BE466191A - - Google Patents

Description

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  Alliages possédant aux températures élevées une bonne résistance à la corrosion et une résistance élevée au fluage . 



   Il existe une demande pour des alliages possédant, aux températures élevées, à la fois la résistance à la corrosion et une résistance élevée au fluage, en même temps que de bonnes propriétés mécaniques générales. Ils sont, en particulier, nécessaires pour la fabrication d'articles et de pièces soumis à des tensions aux tempéra- tures élevées, c'est-à-dire à des températures de l'ordre de 600 C. et plus . L'expression "soumis à des tensions" comprend celles engendrées dans l'article ou pièce par son 

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 propre poids. 



   L'invention comprend, pour la fabrication d'articles et de parties de ceux-ci soumis en service à des tensions à des températures élevées, l'utilisation d'alliages conte- nant à la fois du chrome et du nickel, conjointement avec une petite quantité de carbone et l'un, au moins , des élé- ments capables de former des carbures qui sont letitane, le niobium, le molybdène , le glucinium, le tungstène, et le   vanadium .   L'invention comprend aussi un traitement thermique approprié de l'alliage (ou, plus généralement, de l'article ou pièce). 



   Les compositions de base auxquelles se réfère l'inven- tion sont celles contenant de 20 à   95 %   de nickel, de 5 à 30 % de chrome, de 0 à 20   %   de cobalt et de 0 à 60 % de fer. 



  Il peut exister aussi d'autres éléments (par exemple du   silicium,   du manganèse et del'aluminium)   jusqu'à   une quan- tité totale de 10 %, et de petetes quantités de métaux des terres rares, de métaux alcalino- terreux et un ou plusieurs deh éléments suivants : phosphore, arsenic, antimoine et tan- tale . Entec ces limites de composition de base, l'alliage est choisi compte tenu des propriétés mécaniques générales requises et du genre de corrosion à laquelle l'article, ou pièee, doit résister pour la durée de service prévue . 



  Les considérations dont il y a lieu de tenir compte sont bien connues et ne seront pas exposées ici. 



   L'invention peut être avantageusement appliquée aux alliages ayant comme composition de base sensiblement 80 % de nickel et 20 % de chrome, lesquels sont bien connus pour leur capacité de résistance à la chaleur età la corro- sion. 



   En second lieu, l'alliage doit contenir de 0,05 à   0,5 %   de carbone et un ou plusieurs des éléments capables de 

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 former des carbures dans les proportions   suivantes :   de 0,02 à 1,5 % de titane, de 0,05 à 5 % de niobium, de 0,05 à 10 % de molybdène, de 0,05 à 5 % de tungstène, de 0,05 à, 5 % de glucinium ou de 0,05 à   5 %   devanadium. Le titane est l'élément préféré. 



   Voici des exemples d'alliages réalisés conformément à l'invention : a) alliage nickel-chrome 80/20 avec 0,35   % de   titane et 0,10 % de carbone; b) 40 % de   nickel,' 20     %   de chrome, 40 % de fer avec 0,14 % de carbone et 0,2 % de titane; c) alliage nickel-chrome 80/20 avec 0,16 % de carbone et 1,2 % de niobium; d) alliage nickel-chrome 80/20 avec 0,17 % de carbone et 1,2 % de   molybdène:     . e)   alliage nickel-chrome 80/20 avec 0,08 % de carbone et 2,2 % de tungstène; f) alliage nickel-chrome 80/20 avec 0,11   %   de carbone et 1,1 % de vanadium. 



   Il y a lieu de noter que dans les alliages ayant la composition définie ici, il existe une phase qui entre en solution solide aux températures élevées et que, à une température donnée quelconque, on peut approcher d'un état d'équilibre pour lequel aucune quantité nouvelle de la phase n'entre en solution; lors d'un réchauffage subsé- quent à des températures plus basses (mais encore élevées), la phase dissoute précipite, ce phénomène étant connu sous le nom de trempe par précipitation.

   Que la résistance au fluage soit, ou non, en relation avec le durcissement      résultant de la trempe par précipitation, on a constaté que pour produire la meilleure résistance au fluage, il est nécessaire de maintenir l'alliage (ou bien l'article 

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 ou la pièce) à une température élevée (d'au moins 1075 C) pendant un temps assez long pour que l'équilibre à la tem- pérature en question soit effectivement atteint. On refroi- dit ensuite la matière avec une rapidité suffisante, à par- tir de cette température, pour maintenir la solution formée par le chauffage, le procédé de refroidissement   dépendant   des dimensions de l'article ou pièce soumis au traitement. 



  C'est ainsi que lorsque les dimensions de l'article ou piè- ce traitée sont faibles, par exemple dans le cas de barres d'un diamètre allant jusqu'à 15,8 mm. , le refroidissement dans l'air peut   'être   suffisamment rapide, mais que, pour des dimensions plus grandes la trempe  à   l'eau ou à l'huile doit être employée car c'est seulement par un tel refroidis- sement rapide à partir de la température élevée utilisée pour provoquer la dissolution de la phase   précipitable  que l'on obtient ultérieurement les propriétés désirées de bonne résistance au fluage. 



   Les températures auxquelles doit être chauffé l'allia- ge (ou bien l'article ou pièce) varient dans une   oortaine   mesure avec la composition de l'alliage; mais on a   ohservé   qu'en général l'alliage (ou bien l'article ou pièce) devait être chauffé à une température inférieure au solidus et aussi près de celui-ci que cela est pratiquement possible dans les conditions de fabrication. Par exemple , dans le cas d'alliages de baseformés de 80 % de nickel et de20 % de chrome et contenant, par exemple, 0,4 % de titane et 0,12 de carbone, une température de l'ordre de 1225 C. est désirable et l'alliage doit être maintenu à cette tempéra- turependant un temps assez long pour assurer une dissolu- tion sensiblement complète de la phase   précipitable ,soit   pendant une heure ou davantage .

   Si l'on utiliseune tem- pérature plus basse, par exemple   11500C. ,   les résultats 

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 obtenus ne sont pas aussi bons, même si l'alliage est mainte nu à cette température pendant un laps de temps plus long, par exemple pendant deux heures ou plus . Avec les alliages auxquels s'applique l'invention, il est nécessaire ddutili- ser une température de 1075  C. ou une température plus éle- vée pour obtenir les résultats désirés. 



     L'addition, à   des alliages ayant les compositions de base en question, d'éléments formant des   catbures   est déjà connue, mais dans ceux des procédés antérieurement proposés, qui concernaient les alliages destinés à être utilisés aux températures élevées, les traitements thermiques décrits ne comportaient pas le chauffage à des températures attei- gnant   10750C   qu On a trouvé nécessaires .

   D'autres procédés antérieurs, décrits dans les brevets britanniques n  495.562 et n  504.864, comprenaient des traitements de durcisse- ment par p.récipitation dans lesquels la trempe peut se faire à partir de températures supérieures à. 1075 C., mais ces traitements concernaient la fabrication d'articles qui doivent avoir un module d'élasticité constant et une limite élastique élevée, comme, par exemple, des ressorts destinés à être utilisés entre les limites de température déterminées par des conditions climatiques , Il n'y a pas de relation connue entre les propriétés élastiques d'un al- liage et ses propriétés de fluage et , pour autant qu'on le sache, la découverte formant la hase de la présente in- vention, à savoir que par la corrélation de la composition de l'alliage et de son traitement thermique,

   on obtient de remarquables propriétés de fluage, est entièrement nouvelle et la fabrication, à partir d'alliages ayant les compositions susvisées et ayant subi le traitement thermique décrit, d'articles et de parties de ceux-ci soumis, en service, à des tensions aux températures élevées , est nouvelle aussi. 

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   Dans la mise en oeuvre de la présente invention,le dernier salade de la fabrication de l'article, ou pièce, peut être un travail à chaud et peut être exécuté à une température assez élevée pour assurer une dissolution ef- fectivement complète de la phase précipitable; lorsqu'il en est ainsi, le chauffage séparé, tel qu'il a été décrit plus haut, pour provoquer la dissolution de cette phase peut être supprimé. 



   Après refroidissement, on peut réchauffer l'article à la température à laquelle il devra résister en service, ou à une température supérieure, pour stabiliser les proprié- tés de l'alliage . Par exemple, si la température de service doit vraisemblablement être de l'ordre de 650 C., on pourra réchauffer l'alliage à une température telle que   750 c.   Par contre, si la résistance maximum au fluage n'est pas requise initialement, un réchauffage séparé peut être supprimé ,car on peut obtenir les propriétés désirées en mettant en service l'article ou pièce. 



   Si la résistapce au choc (sur léprouvette entaillée) doit être élevée , on peut avantageusement traiter les alliages de manière appropriée pour supprimer les films   inter cri stallinwde   carbure . De plus, pour certains usages le fluage total est plus important que la vitesse de fluage, ce qui fait que, lorsqu'un fluage total faible est  t spéci-   fié, on peut avantageusement soumettre les alliages à un traitement réduisant le fluage initial caractéristique et rapide qui se produit normalement en service .

   Par exemple, avant leur mise en service, les alliages peuvent être main- tenus pendant un certain temps à la température à laquelle ils seront soumis en. service, ou à une température voisine ; on peut aussi les déformer de manière permanente en les soumettant à des tensions soit à la température ordinaire, soit, de préférence,   à   une température élevée, par   exemple Il /   

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 à celle à laquelle ils se trouveront soumis en service, ou à une température voisine. Une telle déformation perma- nente peut consister, par exemple, en un allongement de 20 % ou plus .

   Il y a lieu de noter, toutefois, que ue traitement n'a rien de commun avec le sévère travail è froid que l'on combine parfois avec le durcissement par précipitation pour développer des propriétés dans les al- liages , comme c'est le  eas ,   par exemple, dans les bre- vets britanniques cités plus haut, car l'effet avantageux du travail à froid est perdu, dans une large mesure, lorsque l'alliage est maintenu à des températures élevées pendant une période de temps considérable . 



   L'invention est particulièrement utile dans la fabri- cation de moteurs à combustion interne (notamment d'organes de moteurs d'aviation), de pièces de turbines à vapeur ou d'autres moteurs importants, de parties de fours et d'autres pièces soumises à des tensions à des températures élevées. 



  Mais l'invention est surtout de grande valeur dans la fa- brication depièces de turbines à gaz. 



   REVENDICATIONS. 

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

Claims (1)

1. -------------- 1. Procédé de fabrication d'articles, ou de parties de ceuxkci soumis à des tensions à température élevée, caractérisé en ce qu'on part d'alliages. contenant de 20 à 95 % de nickel, de 5 à 50 % de chrome, de 0 à 20 % de cobalt et de 0 à 60 % de fer, avec , ou sans, d'autres éléments faisant au total 10 %, conjointement avec de ' 0,05 à 0,5 % de carbone et un ou plusieurs des éléments suivants capables de former des carbures, dans lespropor- tions suivantes .

   de 0,02 à 1,5 % de titane, de 0,05 à 5 % de niobium, de 0,05 à 10 % de molybdène, de 0,05 à 5 % detungstène , de 0,05 à 5 % de vanadium, de 0 ,05 à 5 % de glucinium, l'article, ou part'ie d'article susvisé étant <Desc/Clms Page number 8> en l'état résultant d'un chauffage à une température d'au moins 10750C. pendant un temps assez long pour que l'équi- libre soit effectivement atteint à la température en ques- tion, ledit chauffage étant suivi d'un refroidissement suf- fisamment rapide, à partir de la température précitée,pour que la solution formée par le chauffage soit maintenue.

   2. Elément d'un moteur à combustion interne, élément d'une turbine à gaz ou à vapeur ou d'un autre moteur ou élément d'un four caractérisé en ce qu'il est constitué de 5 à 30 % de chrome, d e O à 20 % de cobalt et de 0 à 60 % de fer, avec, ou sans, d'autres éléments faisant au total 10 %, conjointement avec de 0,05 à 0,5 % de carbone et un ou plusieurs des éléments suivants capables de former des carbures, dans les proportions suivantes :

   de 0,02 à 1,5 % de titane,6. de 0,05 à 5 % de niobium, de 0,05 à 10 % de molyb- dène, de 0,05 à 5 % detungstène, de 0,05 à 5 % devanadium, de 0,05 à 5 % de glucinium, l'article, ou partie d'article susvisé étant en l'état résultant d'unc.hauffage à une température d'au moins 1075 C. pendant un temps assez long pour que l'équilibre soit effectivement atteint à la tempé- rature en question, ledit chauffage étant suivi d'un re- froidissement suffisamment rapide, à partir de la températu- re précitée pour que la solution fermée par le chauffage soit maintenue.

   3. Procédé ou élément selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alliage de ba- se' à comme composition sensiblement 80 % de nickel et 20 % de chrome.

   4. Procédé ou élément selon l'une ou l'autre des reven- la température de dications 1 à 3, caractérisé en ce que/l'article ou partie d'article, est de l'ordre de 1225 C.

   5. Procédé ou élément selon l'une ou l'autre des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'on obtient la stabilisation des propriétés de l'alliage en réchauffant l'article, ou partie d'article, avant sa mise en service, @ <Desc/Clms Page number 9> à une température égale ou supérieureà celle qu'il devra supporter en service.

   6. Procédé ou élément selon l'une ou l'autre des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que pour ré- duire le fluage initial en service, on fait subir à l'article, ou partie d'article, avant de le mettre en ser- vice, avec ou sans chauffage, une déformation permanente en le soumettant à des tensions.

   7. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, appliqué à la fabrication dx d'éléments de turbines à gaz.

   8. Eléméne de turbine à gaz conforme aux éléments suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6.