En effet, la Demanderesse s'est aperçue que les relations 15 massiques : 3,8% REVENDICATIONS1. Alliage à base d'aluminium comprenant en pourcentages massiques : - 9 à 16% de titane, 2 à 6% de fer, - 0,2 à 1,5% de chrome, - 0,2 à 2,5% de vanadium, 0,2 à 1,5% de nickel, 0,2 à 1% de zirconium, 0,2 à 1% de cérium, - 0,05 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. 2. Alliage selon la revendication 1 comprenant en pourcentages massiques : - 9 à 15% de titane, - 3 à 5,5% de fer, - 0,8 à 1,5% de chrome, - 0,2 à 2,5% de vanadium, - 0,5 à 1,2% de nickel, - 0,2 à 0,4% de zirconium, - 0,5 à 1% de cérium, 0,15% à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. 3. Alliage selon la revendication 2 comprenant en pourcentages massiques : 9 à 14% de titane, 3 à 5,5% de fer, 0,8 à 1,3% de chrome, - 0,2 à 2,5% de vanadium, - 0,5 à 1% de nickel, - 0,2 à 0,4% de zirconium, - 0,5 à 1% de cérium, - 0,2 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. 11 4. Alliage selon la revendication 3 comprenant en pourcentages massiques : - 10 à 14% de titane, 5 - 3 à 5,5% de fer, 0,8 à 1,2% de chrome, - 0,5 à 2,5% de vanadium, 0,5 à 0,9% de nickel, - 0,2 à 0,4% de zirconium, 10 - 0,5 à 1% de cérium, 0,2 à 0,5% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. 5. Alliage selon la revendication 4 comprenant en pourcentages 15 massiques : - 10 à 13% de titane, - 3 à 5% de fer, - 0,8 à 1,2% de chrome, - 0,5 à 2,5% de vanadium, 20 - 0,7 à 0,9% de nickel, - 0,2 à 0,4% de zirconium, - 0,5 à 0,9% de cérium, 0,2 à 0,4% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. 25 5 comprenant en pourcentages 6. Alliage selon la revendication massiques : - 11 à 13% de titane, - 4 à 4,5% de fer, 30 - 0,8 à 1,2% de chrome, 0,5 à 1,5% de vanadium, - 0,7 à 0,9% de nickel, - 0,2 à 0,4% de zirconium, - 0,5 à 0,9% de cérium, 35 0,2 à 0,3% de lanthane, le complément étant constitué d'aluminium et des impuretés inévitables. 12 7. Procédé de fabrication d'une pièce d'une turbomachine en alliage à base d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une étape de solidification de l'alliage dans laquelle l'alliage passe de l'état liquide à l'état solide avec une vitesse de refroidissement 5 supérieure ou égale à 104 °C/s. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la pièce est réalisée par fabrication additive par fusion laser d'une poudre de l'alliage. 10 9. Procédé selon la revendication 7, comprenant les étapes suivantes : - fabrication d'une poudre à partir de l'alliage obtenu à l'étape de solidification ; - frittage de la poudre ainsi fabriquée pour obtenir la pièce. 15