FR3013060A1 - SUPERALLIAGE BASED ON NICKEL FOR A TURBOMACHINE PIECE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement thermique (S) d'une pièce dans un superalliage à base de nickel, telle qu'une pièce de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : - mise en solution super-solvus (S1) de la pièce à une température supérieure au solvus γ' de son matériau constitutif, - refroidissement lent (S2) de la pièce jusqu'à une température inférieure au solvus γ', - mise en solution subsolvus (S3) de la pièce à une température inférieure au solvus γ' de son matériau constitutif, et - refroidissement rapide (S4) de manière à précipiter la phase y' intragranulaire.The invention relates to a method of heat treatment (S) of a part in a nickel-based superalloy, such as a turbomachine part, comprising the following steps: - dissolving super-solvus (S1) of the part at a temperature higher than the solvus γ 'of its constituent material, - slow cooling (S2) of the workpiece to a temperature below the solvus γ', - dissolving subsolvus (S3) of the workpiece at a temperature below the solvus γ 'of its constituent material, and - rapid cooling (S4) so as to precipitate the intragranular phase y'.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne les pièces en superalliages à base de nickel, et plus particulièrement un procédé de traitement thermique applicable à de telles pièces en vue d'améliorer, notamment, leur tenue au fluage et en traction. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Pour répondre à l'augmentation significative des températures et des contraintes dans les parties chaudes des turboréacteurs civils et militaires de nouvelle génération ainsi que des turbomoteurs de manière générale, il est nécessaire d'améliorer les caractéristiques mécaniques des alliages actuels et notamment la résistance au fluage qui devient très dimensionnante et du premier ordre à haute température. Les alliages utilisés pour les pièces de ces parties chaudes tels que les disques, les anneaux, les flasques, les labyrinthes ou encore les carters sont classiquement des superalliages à base de nickel. Par superalliages à base de nickel, on désigne les alliages dans lesquels le nickel entre pour au moins 50% en poids dans leur composition (tous les pourcentages donnés dans ce texte seront des pourcentages pondéraux), et comprenant une zo matrice gamma y avec des précipités intermétalliques y' (Ni3(AI,Ti)). La phase y est une solution solide présentant un cristal cubique à faces centrées et différentes espèces d'atomes distribuées dans le cristal. En comparaison, la phase y' présente une maille cristalline ordonnée, également cubique à faces centrées de type L12, où le nickel occupe le 25 centre des faces du cube et le titane et l'aluminium les sommets du cube. Dans les parties les plus chaudes, notamment pour les pièces tournantes du type disque et anneaux, les alliages utilisés sont des superalliages à base de nickel de type y/y' à forte teneur en phase y', c'est-à-dire au moins 25% de phase y'. 30 La résistance mécanique de ces matériaux est assurée principalement par durcissement structural du matériau, obtenu notamment par précipitation de la phase y' lors d'un traitement thermique spécifique. Le matériau sera d'autant plus durci que la phase y' sera fine et d'une répartition homogène. Cette précipitation contrôlée s'opère lors du traitement thermique au cours du refroidissement après mise en solution. La phase y' sera d'autant plus fine et homogène que le refroidissement après mise en solution est rapide. La taille de grain, qui est pilotée par le forgeage mais également par le traitement thermique subi par la pièce, est par ailleurs un paramètre microstructural important et du premier ordre vis-à-vis des propriétés mécaniques. Classiquement, des grains fins seront favorables aux propriétés de traction et de fatigue, alors qu'une taille de grain élevée sera favorable à la résistance au fluage et à la fissuration. Les microstructures classiques de ces superalliages à base de nickel de type y/y' sont constitués de grains relativement fins (5 à 20pm). La taille de grain est contrôlée par la présence de y' appelés primaires (y'p), issus de la gamme de transformation amont (conversion lingot) puis conservés et formatés lors du forgeage et du traitement thermique pour permettre de contrôler la taille de grain (typiquement une teneur de 15% de y' primaires de taille de l'ordre de 3 à 5pm permet d'obtenir une taille de grain d'environ 10pm). Les y' secondaires (y's) et tertiaires (y't) qui précipitent lors du refroidissement après mise en solution vont précipiter à l'intérieur du grain et durcir ainsi le matériau. Pour augmenter la capacité en température de ces superalliages base nickel y/y' et notamment améliorer leur propriétés de fluage, il est nécessaire d'augmenter la taille de grain du matériau sur pièce, tout en conservant une précipitation fine et homogène de la phase y'. L'augmentation de la taille de grain est classiquement réalisée sur ce type alliage base nickel y/y' par une mise en solution du superalliage au-dessus de la température de solvus y'. La phase de y' primaire qui bloque les joints de grains est alors entièrement dissoute de sorte que le grain peut grossir. En conséquence, dans ce cas, la fraction volumique de phase y' disponible pour durcir le matériau par précipitation est maximale. Cependant, la conjonction d'une taille de grain élevée, d'une forte teneur en y' et de vitesses de refroidissement élevées lors de la trempe après mise en solution nécessaires à l'obtention des propriétés mécaniques, génèrent des contraintes résiduelles importantes qui peuvent conduire localement à des décohésions inter-granulaires puis à des criques (appelées également tapures) rédhibitoires lorsque ces contraintes sont proches ou supérieures à la limite à rupture intrinsèque du matériau.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to nickel-based superalloy parts, and more particularly to a heat treatment process applicable to such parts in order to improve, in particular, their creep and tensile strength. BACKGROUND OF THE INVENTION In order to respond to the significant increase in temperatures and stresses in the hot parts of new-generation civil and military turbojets as well as turboshaft engines in general, it is necessary to improve the mechanical characteristics of the current alloys, and in particular the creep resistance which becomes very dimensioning and first order at high temperature. The alloys used for the parts of these hot parts such as disks, rings, flanges, labyrinths or casings are conventionally nickel-based superalloys. Nickel-based superalloys are those alloys in which nickel enters at least 50% by weight in their composition (all percentages given in this text will be percentages by weight), and comprising a gamma y matrix with precipitates. intermetallic y '(Ni3 (Al, Ti)). The phase y is a solid solution having a centered-face cubic crystal and different species of atoms distributed in the crystal. In comparison, the phase y 'has an ordered crystalline mesh, also cubic with L12 centered faces, where the nickel occupies the center of the faces of the cube and the titanium and the aluminum the vertices of the cube. In the hottest parts, especially for rotating parts of the disc and ring type, the alloys used are y-type nickel superalloys having a high y-phase content, that is to say at less than 25% of phase y '. The mechanical strength of these materials is provided mainly by structural hardening of the material, obtained in particular by precipitation of the phase y 'during a specific heat treatment. The material will be all the more hardened as the phase y 'will be fine and of a homogeneous distribution. This controlled precipitation occurs during the heat treatment during cooling after dissolution. The phase y 'will be all the more fine and homogeneous as the cooling after dissolution is fast. The grain size, which is controlled by the forging but also by the heat treatment undergone by the part, is also an important microstructural parameter and of the first order vis-à-vis the mechanical properties. Conventionally, fine grains will be favorable for tensile and fatigue properties, while a high grain size will be favorable for creep and crack resistance. The classical microstructures of these nickel-based superalloys of y / y 'type consist of relatively fine grains (5 to 20 μm). The grain size is controlled by the presence of y 'called primary (y'p), from the upstream processing range (ingot conversion) and then preserved and formatted during forging and heat treatment to control the grain size (Typically a content of 15% of y 'primary size of the order of 3 to 5pm provides a grain size of about 10pm). The secondary (y's) and tertiary (y ') y's that precipitate upon cooling after dissolution will precipitate inside the grain and harden the material. To increase the temperature capacity of these nickel-base superalloys y / y 'and in particular to improve their creep properties, it is necessary to increase the grain size of the material on the part, while maintaining a fine and homogeneous precipitation of the y-phase. . The increase in the grain size is conventionally performed on this type nickel base alloy y / y 'by dissolving the superalloy above the solvus temperature y'. The primary phase which blocks the grain boundaries is then completely dissolved so that the grain can grow. Accordingly, in this case, the volume fraction of phase available to harden the material by precipitation is maximum. However, the combination of a high grain size, a high content of y 'and high cooling rates during quenching after dissolution required to obtain the mechanical properties, generate significant residual stresses that can locally leading to intergranular decohesions then to cracks (also called cracks) prohibitive when these stresses are close to or greater than the intrinsic rupture limit of the material.
RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est donc d'améliorer les traitements thermiques connus afin d'obtenir une pièce réalisée dans un superalliage à base de nickel qui présente à la fois une bonne tenue au fluage, à la fissuration, en traction et en fatigue, tout en réduisant le niveau de contraintes résiduelles dans la pièce finale. Pour cela, l'invention propose un procédé de traitement thermique d'une pièce dans un superalliage à base de nickel comprenant une matrice gamma et des précipités intermétalliques gamma' (y' (Ni3(AI,Ti))), telle qu'une pièce de turbomachine, comprenant une étape de mise en solution super-solvus au cours de laquelle la pièce est portée à une température supérieure au solvus y' de son matériau constitutif, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes supplémentaires suivantes : - refroidissement lent de la pièce jusqu'à une température inférieure au solvus y', afin de réduire les gradients thermiques dans la pièce, - mise en solution subsolvus de la pièce à une température inférieure au solvus y' de son matériau constitutif, et - refroidissement rapide de la pièce de manière à précipiter la phase y' intragranulaire. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé de traitement thermique sont les suivantes : - la mise en solution super-solvus est effectuée à une température inférieure à la température de brûlure du matériau constitutif de la pièce. - le refroidissement lent est effectué suivant une cinétique de refroidissement inférieure ou égale à 80°C/min dans le domaine de températures de précipitation de la phase y', de préférence 60°C/min, par exemple 50°C/min, - la mise en solution subsolvus est effectuée à une température inférieure de 10°C à 30°C à la température du solvus y', - le refroidissement rapide est effectué suivant une cinétique de refroidissement supérieure à 80°C/min dans le domaine de températures de précipitation de la phase y', de préférence supérieure à 100°C/min, - le refroidissement rapide est effectué à l'aide d'un fluide tel que de l'air pulsé, de l'huile, de l'eau additivée d'un polymère ou de l'eau, - au cours du refroidissement lent, la pièce est au moins refroidie jusqu'à une température minimale du domaine de températures de précipitations de la phase y', - le procédé comprend en outre une étape supplémentaire de revenu de la pièce après l'étape de refroidissement rapide, afin de réduire les contraintes dans la pièce, et - le superalliage de la pièce est l'un parmi les superalliages suivants : AD730TM, N18, UDIMET 720 ou Astroloy.SUMMARY OF THE INVENTION An objective of the invention is therefore to improve the known heat treatments in order to obtain a part made of a nickel-based superalloy which exhibits both good resistance to creep, cracking, traction and fatigue, while reducing the level of residual stresses in the final piece. For this purpose, the invention proposes a method for the heat treatment of a part in a nickel-based superalloy comprising a gamma matrix and gamma '(y') intermetallic precipitates (Ni3 (Al, Ti)), such as a turbomachine part, comprising a super-solvus dissolution step during which the piece is raised to a temperature greater than the solvus y 'of its constituent material, the method being characterized in that it comprises the following additional steps: slow cooling of the room to a temperature below the solvus y ', in order to reduce the thermal gradients in the room; dissolving the room at a temperature below the solvus y' of its constituent material, and rapid cooling of the room so as to precipitate the intragranular phase. Some preferred but non-limiting characteristics of the heat treatment process are as follows: the super-solvus dissolution is carried out at a temperature below the burn temperature of the constituent material of the part. the slow cooling is carried out according to a cooling kinetics of less than or equal to 80 ° C./min in the precipitation temperature range of the γ 'phase, preferably 60 ° C./min, for example 50 ° C./min; the dissolving solution is carried out at a temperature below 10 ° C to 30 ° C at the temperature of the solvus y ', - the rapid cooling is carried out according to a cooling kinetics greater than 80 ° C / min in the temperature range precipitation of the phase y ', preferably greater than 100 ° C / min, - rapid cooling is performed using a fluid such as forced air, oil, water additivée of a polymer or water, - during slow cooling, the part is at least cooled to a minimum temperature of the precipitation temperature range of the phase y ', - the method further comprises an additional step of room income after the stage of rapid cooling, to reduce the stresses in the room, and - the superalloy of the room is one of the following superalloys: AD730TM, N18, UDIMET 720 or Astroloy.
L'invention propose également une pièce de turbomachine, traitée thermiquement suivant un procédé de traitement thermique comme décrit ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 illustre schématiquement les étapes d'un exemple de procédé conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, La figure 2 illustre schématiquement les étapes d'un exemple de procédé conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, et La figure 3 illustre la structure typique d'un superalliage à base de nickel de type y/y', dans lequel sont visibles des précipités y' primaires (YiD), précipités y' secondaires (y's) et précipités y' tertiaires (y't). DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Dans ce qui suit, l'invention va être plus particulièrement décrite en relation avec le traitement thermique d'une pièce d'une turbomachine dans un superalliage à base de nickel. Ceci n'est cependant pas limitatif, dans la mesure où ce traitement thermique S peut être appliqué à toute pièce comprenant un tel superalliage devant présenter une bonne tenue au fluage, en traction, à la fissuration et en fatigue. Ici, la pièce est de préférence dans un superalliage à base de nickel, comprenant une matrice gamma y avec des précipités intermétallique y'. De préférence, le superalliage à base de nickel comprend des précipités intermétallique y' à base d'aluminium et de titane (Ni3(AI,Ti)). Le superalliage peut en outre comprendre du cobalt, du chrome et/ou du molybdène.The invention also proposes a turbomachine part, heat treated according to a heat treatment process as described above. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features, objects and advantages of the present invention will appear better on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings given as non-limiting examples and in which: FIG. 1 FIG. 2 schematically illustrates the steps of an exemplary method according to a second embodiment of the invention, and FIG. 3 illustrates the typical structure of a nickel-based superalloy of y / y 'type in which primary (YiD), secondary (y's) and tertiary (y' t) precipitates are visible. . DETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT In what follows, the invention will be more particularly described in relation to the heat treatment of a part of a turbomachine in a nickel-based superalloy. This is however not limiting, since this heat treatment S can be applied to any part comprising such a superalloy having a good resistance to creep, tensile, cracking and fatigue. Here, the part is preferably in a nickel-based superalloy, comprising a matrix gamma y with intermetallic precipitates y '. Preferably, the nickel-based superalloy comprises intermetallic precipitates y 'based on aluminum and titanium (Ni3 (Al, Ti)). The superalloy may further comprise cobalt, chromium and / or molybdenum.
A titre d'exemple, la pièce peut par exemple être réalisée dans un superalliage du type AD730TM, N18, UDIMET 720 ou encore Astroloy. Le procédé S selon l'invention propose de scinder le traitement thermique de mise en solution et de refroidissement en deux séquences avec un traitement thermique comprenant une double mise en solution. Ce traitement thermique est appliqué de préférence directement à la pièce, c'est-à-dire une fois que celle-ci a été forgée. Ainsi, au cours d'une première étape S1, la pièce est mise en 30 solution à une température supérieure au solvus y' de son matériau constitutif (mise en solution super-solvus).By way of example, the part may for example be made in a superalloy of the AD730TM, N18, UDIMET 720 or Astroloy type. The method S according to the invention proposes to split the heat treatment solution and cooling in two sequences with a heat treatment comprising a double dissolution. This heat treatment is preferably applied directly to the part, that is to say once it has been forged. Thus, during a first step S1, the part is put in solution at a temperature higher than the solvus y 'of its constitutive material (solubilization super-solvus).
Par solvus, on comprendra ici la température à partir de laquelle les précipités y' sont complètement remis en solution (c'est-à-dire dissouts). Passée cette température, le superalliage ne comprend alors plus de phase y', dont les éléments sont en solution.By solvus, here is understood the temperature from which the precipitates y 'are completely returned to solution (that is to say dissolved). After this temperature, the superalloy then no longer includes phase y ', whose elements are in solution.
Par exemple, pour une pièce réalisée dans un superalliage du type AD730TM, N18, UDIMET 720 ou Astroloy, le solvus y' est respectivement de 1100 °C, 1195°C, 1150°C ou 1145°C. De préférence, la température de l'étape de mise en solution reste inférieure à la température de brûlure du superalliage, c'est-à-dire la température à partir de laquelle l'alliage commence localement à se mettre en fusion. Par exemple, pour le superalliage N18, la température de l'étape Si de mise en solution reste de préférence inférieure à 1220°C. Par exemple, le traitement de mise en solution peut être effectué à une température supérieure de 10°C à 30°C, par exemple 20°C, au solvus y' du superalliage. Ainsi, pour un superalliage du type AD730TM, N18, UDIMET 720 ou Astroloy, la température du traitement de mise en solution super-solvus peut être respectivement de 1120 °C, 1205°C, 1170°C ou 1165°C. La cinétique de la montée en température de l'étape 51 n'a pas d'influence sur la qualité métallurgique de la pièce. Par ailleurs, la mise en solution super-solvus est effectuée pendant une durée suffisante pour garantir que la totalité de la phase y' est mise en solution, par exemple pendant une durée comprise entre 1 h et 4h. En effet, il est nécessaire que la phase y' soit complètement dissoute afin de permettre aux grains de grossir. Cependant, il est préférable de ne pas chauffer trop longtemps (plus de 10h par exemple) la pièce pour que les grains ne grossissent pas trop. Au cours d'une deuxième étape S2, la pièce est ensuite refroidie lentement dans le domaine de températures de précipitation de la phase y' 30 jusqu'à une température inférieure au solvus y'. Le refroidissement S2 doit être suffisamment lent pour réduire les gradients thermiques dans la pièce en minimisant les contraintes résiduelles susceptibles de conduire aux tapures de trempe. Selon une forme de réalisation, la cinétique de refroidissement de la pièce au cours de l'étape S2 est inférieure ou égale à 80°C/min dans le domaine de températures de précipitation de la phase y', de préférence inférieure à 60°C/min, par exemple de l'ordre de 50°C/min. Cette cinétique de refroidissement est importante dans le domaine de précipitation de la phase y', qui correspond au domaine de températures dans lequel la phase y' précipite. Pour les exemples de superalliages cités dans la description (AD730TM, N18, UDIMET 720 ou Astroloy), le domaine de précipitation de la phase y' est compris entre environ 700°C et le solvus y'. Ainsi, la cinétique de refroidissement de la pièce au cours de l'étape S2 est de préférence lente, par exemple inférieure à 80 °C/min entre la température de mise en solution super-solvus et la température minimale du domaine de précipitation de la phase y', soit environ 700°C, puis peut être maintenue ou accélérée jusqu'à la température finale choisie de l'étape S2. Par exemple, le refroidissement S2 peut être effectué à l'air. Dans tous les cas, suite à l'étape de refroidissement S2, la zo température de la pièce doit être inférieure en tout point au solvus y', et de préférence à la température minimale du domaine de précipitation de la phase y'. Ainsi, selon une première forme de réalisation, la pièce peut être refroidie S2 jusqu'à température ambiante. En variante, comme illustré sur la figure 2, le temps de 25 refroidissement de la pièce peut être ajusté de telle sorte que le point le plus chaud de ladite pièce atteigne une température inférieure au solvus y', et de préférence à la température minimale du domaine de précipitation de la phase y' (environ 700°C pour les superalliages précités). Ce temps de refroidissement dépend notamment de la géométrie de la pièce, de son 30 matériau constitutif ainsi que de la température atteinte au cours de l'étape de mise en solution super-solvus.For example, for a part made in a superalloy type AD730TM, N18, UDIMET 720 or Astroloy, the solvus y 'is respectively 1100 ° C, 1195 ° C, 1150 ° C or 1145 ° C. Preferably, the temperature of the dissolution stage remains below the burn temperature of the superalloy, that is to say the temperature from which the alloy begins to locally melt. For example, for the N18 superalloy, the temperature of the dissolving step Si preferably remains below 1220 ° C. For example, the solution treatment may be carried out at a temperature of from 10 ° C. to 30 ° C., for example 20 ° C., to the solvus y 'of the superalloy. Thus, for a superalloy of the AD730TM, N18, UDIMET 720 or Astroloy type, the temperature of the super-solvus solution treatment can be respectively 1120 ° C, 1205 ° C, 1170 ° C or 1165 ° C. The kinetics of the rise in temperature of step 51 has no influence on the metallurgical quality of the part. Moreover, the super-solvus dissolution is carried out for a sufficient time to ensure that the entire phase y 'is dissolved, for example for a period of between 1 h and 4h. Indeed, it is necessary that the phase y 'is completely dissolved in order to allow the grains to grow. However, it is better not to heat too long (more than 10 hours for example) the room so that the grains do not grow too much. In a second step S2, the workpiece is then cooled slowly in the region of precipitation temperatures of the phase Y 'to a temperature below the solvus y'. S2 cooling must be slow enough to reduce thermal gradients in the room by minimizing residual stresses that may lead to quenching. According to one embodiment, the cooling kinetics of the part during step S2 is less than or equal to 80 ° C / min in the temperature range of precipitation of phase y ', preferably less than 60 ° C / min, for example of the order of 50 ° C / min. This cooling kinetics is important in the precipitation domain of the phase y ', which corresponds to the temperature range in which the phase y' precipitates. For the examples of superalloys mentioned in the description (AD730TM, N18, UDIMET 720 or Astroloy), the precipitation domain of the phase y 'is between approximately 700 ° C. and the solvus y'. Thus, the cooling kinetics of the part during step S2 is preferably slow, for example less than 80 ° C./min between the super-solvus solution temperature and the minimum temperature of the precipitation domain of the reactor. phase y ', about 700 ° C, then can be maintained or accelerated to the final temperature chosen of step S2. For example, the cooling S2 can be carried out in air. In any case, following the cooling step S2, the zo temperature of the room must be lower in every point than the solvus y ', and preferably at the minimum temperature of the precipitation domain of the phase y'. Thus, according to a first embodiment, the part can be cooled S2 to room temperature. Alternatively, as illustrated in FIG. 2, the cooling time of the workpiece can be adjusted so that the hottest point of said workpiece reaches a temperature below the solvus y ', and preferably at the minimum temperature of the workpiece. precipitation domain of the phase y '(about 700 ° C for the aforementioned superalloys). This cooling time depends in particular on the geometry of the part, its constituent material as well as the temperature reached during the super-solvus dissolution stage.
La mise en solution super-solvus S1 permet de faire grossir le grain grâce à la dissolution des précipités y' primaires. Par ailleurs, la cinétique lente du refroidissement S2 après cette mise en solution D1 permet de réduire les gradients thermiques dans la pièce lors du refroidissement et de minimiser ainsi les contraintes résiduelles qui conduisent aux tapures de trempe, lorsque le refroidissement est trop élevé. Toutefois, une faible vitesse de refroidissement après la mise en solution super-solvus S1 ne permet pas d'obtenir une taille de précipités y' suffisamment fine pour obtenir les caractéristiques en traction et en fatigue requises, notamment dans le domaine de l'aéronautique, comme par exemple pour les disques de turbomachine qui sont particulièrement chargés. Au cours d'une troisième étape S3, la pièce est donc à nouveau mise en solution, à une température inférieure au solvus y' de son matériau constitutif (mise en solution subsolvus) pour mettre partiellement en solution la phase y'. Par exemple, le traitement de mise en solution S3 peut être effectué à une température inférieure de 10°C à 30°C, par exemple 20°C, au solvus y' du superalliage. Ainsi, pour un superalliage du type AD730TM, N18, UDIMET 720 ou Astroloy, la température du traitement de mise en solution subsolvus S3 peut être respectivement de 1080 °C, 1165°C, 1120°C ou 1125°C. La cinétique de la montée en température de l'étape S3 n'a pas d'influence sur la qualité métallurgique de la pièce. Par ailleurs, la mise en solution subsolvus est effectuée pendant une durée suffisante pour mettre une fraction de la phase y' en solution, par exemple pendant une durée comprise entre 1 h et 4h.Solubilization super-solvus S1 makes it possible to enlarge the grain thanks to the dissolution of the precipitates y 'primary. In addition, the slow kinetics of the cooling S2 after this dissolution D1 reduces the thermal gradients in the room during cooling and thus minimize the residual stresses that lead to quenching taps, when the cooling is too high. However, a low cooling rate after placing in solution super-solvus S1 does not make it possible to obtain a size of precipitates y 'sufficiently fine to obtain the required tensile and fatigue characteristics, in particular in the field of aeronautics, as for example for turbomachine disks that are particularly loaded. During a third step S3, the part is again put in solution, at a temperature lower than the solvus y 'of its constituent material (dissolving solution subsolvus) to partially put in solution the phase y'. For example, the solution treatment S3 can be carried out at a temperature of from 10 ° C to 30 ° C, for example 20 ° C, to the solvus y 'of the superalloy. Thus, for a superalloy of the AD730TM, N18, UDIMET 720 or Astroloy type, the temperature of the solution dissolving treatment S3 can be respectively 1080 ° C, 1165 ° C, 1120 ° C or 1125 ° C. The kinetics of the rise in temperature of step S3 has no influence on the metallurgical quality of the part. Moreover, the solution dissolution subsolvus is carried out for a time sufficient to put a fraction of the phase y 'in solution, for example for a period of between 1 h and 4h.
Au cours d'une quatrième étape S4, la pièce est alors refroidie rapidement dans le domaine de températures de précipitation de la phase y'. Par exemple, le refroidissement peut être effectué par air pulsé ou à l'aide d'un fluide (huile, eau additivée d'un polymère, eau, etc.). Selon une forme de réalisation, la cinétique de refroidissement de la pièce au cours de l'étape S4 est supérieure à 80°C/min dans le domaine de températures de précipitation de la phase y', de préférence supérieure à 100°C/min. Cette cinétique de refroidissement est importante dans le domaine de précipitation de la phase y'. Ainsi, la cinétique de refroidissement de la pièce au cours de l'étape S4 est de préférence rapide, par exemple de l'ordre de 100 °C/min, entre la température de mise en solution subsolvus et la température minimale du domaine de précipitation de la phase y', soit environ 700°C, puis peut être maintenue ou ralentie jusqu'à la température finale choisie de l'étape S4 (par exemple la température ambiante).During a fourth step S4, the part is then rapidly cooled in the region of precipitation temperatures of the phase y '. For example, the cooling can be carried out by pulsed air or with the aid of a fluid (oil, water additive of a polymer, water, etc.). According to one embodiment, the cooling kinetics of the part during step S4 is greater than 80 ° C./min in the precipitation temperature range of phase y ', preferably greater than 100 ° C./min. . This cooling kinetics is important in the precipitation domain of the phase y '. Thus, the cooling kinetics of the part during step S4 is preferably rapid, for example of the order of 100 ° C./min, between the solution dissolution temperature subsolvus and the minimum temperature of the precipitation domain. of the phase y ', about 700 ° C, then can be maintained or slowed down to the selected final temperature of step S4 (eg room temperature).
Cette mise en solution subsolvus S3 permet d'obtenir la précipitation recherchée pour la phase y' intragranulaire, et donc de renforcer la tenue mécanique de la pièce, notamment en traction et en fatigue. Par ailleurs, cette mise en solution S3 permet de réduire le niveau de contraintes résiduelles en comparaison avec un refroidissement rapide depuis une température supérieure au solvus y' grâce à la conjonction des trois effets suivants : - La mise en solution subsolvus S3 permet de faire précipiter une fraction de phase y' aux joints de grains, ce qui permet d'en renforcer leur tenue à l'issue de l'étape de refroidissement rapide en présence de 25 contraintes, - La mise en solution subsolvus S3 permet de réduire la fraction de phase y' précipitant lors de la trempe et de fait les contraintes résiduelles liées à la précipitation de cette phase, et - Le refroidissement S4 s'opère depuis une température moins élevée 30 qui contribue également à la réduction des contraintes résiduelles liées au gradient thermique.This dissolution of subsolvus solution S3 makes it possible to obtain the desired precipitation for the intragranular phase, and thus to reinforce the mechanical strength of the part, in particular in tension and in fatigue. Furthermore, this dissolution S3 reduces the level of residual stresses in comparison with a rapid cooling from a temperature above the solvus y 'through the conjunction of the following three effects: - The dissolution of subsolvus solution S3 makes it possible to precipitate a fraction of phase y 'at the grain boundaries, which makes it possible to reinforce their behavior at the end of the step of rapid cooling in the presence of stresses, - the dissolving of the solution subsolvus S3 makes it possible to reduce the fraction of phase y 'precipitating during quenching and in fact the residual stresses related to the precipitation of this phase, and - The cooling S4 operates from a lower temperature which also contributes to the reduction of residual stresses related to the thermal gradient.
Par conséquent, le refroidissement S4 s'opère sur une structure moins chargée en y', ce qui permet, malgré le refroidissement rapide, d'éviter les tapures de trempe. De plus, le refroidissement rapide S4 après mise en solution S3 permet de formater la taille et la répartition de la phase y' afin d'atteindre les propriétés mécaniques exigées. Enfin, après la double mise en solution S1-S4, le traitement thermique S peut comprendre un traitement classique de revenu S5 de la pièce, afin de réduire les contraintes internes dans la pièce. Ce revenu, comprenant successivement une chauffe à basse température (typiquement entre 650°C et 850°C), pendant un temps long (plusieurs heures), un maintien en température et un refroidissement lent (typiquement refroidissement air), participe également à l'obtention des propriétés mécaniques sans générer de contraintes résiduelles.15Therefore, the cooling S4 operates on a less charged structure in Y ', which allows, despite the rapid cooling, to avoid quenching taps. In addition, the rapid cooling S4 after dissolving S3 makes it possible to format the size and the distribution of the phase y 'in order to reach the required mechanical properties. Finally, after double dissolving S1-S4, the heat treatment S may comprise a conventional treatment S5 income of the room, in order to reduce the internal stresses in the room. This income, successively comprising a low temperature heating (typically between 650 ° C. and 850 ° C.), for a long time (several hours), a maintenance in temperature and a slow cooling (typically cooling air), also participates in the obtaining mechanical properties without generating residual stresses.
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