BE463761A - - Google Patents

Description

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  Alliage usinable résistant à la chaleur, à utiliser notamment comme matériau de résistance électrique pour hautes températures, 
Jusqu'ici ce sont surtout deux types principaux d'alliages résistant à chaud qui ont été utilisés comme matériau de résistance et pour la fabrication de détails de construction exposés à de hautes températures. 



   L'un des ,types d'alliages consiste essentiellement'en nickel et en chrome. Ces alliages ont le caractère austénitique et possèdent par zonséquent une bonne résistance mécanique s'ils sont chauffés à de hautes températures même après un long usage. 



  Leur résistance à la chaleur est pourtant limitée et de plus ils sont attaquables par le soufre et les composés sulfurés. 



   L'autre type principal d'alliages résistant à chaud consiste en alliages ayant un caractère ferritique, et ces alliages 

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 contiennent du fer et du chrome et si l'on veut, une addition d'aluminium, de cobalt et de nickel. De plus, ils contiennent de petites quantités de silicium, de manganèse et d'autres substances normalement présente dans l'acier sous forme d'impuretés. La résistance à la chaleur du type contenant du cobalt surpasse en particulier fortement celle des alliages austénitiques. Les alliages ferritiques pourtant, présentent le défaut d'être enclins à accroître fortement leur grain aux températures élevées. Ceci a le désavantage que le métal devient cassant après un chauffage prolongé et particulièrement après le refroidissement à température ordinaire. 



   Afin de diminuer la tendance d'accroissement de grain, il est possible de modifier le type d'alliage de manière qu'étant chauffé et refroidi, il passe par une ou plusieurs phases de transformations, au cours desquelles la structure du grain est régénérée. 



   Des expériences ont d'ailleurs montré qu'à la suite d'une   addition   de particules extrêmement fines aux alliages sus-nommés de type   ferritique   et qui ne sont pas dissoutes en quantités appréciables même par chauffage à haute température, la tendance à accroître la grosseur des grains peut être diminuée ou entièrement évitée. Ceci toutefois, à la condition que les particules apparaissent en grand nombre et qu'elles soient uniformément réparties à travers toute la composition ferritique de base. 



  Ces particules doivent être des oxydes, des carbures ou des sulfures. 



   Par particules du type mentionné ci-dessus on entend celles qui ne subissent aucun changement lrosqu'on les chauffe à de hautes températures et qui n'arrivent pas à se dissoudre dans la composition ferritique de base. La condition pour atteindre l'effet désiré est que les particules se maintiennent inchangées dans   l'alliage   même aux plus hautes températures utilisées, au moment où l'accroissement des grains atteint son maximum. 



   L'addition de ces particules peut s'effectuer dans l'alliage 

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 fondu, ou bien les particules peuvent être mélangées aux allia- ges par la voie de la métallurgie des poudres si l'alliage est préparé sous forme d'agglomérés.Dans les deux cas les particules peuvent être ajoutées toutes préparées sous une forme extrêmement divisée. 



   Dans le procédé métallurgique par fusion les particules peuvent aussi être obtenues sous forme séparée dans la composition de base en ajoutant les éléments de base composant les particules à la masse fondue en quantité convenablement proportionnée et en relationstoechiométrique les uns avec les autres. 



   Si les particules sont par exemple constituées d'oxydes, on peut ajouter un métal formant un oxyde résistant après qu'une quantité d'oxygène convenablement proportionnée a été introduite dans la masse fondue, le produit de réaction étant alors obtenu sous forme d'oxydes finement divisés. L'accroissement de la teneur en oxygène dans la masse fondue peut être réalisé en utilisant une scorie riche en oxydes, en souflant de l'oxygène en ajoutant des produits qui cèdent de l'oxygène, ou en donnant à l'atmosphère, contenant de l'oxygène et'qui entoure la masse fondue, une pression plus élevée. 



   .Les deux méthodes, c'est-à-dire l'addition de produit fini à la masse fondue ou la formation de composés dans la masse fondue peuvent être combinées entre elles. 



   Comme substances formant des oxydes, les métaux suivant conviennent particulièrement bien :   Li,   Be, Mg, Cas   V,   Sr, Zr, Ba,   Ce ,  'la., Ti, Th et un nombre d'autres métaux connus comme donnant des oxydes résistants. 



   Comme substances formant des carbures les métaux suivant conviennent spécialement : V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta., W, Ti, TH. 



   Comme substances formant des sulfures, les métaux suivants conviennent particulièrement :Li, Mg, Ca, Sr,   Ba,   Ce. 

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   Plusieurs des métaux sus-mentionnés, s'ils se trouvent dissous dans la composition de base, exercent une influence désastreuse sur la résistance au feue C'est pour cette raison qu'il est nécessaire qu'en pareil cas l'addition soit faite de manière que toute la quantité du métal soit consumée pour former des oxydes, des sulfures ou des carbures. 



   ,La quantité des substances additionnelles ajoutées telles quelles ou formées dans la masse fondue peut varier dans de larges limites. On utilise des quantités convenables qui dans le cas des oxydes se situent entre u,U5 et 10%; dans le cas des sulfures entre 0,075 et 10% et dans le cas des carbures entre environ u,20 et 10%. 



   La composition des alliages est principalement la suivante: chrome 10-40%, silicium 0,2- 2,5% et un ou plusieurs métaux du groupe du fer en quantité allant jusque 20% mais en n'admettant le cobalt et le nickel que pour autant que l'alliage maintienne son caractère   ferrltique.   



   Des compositions d'alliages sont mentionnées ci-dessous pour pouvoir adapter les qualités de l'invention décrite. Ces alliages sont devenus durs après un chauffage de 100 jours à 1200 C Tableau 1. 
 EMI4.1 
 
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<tb> 



  Nr <SEP> C <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Co <SEP> Ni <SEP> O2 <SEP> S <SEP> Restant <SEP> Fe
<tb> la <SEP> il.05 <SEP> 1 <SEP> 22 <SEP> 4. <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0.103 <SEP> - <SEP> il.45 <SEP> Ce <SEP> Reste
<tb> 2a <SEP> 0.35 <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP> 5.5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.5Nb <SEP> + <SEP> 1. <SEP> 1 <SEP> Ti <SEP> "
<tb> 3a <SEP> 0;

  L5 <SEP> 0.5 <SEP> 30 <SEP> 6.0 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.100 <SEP> - <SEP> 0. <SEP> 25 <SEP> Ca <SEP> + <SEP> 2. <SEP> 4 <SEP> Ta <SEP> "
<tb> 4a <SEP> 0.90 <SEP> 1.5 <SEP> 20 <SEP> 5.0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 3.75 <SEP> V <SEP> "
<tb> 
 
 EMI4.2 
 5a 0.202.525 - - - - 0.15 0.1132g +1.5 Nb Il 6a 0.15 2 s5 28 - - - 0.05 - 0.43Ba + 2.4 Ta Il 7a 0.15 2.0 30 - - 2.0 0.10 - 0.25Ca + 0.65 V " 
 EMI4.3 
 
<tb> 
<tb> 8a <SEP> 0.23 <SEP> 1.5 <SEP> 20 <SEP> 8.5 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 3.5 <SEP> W <SEP> "
<tb> 9a <SEP> 0.50 <SEP> 2.5 <SEP> 40 <SEP> 9. <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> - <SEP> - <SEP> 3.8 <SEP> Zr <SEP> "
<tb> 10a <SEP> 0.30 <SEP> 1.4 <SEP> 20 <SEP> 5.

   <SEP> 5 <SEP> 1.2 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2.25Nb <SEP> + <SEP> 0.4 <SEP> Ti <SEP> "
<tb> @
<tb> 
 

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Par analogie on peut mentionner que des alliages répondant aux analyses suivantes étaient cassantsaprès un chauffage de deux heures à la même température. ' Tableau II. 
 EMI5.1 
 
<tb> 
<tb> 



  Nr <SEP> C <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Co <SEP> Ni <SEP> O2 <SEP> S <SEP> Restant <SEP> Fe
<tb> 1b <SEP> 0.05 <SEP> 1 <SEP> 22 <SEP> 4.5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Reste
<tb> 2b <SEP> 0.25 <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP> 5.5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 3b <SEP> 0.15 <SEP> 0.5 <SEP> 30 <SEP> 6.0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 4b <SEP> 0.90 <SEP> 1.5 <SEP> 20 <SEP> 5.0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 5b <SEP> 0.20 <SEP> 2.5 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 6b <SEP> 0.30 <SEP> 2.5 <SEP> 28 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 7b <SEP> 0.15 <SEP> 2.0 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2.0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 8b <SEP> 0.23 <SEP> 1.5 <SEP> 20 <SEP> 8.5 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 9b <SEP> 0.50 <SEP> 2,

  5 <SEP> 40 <SEP> 9.0 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 10b <SEP> 0.30 <SEP> 1.4 <SEP> 20 <SEP> 5.5 <SEP> 1.2 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 
 
La dureté de ces alliages a été examinée à l'aide d'une épreuve par flexion conformément à DIN   DVM   1211. Les essais furent faits sur des fils ayant un diamètre de 3mm courbés sur un cylindre ayant un diamètre de 20mm   jusqu'à   ce que la rupture se produise. 



   Ci-dessous figure un troisième tableau montrant certains tests de flexion réalisés avec des alliages suivant les tableaux L et 2, montrant la grande différence de dureté produite en ajoutant les additions sus-mentionnées. Tous les essais ont été portés durant 100 jours à 1200 C dans les mêmes conditbns. 



  Tableau III. 
 EMI5.2 
 
<tb> 
<tb> 



  Dimension <SEP> de <SEP> grain <SEP> Dimension <SEP> de <SEP> grain
<tb> Pliage <SEP> Blasse <SEP> Surface, <SEP> Angle <SEP> Alliage <SEP> Classe <SEP> Surface <SEP> Angle
<tb> grain <SEP> section <SEP> flexion <SEP> grain <SEP> section <SEP> flexion
<tb> JKA <SEP>   <SEP> JKA <SEP>  
<tb> la <SEP> 14 <SEP> 16. <SEP> 300 <SEP> 30  <SEP> lb <SEP> 20 <SEP> 1.049.000 <SEP> 0 
<tb> 3a <SEP> 10 <SEP> 1.000 <SEP> 1809 <SEP> x <SEP> 3b <SEP> 21 <SEP> 2.097.000 <SEP> 0 
<tb> 6a <SEP> 9 <SEP> 500 <SEP> 180  <SEP> x <SEP> 6b <SEP> 17 <SEP> 131.000 <SEP> 15 
<tb> 10A <SEP> 10.5 <SEP> 1.400 <SEP> 1809 <SEP> x <SEP> 10B <SEP> 19. <SEP> 5 <SEP> 728.000 <SEP> 10 
<tb> 
 

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 x) Il a été possible après une flexion complète à 180  de   joindre   les extrémités sans rupture. 



   On a également proposé d'ajouter de l'azote aux alliages contenant du niobium afin de former des nitrures, qui servi- raient d'amorces ou de points à introduction pour la formation des cristaux. Toutefois il a été prouvé que l'effet obtenu lors de la formation d'amorces au cours de la fonte est à nouveau perdu durant le traitement suivant. C'est pourquoi le produit final ne présente pas la même structure granulaire que la fonte. Ainsi que les inventeurs l'ont établi, les ni- trures n'ont pas les mêmes effets avantageux que les oxydes, les carbures et les sulfures., 
De pous, 11 est connu d'ajouter de petites quantités de métaux alcalino-terreux aux alliages* Ceci se traduit par une amélioration de la résistance à la chaleur en formant une couche protectrice à la surface du métal consistant en mixtes cristaux,ayant une haute température de fusion.

   Dans cette méthode connue il n'est toutefois pas question de retarder la vitesse d'accroissement des grains à haute température. 



  Cet effet ne peut pas être réalisé par cette méthode car la quantité d'oxyde alcalino-terreux ainsi formée est trop fai- ble pour produire un tel effet. Du fait que le pourcentage de l'oxygène dans l'acier est très faible, on ne peut former que de très minimes quantité d'oxydes. 



   Afin d'obtenir l'effet signalé dans l'invention il est nécessaire, lorsqu'on utilise des oxydes, d'ajouter des oxydes tout préparés en quantités suffisantes ou d'accroître de manière artificielle le pourcentage d'oxygène dans la masse fondue afin qu'une quantité suffisante d'oxydes puisse être formée à l'aide du métal ajouté. 



   Revendications. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. ------------------- 1. Alliages résistant à chaud, essentiellement ferriti- ques, formés de 10-40% Cr, 0,2-2,5% Si ainsi que d'un ou plusieurs <Desc/Clms Page number 7> métaux du groupe du fer en quantités allant jusque 80%, le Co et le Ni n'étant présents qu'en quantités telles que l'alliage conserve sa structure ferritique, et de préférence O,L-9% Al, caractérisés en ce qu'ils contiennent de fines particules d'oxydes, de carbures ou de sulfures, qui sont stables dans la composition ferritique, et en quantités telles que heur disposition à accroître les grains. à haute température soit fondement réduite.

   2. Alliages suivant la revendication 1, caractérisés en ce que les fines particules consistent en des oxydes de l'un ou plusieurs des métaux Li, Be, Mg, Ca, V, Ti, Zr, Sr, Ba, Ce, Ta, Th en quantité totale ne dépassant pas environ 10%.

   3. Alliages suivant la revendication 1, caractérisés en ce que les fines particules consistent en des carbures de l'un ou de plusieurs des métaux Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, w, Th en quantité totale ne dépassant pas environ 10%.

   4. Alliages suivant la.revendication. 1, caractérisés en ce que les fines particules consistent en des sulfures de l'un ou de plusieurs des métaux Li, Mg, Cr, Sr, Ba, Ce et en quantité totale ne dépassant pas environ 10%.

   5. Alliages suivant la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils contiennent de fines particules de deux ou de plusieurs sortes,conformément aux revendications 2-4 en - quantité totale ne dépassant pas environ 10%.

   6.Méthode de préparation des alliages mentionnées aux revendications 1-4, caractérisés en ce que les particules, à l'état tout préparé et en division extrêmement fine sont ajoutées à l'alliage fondu ou mélangées à l'alliage selon la manière de la métallurgie des poudres lorsque les alliages sont produits sous forme d'agglomérats* 7. Méthode suivant la revendication 6 en utilisant la méthode métallurgique par fusion, caractérisée en ce que les composés de base des fines particules sont ajoutées à <Desc/Clms Page number 8> la masse fondue en quantités proportionnées et en relation stoechiométrique les unes avec les autres.

   8. Méthode de préparation des alliages suivant la revendication 2 d'après les revendications 6-7 en utilisant la méthode métallurgique par fusion les alliages contenant les particules sous forme d'oxydes finement divisés,caractérisée en ce que un métal formant un oxyde résistant est ajouté après que la masse fondue a reçu une quantité convenable d'oxygène.

   8. Méthode suivant la revendication 8 caractérisée en ce que la teneur en oxygène de la masse fondue est augmentée par l'emploi d'une scorie riche en oxyde , en soufflant de l'oxygène dans la masse fondue ou en donnant à l'atmosphère qui entoure la masse fondue une pression plus élevée.

   10. Alliages résistant à chaud suivant les revendications 1-5 sous forme de matériau de résistance pour chauffage élec- trique.

   11. Alliages résistant à chaud suivant les revendications 1-5 sous forme de détails mécaniques dans des fours, des machines ou des appareils travaillant à haute température.