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[5][_]
Physical
(23/ 30)
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3-6 percent
(4)
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1-2,5 percent
(2)
[8][_]
3-4 percent
(2)
[9][_]
3-5 percent
(2)
[10][_]
792 cc
(2)
[11][_]
3-6 W
(1)
[12][_]
5 -14 percent
(1)
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7-11 percent
(1)
[14][_]
0-1 percent
(1)
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rt
(1)
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344,75 M
(1)
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186,16 M
(1)
[18][_]
370 percent
(1)
[19][_]
de 1 percent
(1)
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200 cc
(1)
[21][_]
247 cc
(1)
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24 hrs
(1)
[23][_]
12 hr
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[24][_]
939 cc
(1)
[25][_]
1 percent de
(1)
[26][_]
1 percent
(1)
[27][_]
9,5 -14 percent
(1)
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8 percent
(1)
[29][_]
Molecule
(8/ 19)
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NICKEL
(8)
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carbon
(2)
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boron
(2)
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zirconium
(2)
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hafnium
(2)
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CR
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CO
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OX
(1)
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Disease
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Rupture
(10)
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Generic
(2/ 4)
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cation
(3)
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Metals
(1)
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Gene Or Protein
(2/ 3)
[44][_]
Etre
(2)
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DANS
(1)
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Organism
(1/ 1)
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X par
(1)
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Company Reg No.
(1/ 1)
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cc 2215
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2519033A1
Family ID 2040765
Probable Assignee United Technologies Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title ARTICLE EN MONOCRISTAL A BASE DE NICKEL DE HAUTE RESISTANCE
MECANIQUE, RESISTANT A LA CORROSION
Abstract
_________________________________________________________________
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN ARTICLE EN MONOCRISTAL A BASE DE
NICKEL DE HAUTE RESISTANCE MECANIQUE, RESISTANT A LA CORROSION.
LA COMPOSITION DE L'ALLIAGE DE CET ARTICLE EST 9,5-14 CR, 7-11 CO,
1-2,5 MO, 3-6 W, 3-6 TA, 3-4 AL, 3-5 TI, LE COMPLEMENT ETANT
ESSENTIELLEMENT DU NICKEL ET LE TOTAL DE AL TI ETANT D'ENVIRON 6,5 A
8, CET ALLIAGE ETANT UTILISE SOUS FORME DE MONOCRISTAL.
L'INVENTION EST PAR EXEMPLE UTILISABLE POUR LA FABRICATION DE
COMPOSANTS DE MOTEURS A TURBINE A GAZ EMPLOYES DANS UN ENVIRONNEMENT A
HAUTES TEMPERATURES.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne le domaine d'arti- mecanioue cles en
superalliage a base de nickel de haute resistance / tes que les
composants de moteurs a turbine a gaz qui sont a la fois resistants a
la corrosion et sont capables de fonctionner aux hautes temperatures
L'invention concerne egalement le domaine des articles en
superalliages en monocristal. Des demandes croissantes pour le
rendement des moteurs a turbine a gaz ont resulte en des demandes de
matieres capables de resister aux conditions de fonction- nement plus
severes En particulier, des capacites a des temperatures accrues sont
exigees pour certaines applications, ensemble avec la resistance a la
corrosion.
Dans le brevet US No 3 494 709,on decrit la fabri- cation de
composants de turbines a gaz sous forme de monocristal pour des
performances ameliorees Dans le brevet US No 4 116 723,on decrit un
traitement thermique applicable a des articles en superalliage en
monocristal dans le but d'ameliorer les proprietes Dans le brevet US
No. mecaniqe 3 619 182,on decrit un superalliage de resistanceimoderee
ayant une resistance superieure a la corrosion.
Selon la presente invention des alliages ayant la composition
suivante, 9, 5 -14 percent Cr, 7-11 percent Co, 1-2,5 percent Mo, 0-1
percent Nb 3-6 percent W, 3-6 percent Ta, 3-4 percent Ai, 3-5 percent
Ti,/le complement etant essentiellement du nickel, sont realises ayant
des proprie- tes mecaniques ameliorees par la fabrication de l'alliage
sous forme de monocristal L'article en monocristal resul- tant est
alorslde preferencesoumis a un traitement thermi- que Les alliages de
monocristal soumis a un traitement thermique selon cette composition,
presen 1 rt uneamelioration d'au moins 10 fois en ce qui concerne la
duree de vie jusqu'a rupture par comparaison aux alliages de
compositions similaires qui ont ete solidifies selon la maniere
habituel- le pour produire une structure polycristalline equiaxe.
D'autres caracteristiques et avantages seront apparentes a partir de
la description et des revendications qui representent un mode de
realisation de l'invention.
La presente invention avait son origine dans une observation
surprenante et inattendue Une serie de super-
-2519033
-2- alliages commerciaux ont ete testes sous trois formes diffe-
rentes Des echantillons ont ete prepares sous forme poly- cristalline
(moules selon la maniere habituelle), sous forme de grains en colonnes
(solidification orientee) et sous forme de monocristal (solidification
orientee) Les alliages testes etaient MAR-M 200, MAR-M 247, IN 939 et
IN 792 Les deux premiers alliages sont produits par Martin Metals
Corporation et les derniers alliages sont fournis par International
Nickel Corporation La composition de ces alliages teb qu'ils ont ete
testes, est donnee dans le tableau 1 En se referant au tableau 1, on
peut voir que les matieres moulees selon la maniere habituelle
contenaient des elements durcisseurs de la limite de grains telsque le
carbon, le boron et le zirconium ainsi que c'est egalement le cas des
matieres a structure a grains en colonnes.
La plupart des echantillons a grains en colonn E contenaient egalement
des additions de hafnium pour ameliorer la ductili- te transversale La
plupart des echantillons en monocristal ne contenaient aucun de ces
elements carbon, boron, zirconium ou hafnium.
Les echantillons d'alliagesmoul ont ete soumis a un traitement
thermique tel qu'il est decrit dans le tableau 2 et
lestraitementsthermiquesqui y sont decrits sont des traitements
thermiques habituels qui sont typiques de ceux qu'un specialiste en la
matiere aurait tendance a utiliser.
Ces echantillons d'alliage ont ete soumis a des essais de fluage sous
des conditions differentes de charges et de temperaturesavec les
resultats donnes dans le tableau 3 Le tableau 3 montre les avantages
surprenants et inattendus derivant de la fabrication de l'alliage IN
792 modifie sous forme de monocristal Pour les alliages MAR -M 200,
MAR-M 247 et IN 939 les rapports de la duree de vie jusqu'a rupture
des echantillons en monocristal par rapport aux echantillons moules
selon la maniere habituelle, se situaient en moyenne a 4,1 X,
cependant dans le cas de IN 792, le rapportde la duree de vie jusqu'a
rupture du monocristal par rapport a la duree de vie jusqu'a rupture
apres moulage habituel etait de plus de 17 X (moyenne des tests entre
8700 C/344,75 M Pa et 9800 C/186,16 M Pa).
Ce degre d'amelioration est surprenant et inattendu.
Il semble donc que l'amelioration (de la duree de vie Par fluage
jusqu'a rupture) obtenue par fabrication de IN 792 (modifie) sous
forme de monocristal est d'environ 370 percent superieur a l'avantage
que l'on aurait predit en fonction des donnees avec les autres
superalliages Dans le but de definir les resultats de l'invention, il
semble qu'un minimum d'amelioration de l OX de la duree de vie jusqu'a
rupture par fluage sera obtenu.
Une conclusion similaire est obtenue si l'on considere la duree
jusqu'a fluage de 1 percent Dans ce casen se basant sur les deux
alliages MAR M on s'attendrait a une amelioration moyenne de 5,4 X en
changeant la macrostructure de l'echantillon s-ustest depuis une
structure polycristalli- ne en une structure de monocristal
(simultanement avec des changements minimes de compositions et de
traitement thermique) En fait, en realisant ce changement pour
l'alliage IN 792 modifie, on obtient un resultat moyen d'environ 12,6
X De nouveau, ceci est une amelioratbn disproportionnee et inattendue
et non previsible de la con- naissance anterieure de l'etat de la
technique.
L'amelioration substantielle des proprietes de fluage est rendue plus
significative parce que la compositbn selon l'invention est legerement
moins dense que les autres alliages testes En outre, la resistance
notable a la corrosion presentee par l'alliage IN 792 est entierement
maintenue dans cette invention.
Un traitement thermique Oque celui decrit dans le brevet US No 4 116
723 est prefere dans le but d'obtenir une augmentation maximum des
proprietes Un tel traitement thermique implique la mise en solution de
la phase gamma prime et l'homogeneisation de la structure moulee a une
temperature superieure a la temperature solvus de gamma prime (12320 C
pour la composition selon l'invention)suivbs par un ou plusieurs
traitement de vieillissement a une temperature plus basse.
Dans le brevet US No 4 116 723 on decrit de tels traitements.
Bien entendu diverses-modifications peuvent etre
19033
4 - apportees par l'homme de l'art aux articles qui viennent d'etre
decrits uniquement a titre d'exemples non limitatifs sans sortir du
cadre de l'invention.
TABLEAU 1,
COMPOSITION D'ALLIAGE
(Pourcents en poids) Mode de
Solidifi- cation Cr W Mo Ta Nb Al Alliage Ti Co C B Zr lif Ni Compl '
Compl. Compl.
MAR-M 200 cc CG Sc 9 12 y 5
9 12
9 1 2
1 5 2 1 O 01-1 5
1 5 2 1 O O 15
1 5 2 __ __
0 O 1 5
0 1 01 5
0 O 5
01, O 5
1 t 5 0 y 6 5 0 1 6 3 1 1 3 1 3 1 5 1 5 18 loi 1 92
O? 15
1 O O 1 1 5
Compl. Compl. Compl. MAR-M 247 cc CG Sc 8? 4 8 1 4 101 5
OP 015
0 1 O 1 5
01 06 0 06 1 y 4 1 il 4 ui cc 2215
CG 2215
Sc 22, 5 1? 4 1 r 4 1 t 4
1 1 19
1 l'q 1 119 3 f 7 3 7 3, 7
0, 1 5
0, 15
M 10 __ Compl.
0,010 Compl.
Compl.
IN-939
0 01 0, 01
IN-792 cc 1212
CG 1212
Sc 12 and #x003E; 5 3 18 3 f 3 3 y 8 1 79 1 p 9 1 t 9 3 f 9 3? 9 4 r O
3 P 5 3 1 5 3, 5 4 y 1 4 p 1 4?O
9 01, 12
9 01 12
9 __
OP 015
0, 01 5
0, 06
0? 07
01 5 ilr 2 Compl. Compl. Compl. CC Moulage habituel; CG Grains en
colonnes; SC Monocristal r-J U NO t A tw
Mode de soli-
Alliage dfcto
TABLEAU 2
TRAITEMENT THERMIQUE DE L'ALLIAGE
DL Traitement thermique + 8710 C / 32 tirs + 108000 /4 lhrs + + 10800
C /4 lhrs + 871 OC/32 hirs 8710 C/32 hirs
10800 C
12320 C
13160 C
4 hirs /2 tirs /2 hirs
11600 C /4
1.160 C /4
12320 C/ 4 tirs hirs tirs
+ 8710 C /
+ 9820 C /
+ 13230 C/
+ 10000 C/
+ 100000/
+ 1080 OC/ lirs hrs + 2 lirs + 6 hirs + 6 hirs + 4 hirs + 871 (C /20
lhrs 9820 C / 5 hirs + 871 WC/201,rs 900 OC/24 hrs + 7000 C/161 irs
9000 C/24 hirs + 7 000 C/161 irscl 8710 C/32 hirs 11210 C/ 2 tirs +
8160 C/ 24 12040 C/ 10 tirs + 12200 C / 12460 C/ 4 tirs + 10800 C /
tirs 2 tirs 4 tirs + 10800 C/4 tirs + 8160 C/24-irs + 8710 C/32 tirs
CC Moulage habituel;
CC Grains en colonnes; SC Monocristal.
MAR-M 200
Ccc CG Sc
10900 C
12040 Oc
1301 OC
4 tirs /12 hr s /4 tirs
MAR-M 247
IN-939 cc CG Sc Ccc CG Sc
IN-792 cc CG Sc No C and #x003E; 1
TABLEAU 3
INCLUENCE DU MODE DE SOLIDIFICATION SUR LES PROPRIETES DE RESISTANCE
AU FLUAGE
Alliage Mode de
Solidifi- cation *
MAR-M 200 CC
CG SC
Teipera- ture (c) Contrainte (M Pa) Duree jusqu'a 1 percent de fluage
(hrs)
413,7 19 60
413 y 7 19 Fluage Rapport
SC/CC des du- rees de vie 1 percent sc//CG 610 2 r 3 Duree de vie
jusqu' a rupture (hrs) Rapport de durees de Rupture vie SC/cc SC/CG
6,4 2,0. CC CG SC
MAR-M 247 CC
CG SC
IN-939
IN-792
CC CG SC CC CG SC CC CG SC *CC Moulage habituel;
220164 11
206,85
344,7 17
186,16 7
CG Grains en colonnes
418 2,7
12 r 2 444 1192
13,0 5,4 334
SC Monocristal X 3 1,7 lr 7 1; 2,8 1 t 7 19,9 r 2 3,9 ru LM o w O 2,8
-8-
Claims
_________________________________________________________________
Revendications:
1 Article en superalliage a base de nickel de haute resistance
caracterise en ce qu'il consiste essentiellement en 9,5 -14 percent
Cr,07 Al b Co, 1-2,5 percent Mo, 3-6 percent W, 3-6 percent Ta, 3-4
percent Ai, 3-5 percent Ti,/le complement etant essentiellement du
nickel, le total de A 1 + Ti etant situe entre environ 6,5 a 8
percent, cet alliage etant sous forme de monocristal et presentant
ainsi une duree de vie jusqu'a rupture sensiblement amelioree a des
tempe- ratures elevees par rapport aux alliages similaires sous forme
mouleeselon la maniere habituelle
2 Article selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il a ete
soumis a un traitement thermique et en ce qu'il presente une
amelioration de duree de vie jusqu'a rupture d'au moins 10 X par
rapport a des articles similai- res moules sous forme habituelle.
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