Mise en solution et vieillissement : Alliages base nickel

Le traitement de mise en solution consiste à chauffer un alliage à une température appropriée, maintenir cette température assez longtemps pour provoquer la transformation d’un ou de plusieurs constituants en une solution solide et le refroidir suffisamment vite pour maintenir ces constituants dans la solution. Les traitements thermiques par précipitation ultérieurs permettent de contrôler la libération de ces constituants à l’état naturel (température ambiante) ou artificiel (températures supérieures).

Avantages

Il existe une multitude d’alliages à base de nickel coulés et travaillés dont diverses caractéristiques peuvent être améliorées par traitement de mise en solution ou par traitement de mise en solution et durcissement par vieillissement de précipitation. Ces traitements thermiques permettent généralement d’améliorer les caractéristiques telles que la résistance mécanique à température ambiante et/ou élevée, la résistance à la corrosion et la résistance à l’oxydation.

Applications

Les propriétés des alliages à base de nickel traitables thermiquement peuvent être améliorées par la sélection des paramètres de traitement thermique appropriés. L’application d’un traitement de mise en solution seul ou d’un traitement de mise en solution suivi d’un durcissement par vieillissement de précipitation est souvent utilisée avec les alliages à base de nickel.

Traitement de mise en solution

• Pendant le processus de fabrication, la plupart des matériaux peuvent être écrouis, ce qui limite les possibilités de traitement ultérieur du matériau. Le traitement de mise en solution en cours de processus (détente des contraintes) peut réduire l’état d’écrouissage afin de permettre un traitement ultérieur.
• Les processus de fabrication tels que le brasage, le soudage ou le revêtement peuvent avoir un impact indésirable sur les propriétés du matériau, ce qui peut être évité par un traitement de mise en solution avant le traitement ultérieur.
• Les processus de fabrication peuvent provoquer le démarrage prématuré du processus final de durcissement par vieillissement de précipitation, ce qui peut être évité par un traitement de remise en solution avant le traitement ultérieur.
• De nombreux alliages à base de nickel développent les propriétés désirées uniquement s’ils sont soumis à un processus de traitement de mise en solution. On les considère comme des alliages renforcés de solution solide. On peut citer les alliages Hastelloy X, INCO 625 et HA 230.

Durcissement par vieillissement de précipitation

• Le développement des propriétés du matériau final requises pour répondre aux critères de conception spécifiques d’une pièce exige généralement que le matériau (matériau coulé/travaillé) soit soumis à un long cycle de traitement thermique à une température inférieure afin d’obtenir une microstructure d’alliage spécifique via un durcissement par vieillissement de précipitation.
• Cette étape s’effectue généralement pendant ou à la fin du processus de fabrication, lorsque le processus de traitement thermique provoque une augmentation significative de la dureté du matériau et que des changements de taille prévisibles importants se produisent (contraction), qui doivent être pris en compte. Les coûts de rectification peuvent augmenter fortement si une rectification est requise après le durcissement par vieillissement.
• Voici des exemples types de matériaux : INCO 718, INCO 738, Mar-M-247, Waspaloy et C263.

Processus

• Solution treating is typically performed at temperatures ranging from 1800 to 2450°F in vacuum, followed by rapid gas fan cooling to room temperature. Many materials have specific cooling rates that must be achieved to ensure the proper metallurgical microstructure is achieved in the final product.
• Precipitation age hardening is typically performed at temperatures ranging from 1000 to 2080°F in vacuum, inert atmosphere or air for hold times ranging from 2 hours to 40+ hours depending on exact material and metallurgical microstructure specified. Multiple steps (with decreasing temperatures at each step) can also be necessary to achieve the final desired results.
• Applicable industrial specifications would include SAE AMS 2773 and AMS 2774.