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Claude MONS : Chef du service Études Métallurgiques des Pièces au Département Matériaux et Procédés de SNECMA
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Les traitements thermiques des superalliages interviennent à tous les stades de mise en œuvre, depuis l’élaboration des demi-produits jusqu’à la livraison des pièces finies. Ils conditionnent de façon évidente la qualité du produit fini, les propriétés mécaniques des matériaux et, en grande partie, l’homogénéité des résultats obtenus.
Il est d’usage de considérer que les traitements effectués en amont des fabrications propres de pièces, tels que les homogénéisations de composition chimique, à haute température et en longue durée ou les préchauffes avant mise en forme, ne sont pas à proprement parler des traitements thermiques. Ils conditionnent cependant la qualité du matériau initial à la production de pièces et, particulièrement, la réponse locale du matériau aux traitements thermiques proprement dits, participant à la capacité à respecter les objectifs de propriétés et la distribution statistique de celles-ci.
La réalisation de séquences de déformation à des niveaux de température particuliers suivies ou non de refroidissements contrôlés permet, par ailleurs, d’obtenir des microstructures à très hautes caractéristiques, par recristallisations successives. Ces méthodes, décrites sous l’appellation de traitements thermomécaniques, ne font pas l’objet de cet article. Elles sont particulièrement bien étudiées dans les cas des structures à grains fins obtenues ou non par métallurgie des poudres, mise en œuvre par filage et forgeage isotherme. Les traitements thermiques proprement dits s’effectuent sans déformation et correspondent d’une part aux mises en solution, stabilisation ou précipitation qui vont permettre d’adapter la microstructure initiale et de déterminer les propriétés en service et, d’autre part, aux traitements d’adoucissement et de relaxation des contraintes liées au forgeage, au soudage, à l’usinage, etc.
Un ensemble cohérent de ces traitements permettra de garantir le comportement des pièces réalisées.
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- Version archivée 1 de avr. 1982 par James H. DAVIDSON
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2. Traitements d’adoucissement et de relaxation des contraintes
2.1 Traitements d’adoucissement
Les traitements d’adoucissement ont pour but de rendre plus aisée la déformation des matériaux au cours d’opérations de formage ou de faciliter les usinages.
Lorsque le matériau a préalablement été écroui, le niveau de traitement devra permettre la restauration ou la recristallisation. Concrètement, l’efficacité de ce traitement sera principalement liée à la mise en solution de la phase durcissante (γ ’ ou
) et si possible des carbures, ces constituants accroissant la résistance du matériau et limitant donc la déformabilité.
Les températures et temps à employer sont voisins de ceux retenus pour la mise en solution. Il y a cependant lieu de prendre certaines précautions lorsque les propriétés recherchées dépendent également de tailles de grains particulières (grains fins). Dans ce cas, la température sera avantageusement réduite de 10 à 20 oC par rapport au nominal, surtout si le matériau a été préalablement écroui, l’énergie emmagasinée déplaçant alors les équilibres. Les traitements d’adoucissement pourront être répétés plusieurs fois en cours de gamme. Le traitement thermique final sera toujours celui de mise en solution prévu pour l’alliage.
La vitesse de refroidissement après traitement d’adoucissement tiendra compte des principes énoncés précédemment.
Des familles d’alliages à base de nickel ou de fer/nickel sont discernables :
-
celle pour laquelle l’adoucissement des propriétés est associé à une trempe rapide tels que N18, Udimet 720... pour lesquels il sera préconisé un refroidissement lent ;
-
celle où la précipitation γ ’ peut être limitée par le trempe rapide (A 286, C 263...).
Dans le cas des solutions solides, l’adoucissement s’effectuera dans les conditions de mise en solution.
2.2 Traitements de relaxation des contraintes
Les traitements de relaxation des contraintes dans les...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - STOLOFF (N.S.) - Wrought and P/M Superalloys. - Rensselear Polytechnic Institute Metal Handbook 10th ed., vol. 1, p. 950-71 (1990).
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(2) - HONNORAT (Y.) - Les superalliages de nickel, clef des technologies à haute température. - Annales des Mines, vol. 192, no 2, p. 83-92, fév. 1985.
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(3) - DUCROCQ (C.), LASALMONIE (A.), HONNORAT (Y.) - N18 : A new damage tolerant P/M superalloy for high temperature turbine disks. - Superalloys 88. Proceedings of the 6th international symposium. Champion-Pa. p. 63-72, 18-22, sept. 1988.
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(5) - BOESCH (W.J.), CANADA (H.B.) - Precipitations reactions and stability of Ni3Nb Inconel 718 alloy. - Seven spring International symposium structural stability in superalloys. ASM-AIME International symposium, vol. 2, p. 579-96 (1968).
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