Le sujet de l'invention est un alliage à base de nickel.
Il a été conçu pour améliorer la fabrication en fonderie de certaines pièces de forme complexe comme des aubages distributeurs utilisés dans les stators de moteurs en aéronautique. Ces pièces sont constituées de pales encastrées dans des plate-formes, dont l'assemblage sur moteur constitue un anneau. Certaines de ces pièces sont traditionnellement construites en un alliage à base de nickel appelé René 125, mais qui est particulièrement susceptible de produire des criques au moulage, lors de la solidification du métal liquide, ce qui peut constituer une cause de rebut importante. Le document
On a donc recherché un alliage de composition analogue à celle du René 125 afin de conserver pour l'essentiel les propriétés favorables de cet alliage, mais qui serait beaucoup moins propice à la formation de criques.
Selon l'invention, l'alliage de la revendication 1 proposé ici comprend, dans une base de nickel, de 9,5% à 9,90 % en poids de Cobalt, de 8,70% à 9,00% en poids de chrome, de 6,65% à 7,05% en poids de tungstène, de 3,67% à 3,87% en poids de tantale, de 1,77 % à 1,97% en poids de Molybdène, de 0,10% à 0,12% en poids de carbone ; et il se distingue de la composition classique du René 125 par des teneurs de 4,80 % à 5,00% en poids d'aluminium, de 1,48% à 1,52% en poids de hafnium, de 2,28% à 2,33% en poids de titane, de 0,0005% à 0,01% en poids de bore. L'alliage ne comprend en principe pas d'autres ingrédients, sauf à des teneurs beaucoup plus faibles que celles qu'on a mentionnées jusqu'ici, ou seulement à l'état d'impuretés. On souligne ainsi en particulier que le zirconium, assez abondant dans le René 125, est supprimé entièrement ou presque du présent alliage (au plus 0,007% en poids), de même que le phosphore et le soufre (au plus 0,001% en poids chacun). Certains autres critères, correspondant à des aspects secondaires de l'invention, peuvent encore avantageusement être respectés comme on le détaillera plus loin.
Cet alliage résiste beaucoup mieux à la formation à chaud de criques que le René 125 ; il peut donc être employé dans des procédés de fabrication en fonderie de pièces de formes complexes.
Le tableau ci-après indique les compositions respectives de l'alliage René 125 (en valeurs nominales) et de l'alliage conforme à l'invention, en valeurs minimales et valeurs maximales. Seuls les éléments significatifs ont été rapportés, d'autres étant en général présents à l'état d'impuretés.
Voici maintenant quelques indications sur les effets obtenus. Il est apparu au cours d'essais que le bore, le zirconium, le silicium, le soufre, le phosphore, le hafnium et le titane étaient favorables à l'apparition des criques à chaud, et c'est pourquoi les teneurs en ces éléments sont réduites par rapport à la composition de l'alliage de départ René 125. D'un point de vue quantitatif, le titane et le hafnium ont vu leur teneur le plus réduite, et le zirconium, le phosphore et le soufre deviennent des éléments présents seulement à l'état de trace, alors que le zirconium était forcément présent et à une teneur non négligeable dans l'alliage de départ. La teneur de certains autres éléments, qu'on n'incrimine pas comme favorisant l'apparition des criques, a aussi été réduite significativement afin d'accroître la teneur en la base de nickel, puisqu'il a été constaté que les criques étaient moins nombreuses avec une teneur en nickel élevée.
On peut ainsi expliquer l'effet favorable de la réduction ou de la quasi-suppression de ces éléments : les particules qu'ils forment s'accumulent aux joints de grains de l'alliage au cours de la solidification. Les contraintes internes qui se développent à la solidification tendent à produire des fissurations aux joints de grains, et d'autant plus facilement que ces derniers sont encore liquides. La réduction de teneur de ces éléments favorise la solidification des joints de grains à des températures plus proche de celle des grains et accroît donc la cohésion de l'alliage.
Voici maintenant des indications plus détaillées sur les différents éléments.
Bore et zirconium : il est apparu que ces éléments étaient ceux qui contrariaient le plus la solidification aux joints de grains, et étaient donc responsables d'une solidification à une température bien inférieure à celle des grains eux-mêmes dans le René 125. Leur teneur est donc fortement réduite voire supprimée dans l'alliage de l'invention.
En ce qui concerne le bore, des probabilités de criques beaucoup plus faibles (quatre fois plus faible ou encore moins) que dans le René 125 ont toutefois été observées aux teneurs proposées dans l'invention, si bien que la suppression totale de cet élément n'est pas préconisée.
Le phosphore et le soufre méritent les mêmes commentaires, mais leur importance est moindre puisque leur teneur est déjà réduite dans le René 125.
Titane et hafnium : leur effet était le même mais moins important, de sorte que leur suppression totale n'est pas préconisée, une légère baisse de la teneur suffisant à diminuer énormément les probabilités de criques. De même que pour le bore, les teneurs proposées dans l'invention entraînent des probabilités de criques au moins quatre fois inférieures que dans le René 125 (les essais comparatifs portaient à chaque fois sur un seul élément variant).
Teneur totale en hafnium, titane et aluminium : le taux de rebut avait un palier bas entre 8,73% et 8,77% environ (cumul des teneurs), puis augmentait brusquement ensuite en étant multiplié par quatre au moins environ. L'aluminium n'a pas en soi le rôle néfaste des autres éléments mentionnés ci-dessus et sa teneur est même accrue dans l'invention, mais ce critère montre qu'elle ne peut l'être à l'excès. La teneur totale est avantageusement inférieure au dernier chiffre.
Nickel : le pourcentage de rebut des pièces pour cause de criques diminuait à partir d'une teneur de 59,71% en nickel, et atteignait un palier correspondant à des taux de rebut très bas à partir de 59,83% environ. La teneur est avantageusement supérieure à ce dernier chiffre.
Silicium : il est à au plus 0,10% en poids dans le René 125, et avantageusement présent à l'état de traces dans l'invention.
Le traitement thermique utilisé pour les essais comme pour la fabrication par moulage des distributeurs aubagés était un T3R, à savoir un chauffage à 1175° Celsius pendant 30 minutes, puis un refroidissement jusqu'à 1095° Celsius en 6 à 10 minutes, puis un refroidissement au four jusqu'à 650° Celsius, puis un refroidissement à l'air, et un recuit à 815° Celsius pendant 16 heures sous vide ou atmosphère protectrice.