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" Alliage résistant à la ohaleur "
La présente invention concerne un alliage résistant à l'oxydation aux températures élevées .
L'objet de l'invention est un alliage convenant pour la fabrication des objets coulés ou forgés qui sont exposés à s'oxyder à des températures élevées, tels que par exemple les caisses à recuire ou à cémenter ou les pièces entrant dans la construction des transporteurs, des échangeurs de température, des récupérateurs ou autres mécanismes exposés à l'action d'oxydation à des températures élevées ,
Un autre objet de l'invention est la fabrication d'un alliage convenant pour la fabrication des résistances électriques à même de fonctionner pendant longtemps à haute température .
Conformément à l'invention, on prépare un alliage de fer, de chrome et d'aluminium renfermant plus de 35 % de chrome et
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de 5 % d'aluminium et dont le restant est constitué par du fer, a en substance. La teneur en fer de l'alliage doit être plus con- sidérable que sa teneur en chrome et dans la modalité adoptée de préférence, la teneur en fer dépasse le total de la teneur en chrome et en aluminium. D'une façon générale, quand on augmente la teneur en chrome on doit également augmenter la teneur en aluminium .
La composition qui donne les meilleurs résultats pour la fabrication des éléments de résistance oomporte approximativement 37 % de chrome et 7 d'aluminium, tandisque le reste est constitué essentiellement par du fer. Les alliages renfermant approximativement ces proportions de fer, de chrome et d'aluminium sont très utiles parce que leurs points de fusion sont plus élevés que les points de fusion du fer pur ou des alliages binaires de fer et de chrome renfermant 37 % de chrome ou des alliages binaires de fer et d'aluminium renfermant 7 % d'alumi- nium .
Quand on porte dans un diagramme triangulaire, montrant la composition, les points de fusion des alliages ternaires de fer, de chrome et d'aluminium, on voit que les alliages dont la composition se rapproche de celle correspondant à 37 % de chrome et 7 % d'aluminium se caractérisent par de hauts points de fusion et qu'il existe une gamme de composition dans le voisinage de laquelle les alliages ont un point de fusion supérieur à 2.700 F et supérieur aux points de fusion des alliages ayant des compositions représentées par les points de la zone envirronnante du diagramme triangulaire. L'alliage à 37% de chrone et 7 % d'aluminium a un point de fusion supérieur à 2.825 F qui dépasse largement le point de fusion du fer.
Par suite du fait que leur point de fusion est élevé et de leur grande résistance à l'oxydation, les alliages de cette zone conviennent particu- lièrement bien pour l'usage à des températures élevées .
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Les autres éléments 'qui se trouvent d'habitude dans les aciers peuvent également se trouver en petites quantités dans ces alliages. On maintient les pourcentages de soufre et de phos- phore peu élevés comme dans les aoiers ordinaires. Le titane,à raison de 0,50 % agit comme agent raffineur de grain et améliore les propriétés physiques de l'alliage coulé. Il n'est pas néces- saire toutefois pour accroître la résistance à l'oxydation .
Bien que des alliages puissent être préparés par tous les procédés usuels convenant à cette fin, on a constaté qu'il est préférable de se servir pour leur préparation d'un four à in- tout duction à haute fréquence, On fond/d'abord le fer et le ferro- chrome ou le chrome ensemble dans un creuset en magnésie, dans un four à induction à haute fréquence et on le protège contre l'oxydation par une scorie. On a constaté qu'une scorie oomposée de chaux et de spath fluor comme liant convient à cette fin.
Avant d'ajouter l'aluminium, on peut désoxyder le bain en fusion de fer et de chrome en y ajoutant du siliçure De calcium . Quand ceci a été fait, l'alliage aohevé peut contenir jusqu'à 1/2 ou même plus de silice provenant du désoxydant, Cette désoxyda- tion avant l'addition de l'aluminium n'est pas indispensable car d'excellents résultats ont été obtenus à la fois des bains désoxydés avant l'addition d'aluminium et des bains qui ne l'ont pas été. La teneur en silicium des alliages qui n'ont pas été désoxydés par la siligure de calcium est beaucoup moindre que celle de ceux qui l'ont été .
On peut se servir de l'alliage pour en couler directement les articles que l'on désire, si ceux-ci doivent être coulés; on peut aussi le couler sous forme de lingots ou de blocs dont on se sert par la suite comme matière première pour la fabrica- tion d'objets . On peut former ou laminer à chaud ceux-ci ou les' transformer à chaud en tiges pour la formation des résistances électriques. Le ruban des résistances électriques ou les éléments
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de chauffage peuvent être fuîmes par laminage .
L'exemple spécifique qui suit donne une idée d'un alliage convenant particulièrement pour la fabrication d'une unité chauffante et des résultats qu'il a donné à l'essai. Cet alliage a la composition suivante :
EMI4.1
ar.......................37.38 AI ..................... 0. 7,03 hm ...... 0................ 0,24 C........................ 0,04 Si* .... 4....... 0. ........ 0965 % N2.......<................0068.
EMI4.2
<tb>
<tb> S <SEP> et <SEP> 2 <SEP> ......... <SEP> moins <SEP> de...0,015 <SEP> % <SEP>
<tb>
On estampe cet alliage pour en former un fil de 1/8 de diamètre que l'on soumet à l'épreuve de vie . Cette épreuve de vie consiste à chauffer le fil en y faisant passer un courant électrique pendant trois minutes et trois quarts.
On cesse alors de faire passer le courant pendant le même laps de temps pour permettre au fil de se refroidir approximativement à la température de la chambre et l'on rec-ommence l'opération. Dans .cet essai, on règle le courant automatiquement par,une cellule photo-éleo- trique en vue de maintenir constante la température à laquelle le fil est chauffé par le passage du courant. On a constaté que cette façon de procéder est nettement supérieure à celle qui consiste à faire agir sur le fil un voltage constant pendant toute la durée de l'essai.
Quand on applique un voltage constant, la température à laquelle le fil est chauffé diminue à mesure que l'essai progresse et l'essai effectué par ce procédé, non seulement ne donne pas d'indicatioin sure quant à la vie d'un fil chauffé à une température donnée, mais en outre donne des résul- tats moins reproductibles que ceux obtenus par la méthode dans laquelle le fil est chauffé à une température maintenue constan- te pendant toute la durée de l'essai .
Un fil de 1/8 en alliage de la composition ci-dessus indiquée a été éprouvé par chauffage à 2.300 F, température fond noir mesurée par le pyromètre optique sans appliquer de correc- tion pour l'émission du fil et refroidissement à la température
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de la ohambre suivant le cycle adopté pour les essais de vie.
Comme l'émmissivité du fil est moindre quecelle du fond noir, la température réelle du fil doit nécessairement avoir été supérieure à 2.300 F pour donner une radiation affectant le pyromètre optique de la même manière qu'une radiatmon de fond noir correspondant à la température de 2.300 F. Après 517 heures ou achèvement de 4.136 cycles de chauffage et de refroidissement complets, la résistance du fil avait augmenté de 14 % et l'essai était terminé .
Pour évaluer la qualité, on/considère arbitrairement la vie utile comme étant l'intervalle de temps x écoulé avant que la résistance de l'alliage augmente de 10 %. Dans l'essai ci-dessus, cette vie a été de 475 heures .
Des fils ayant les mêmes dimensions, de la meilleure qualité de nickel-chrome standard actuelle, pour résistances électriques, ont été essayés à la même température et dans les mêmes conditions; on a ainsi constaté qu'ils avaient une vie utile de 38 heures seulement. Ils ont été brûlés en 70 heures, ce qui est beaucoup moins que le temps pendant lequel le présent alliage a été essayé sans augmentation de résistance, de 10 .
Des fils de 1/8 du même alliage, essayés à 2.600 F température de fond noir ont exigé 30 à 50 heures avant que la résistance augmente de 10 % et ont duré plus de 100 heures dans cet essai . Les alliages commerciaux ci-dessus mentionnés diusponibles actuellement fondent bien au-dessous de cette température.
Dans de nombreux cas, les éléments de chauffe antérieurement disponibles sont employés à des températures si rapprochées de leur limite de séourité supérieure que lorsqu'il se produit la moindre surchauffe résultant d'un défaut du dispositif de contrôle, 'ils brûlent. Le présent alliage présente sur ces alliages l'avantage important dans la gamme des températures qu'ils peuvent atteindre du fait qu'ils ont une vie beaucoup plus longue
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et qu'ils peuvent être surchauffés sans inconvénients à une limite qui serait fatale à des résistances composées d'autres alliages.
Cet alliage possè-de même un avantage encore plus important du fait qu'il porte la possibilité d'utilisation des fours à résistances métalliques au-dessus des températures qui peuvent être atteintes sans danger avec des éléments de résistances en alliages connus jusqu'à présent .
Un alliage ayant la composition précitée a une résistance spécifique de 980 à 1. 000 ohms. par mil-pied circulaire à la température de 70 F et un coefficient de résistance à la température de 4,5 % entre 70 et 2.600 F, température du fond noir.