Brevet FR3085967A1 — publié le 20200320

La présente invention concerne le domaine des superalliages à base de nickel pour application haute température, en particulier adaptés à la fabrication de pièces par fabrication additive, destinés par exemple aux turbines des moteurs d'avion, aux turbines à gaz et / ou aux turbines de l'industrie marine. Les superalliages à base de nickel sont les matériaux les plus performants utilisés aujourd'hui pour la fabrication des parties chaudes des turboréacteurs aéronautiques car leurs compositions leur procurent une grande résistance mécanique à haute température. Les deux principales caractéristiques demandées jusqu'à maintenant à ces alliages, pour ces applications spécifiques sont donc une bonne résistance au fluage à des températures pouvant aller jusqu'à 1050° C - 1100°C et une très bonne tenue à la corrosion à chaud. Un de ces superalliages est par exemple décrit par le brevet US3459545 comme ayant la composition suivante en % en poids : 15-18 Cr, 8-11 Co, 0,75-2,2 Mo, 1,8-3 W, 3-4 Al, 3-4 Ti, 0,5-2 Nb, 1-3 Ta, 0,1-0,2 C, 0,01-0,05 B, 0,01-0,2 Zr, solde Ni et les impuretés inévitables. De tous les superalliages décrits dans ce brevet, seul, l'alliage connu sous la désignation Inconel® 738 LC (IN738LC) a été commercialisé pour l'application pièces de turboréacteur. Il s'agit de l'alliage de référence le plus couramment utilisé dans ce domaine, en particulier pour la fabrication de pièces telles que les redresseurs de flux. Ce superalliage a ainsi la composition suivante en % en poids: 15,7-16,3 Cr, 8-9 Co, 1,5-2 Mo, 2,4-2,8 W, 3,2-3,7 Al, 3,2-3,7 Ti, 0,6-1,1 Nb, 1,5-2 Ta, 0,09-0,13 C, 0,007-0,012 B, 0,03-0,08 Zr, max 0,3 Si, solde Ni et les impuretés inévitables. 2 Les objectifs ambitieux fixés pour les turbines à gaz aéronautiques, en termes d'augmentation de rendement et de diminution de consommation spécifique, ont une forte influence sur la conception des moteurs et tendent à augmenter sans cesse les températures et les contraintes 5 d'emploi des différents matériaux, en particulier celles des superalliages à base de nickel. Cela implique de développer de nouveaux designs pour les parties chaudes des moteurs pour lesquels les procédés de fabrication additive sont particulièrement indiqués. Les superalliages à base de nickel sont des matériaux à matrice base 10 nickel austénitique y (cubique à faces centrées, donc plutôt ductile) renforcée par des précipités durcissant y' (de structure L12) cohérente avec la matrice, c'est-à-dire ayant une maille atomique très proche de celle-ci. Afin d'obtenir de meilleures performances pour ces superalliages, il est intéressant de renforcer leurs teneurs en phase y' aux températures 15 d'emploi. Toutefois de tels superalliages ont tendance à développer des microfissures et/ou macro fissures, en particulier au cours de l'étape de fabrication additive ou lors des étapes de traitement thermique ultérieures. 20 La demande W02015/096980A1 décrit une composition de superalliage à base de nickel à forte teneur en phase durcissante y' dont la teneur en Zr et/ou Si a été abaissée (0,004 -SZr REVENDICATIONS1. Superalliage à base de nickel à forte teneur en phase y destiné à la fabrication de pièces par fabrication additive suivie d'un traitement thermique, caractérisé en ce que sa composition comprend, avantageusement est constitué essentiellement de, en pourcentages en poids de la composition totale: Chrome : 15,5 - 16,5 Cobalt : 7,7 - 11, avantageusement 7,7 - 9 ; du molybdène et du tungstène telle que la teneur en molybdène + tungstène = 5,5 - 7,5, avantageusement 6,2 - 7,5 ; Aluminium : 2,9 - 4,3, avantageusement 3 - 4; Titane : 2,6 - 3,2, avantageusement 2,6 - 3,1 ; Tantale : 1,5 - 2,2 ; Niobium : 0,3 - 1,1, avantageusement 0,3- 0,5 ; Carbone : 0,01 - 0,13, avantageusement 0,01 - 0,07 ; Bore : 0,0005 - 0,015; Zirconium : 2. Superalliage à base de nickel selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition comprend, avantageusement en ce qu'elle est constituée essentiellement de, en pourcentages en poids de la composition totale: Chrome : 15,5 - 16,5 28 Cobalt : 7,7 - 9 ; du molybdène et du tungstène telle que la teneur en molybdène + tungstène = 6,2 - 7,5 ; Aluminium : 3 - 4 ; 5 Titane : 2,6 - 3,1 ; Tantale : 1,5 - 2,2 ; Niobium : 0,3 - 0,5 ; Carbone : 0,01 - 0,07; Bore : 0,0005 - 0,005 ; 10 Zirconium : 0,009 ; Hafnium : 0,0001 - 0,2 ; Silicium : 0,03 ; Nickel : solde ainsi que les impuretés inévitables. 15 3. Superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que sa teneur en molybdène est de 2,5 - 3,5 avantageusement 2,7 - 3,5, en pourcentages en poids de la composition totale. 4. Superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sa teneur en tungstène est de 3 - 4 avantageusement 3,5 - 4, en pourcentages en poids de la composition totale. 5. Superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les impuretés inévitables sont choisies dans le groupe constitué par l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le 20 25 29 plomb, le soufre, le phosphore, le fer, le manganèse, le cuivre, l'argent, le bismuth, le platine, le sélénium, l'étain, le magnésium et leurs mélanges. 6. Superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que : sa teneur en Azote 0,030 % et sa teneur en Oxygène 0,030 %. 7. Superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il se trouve sous la forme de poudre. 8. Superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il se trouve sous la forme de fil. 15 9. Procédé de fabrication de la poudre de superalliage à base de nickel selon la revendication 7 comprenant les étapes suivantes : a- mélange de matières premières élémentaires ou pré alliées, b- fusion du mélange obtenue à l'étape a), avantageusement dans un four 20 à induction sous vide, c- atomisation au gaz, avantageusement à l'argon, du produit obtenu à l'étape b), d- tamisage de la poudre obtenue à l'étape c) de façon à obtenir la granulométrie désirée, 25 e- récupération de la poudre obtenue. 10. Procédé de fabrication d'une pièce, en particulier de turbines, en superalliage à base de nickel, comprenant les étapes suivantes : A - fabrication de la poudre de superalliage à base de nickel selon la revendication 7, avantageusement à l'aide du procédé selon la revendication 9, B - soumission de la poudre obtenue à l'étape A à un procédé de 5 fabrication additive, avantageusement choisi dans le groupe constitué par la fusion sélective par laser (LBM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM) et la fusion laser par projection de poudre (CLAD), C - soumission de la pièce obtenue à l'étape B à au moins un traitement thermique et/ou physique et/ou chimique, avantageusement choisi dans le 10 groupe constitué par un traitement thermique de relaxation, un traitement de compaction isostatique à chaud, un traitement de mise en solution, un traitement de vieillissement et un traitement de finition tel qu'un dépôt d'un revêtement de protection contre la corrosion et l'oxydation, en particulier un traitement de compaction isostatique à chaud, 15 D - récupération de la pièce ainsi obtenue. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape B est une fusion sélective par laser (LBM). 20 12. Pièce en superalliage à base de nickel obtenue à partir de la poudre selon la revendication 7, avantageusement à l'aide du procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, ou obtenue à partir du fil selon la revendication 8. 25 13. Pièce selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle est exempte de macrofissures et avantageusement de microfissures. 31 14. Utilisation de la pièce en superalliage à base de nickel selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13 dans les turbines des moteurs d'avion, les turbines à gaz, les turbines terrestres et les turbines de l'industrie marine.