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" Alliage possédant aux températures élevées une bonne résistanceà la corrosion et 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 parti- culier nécessaires pour la fabrication d'articles àt de piè- ces soumis à des tensions aux températures élevées ; c'est-à- dire à des températures de l'ordre de 600 C et plus.
L'expression "soumis à des temsions" comprend celles engen- drées dans l'article du pièce par son propre poids.
L'invention comprend, pour la fabrication d'articles et de parties de ceux-ci soumis en service à des tensions
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à des températures élevées, l'utilisation d'alliages contenant du nickel conjointement avec de 1,5 à 5 % de titane . L'invention comprend également un traitement thermique approprié de l'alliage (ou plus généralement de l'article ou pièuc ).
Les compositions de base auxquelles se réfère l'invention sont celles contenant au moins 20 % de nickel, de 0 à 30 % de chrome, de 0 à 9 % de cobalt, d e 0 à 60 % de fer et de 0 à 0,25 % de carbone . Il peut exister aussi d'autres éléments (par exemple du silicium, du manganèse, du niobium, du vanadium et de l'aluminium) jusqu'à une quantité totale de 10 %, avec ou sans du molybdène et/ou du tungstène jusqu'à 20 % et de petites quantités de métaux des terres rares, de métaux alcalino-terreux et d'un ou plusieurs des éléments suivants (phosphore, arsenic, antimoine et tantale).
Dans cette gamme de compositions de base, on choisit l'alliage d'après les propriétés mécani- ques générales requises et le genre de corrosion auquel l'article ou pièce doit résister par 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 capaicité de résistance à la chaleur et à la corrosion.
Il y a lieu de tenir compte du fait que dans des allia- ges ayant la composition définie ici ,il existe une phase qui entre en solution solide à des températures élevées et que l'on peut, pour une température donnée quelconque, s'approcher d'un état d'équilibre pour lequel aucune nouvelle quantité de la phase n'entre en solution; lors
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du réchauffage ultérieur à des températures plus basses (mais encore élevées), la phase dissoute précipite, ce phénomène étant connu sous le nom de durcissement par préci- pitation .
Que la résistance au fluage soit, ou non, en rela- tion avec le durcissement qui résulte du durcissement par précipitation, on a observé que, pour produire les meilleu- res propriétés de résistapce au fluage, il est nécessaire de maintenir l'alliage (ou bien l'article ou pièce) à une température élevée (d'au moins 900 C) pendant un temps assez long pour que l'équilibre à la température en ques- tion soit sensiblement atteint. On refroidit ensuite la matière avec une rapidité suffisante, à partir de cette température , pour maintenir essentiellement la solution formée par le chauffage, le procédé derefroidissement dépendant de la dimension de l'article ou pièce soumis au traitement.
Pour obtenir ce maintien notable de la solution formée par le chauffage , il existe dans chaque cas une vitesse minimum de refroidissement que l'on peut définir par la dureté de la matière refroidie , Il ne doit pas y avoir plus de cinquante points de différence à l'échelle de dureté Vickers Diamond entre la matière refroidie etun échantillon de la même matière trempée à l'eau après le même chauffage .
Ainsi, quand la dimension de l'article ou pièce à traiter est petite, par exemple dans le cas de barres ayant au moins jusqu'à 38 mm. de diamètre, le re- froidissement à l'air est suffisamment rapide et est préfé- ré , tandis que pour de grandes pièces de forge la trempe à l'huile peut être désirable, étant donné que si l'on re- froidit lentement de telles pièces de forge de grandes dimensions à partir de la température de solution, la phase précipitable tend à se séparer sous une forme grossière et inégalement répartie.
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La température à laquelle l'alliage (ou bien l'article ou pièce) doit être chauffé varie dans une certaine mesure avec la composition de l'alliage et avec les conditions de service auxquelles il doit être soumis mais, d'une manière générale, on a constaté que, plus est élevée la température adoptée jusqu'au solidus, mais en-dessous de celui-ci, plus est faible le taux de fluage pour des températures de l'ordre de 800 C. D'autre part, dans ces alliages, comme dans d'autres alliages résistant au fluage , un faible taux de fluage peut être accompagné d'une tendance à la rupture après un petit allo gement.
Par suite , lorsqu'un allongement quelque peu plus grand que l'allongement le plus petit possible peut être toléré, il y avantage à abaisser la température de traitement de solution à laquelle est soumise aa matière. Dans tous les cas, avec les alliages auxquels se rapporte l'invention, il est nécessaire d'utiliser une température d'au moins 900 C. pour obtenir les résultats désirés.
L'addition de titane aux alliages ayant la composition générale en question est déjà connue . Dans la plupart des procédés antérieurs concernant des alliages destinés à être utilisés à des températures élevées, les traitements thermi- ques décrits ne oomportaient pas le chauffage à des tempé- ratures atteignant 900 , que l'on a reconnu nécessaire.
Le brevet britannique n 420.580 décrit la production d'un alliage durci par vieillissement possédant une charge de rupture élevée aux températures élevées par chauffage d'un alliage formé d'environ 47 % de nickel, d'environ 5 % à environ 25 % de cobalt, d'environ 1 % à environ 3 % detitane , le reste étant du fer, à une température compri- se entre 900 C. environ et 1150 C.
environ, la durcissement de l'alliage par vieillissement sefaisant à une température
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d'environ 700 C. A la différence de ce procédé, on utilise habituellement des alliages contenant seulement la quantité de cobalt qui est inévitablement introduitesous forme d'im- puretés avec le nickel, étant donné que le nickel du commet- ce contient presque toujours de petites quantités de co- balt, mais ces alliages peuvent toutefois être considérés comme sensiblement exempts de cobalt. Cependant, le cobalt n'est pas nuisible, bien que l'on puisse remarquer qu'il abaisse la solubilité du titane dans l'alliage .
On peut par suite utiliser des alliages contenant jusqu'à 9 % de cobalt, mais, lorsqu'on le fait, on s'assure que la teneur en fer ne dépasse pas 20 % parce que, bien que le nickel et le fer puissent être considérés comme des éléments interchangeables pour ce qui est de l'influence du titane sur leur résistance au fluage, le fer peut provoquer de la fragilité . Pour cette raison, on préfère qu'il n'y ait pas plus de 20 % de fer même dans les alliages sensible- ment exempts de cobalt. Bien que dans de tels alliages,la teneur en fer puissee atteindre 60%.
D'autres procédés antérieurs, y compris eelui décrit dans le brevet britannique n 504.864, comportaient des traitements de durcissement par précipitation dans les- quels la trempe peut. se faire à partir de températures supérieures à 900 C., mais ces procédés concernaient la fabrication d'articles devant avoir un module d'élasticité constant et une limite élastique élevée, comme les ressorts destinés à être utilisés entre des limites de tempe-rature fixées par des conditions climatéques.
Il n'existe pas de relation comm entre les propriétés élastiques d'un alliage et ses propriétés de fluage et, pour autant qu'on le sache, la découverte formant la base de la présente invention, à savoir que par corrélation de la composition
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de l'alliage et de son traitement thermique on obtient de remarquables propriétés de fluage , est entièrement nouvelle tt la fabrication d'articles ou de parties desdite arti- cles soumis en service à des efforts à température élevée, à partir d'alliages ayant la composition décrite et ayant subi le traitement thermique décrit, est également nouvel- le.
Il ressortira clairement de ce qui a été dit plus haut que la quantité de titane qui doit être présente dans l'alliage dépend en partie de la composition de base de ce dernier . Le chrome a le même effet que le cobalt et, lorsque la teneur en chrome est abaissée, la quantité de titane doit être également réduitepour une température de service donnée quelconque ou, autrement dit, la température de service pour laquelle convient un alliage ayant une teneur donnée en titane est abaissée.
La teneur en carbone des alliages est celle qui existe normalement dans les alliages de ce type, avec un maximum de 0,25 %. Si l'on désire de bonnes propriétés de forgeage, la teneur en carbone doit être maintenue à une valeur faible. Si l'alliage est destiné à être forgé, la teneur en titane doit aussi ne pas être trop élevée et ne pah dépasser de préférence 3,5 %.
Parmi les sources de titane habituellement utilisées à l'heure actuelle pour faire des additions de titane aux {alliages. certaines, telles que le nickelé-titane et le ferro-titane contiennent normalement de l'aluminium jusqu'à une quantité égale à environ la moitié de la teneur en tita- ne; en conséquence leur utilisation donne lieu à l'introduc- tion d'aluminium dans l'alliage .
La présence de petites quantités d'aluminium dans l'alliage final peut procurer des avantages en ce sens qu'elle conduit à une augmentation de
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la résistance au fluage des alliages aux températures éle- vées et, en fait, si la quantité d'aluminium ajoutée sous forme d'alliages de titàna est faible, des quantités addi- tionnelles d'aluminium peuvent être incorporées de manière telle que la quantité d'aluminium dans l'alliage final atteigne 5 %. D'autres modes d'addition du titane ont pour effet d'incorporer à l'alliage final de petites quantités d'autres éléments.
C'est ainsi, par exemple, que l'utilisa- tion de cuivhe-titane donne lieu à l'introduction de cuivre mais cet élément, et d'autres éléments introduits de ma- nière analogue avec les composés d'addition du titane n'ont pas d'effet nuisible marqué sur les propriétés de l'allia- ge, et , en fait, comme dans le cas de l'aluminium, ils peuvent avoir un effet avantageux sur les propriétés de fluage.
Voici des exemples d'alliages réalisés selon l'invention :
1 ) 80 % de nickel, 20 % de chrome avec 2,2 % de titahe
On a constaté que cet alliage avait une résistance au fluage hautement satisfaisante lorsqu'il est soumis à des températures de l'ordre de 750 C.;
2 ) 40 % de nickel, 20 % de chrome, 40 % de fer avec
2, 6 % de titane et 0,5 % 'aluminium . On a constaté que cet alliage avait une résistance au fluage hautement satis- faisante à des températures de l'ordre de 800 C.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, le dernier stade de la fabrication de l'article ou pièce peut être le ttavail à chaud; s'il en est ainsi, il est désirable, pour obtenir les meilleures propriétés de fluage, de réchauffetr ultérieurement l'article ou pièce à la température de solu- tion pendant une heure ou davantage afin de mettre en solu-
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tion la partie de la"phâse prér-1pitable qui aurait pu /n,Î
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précipiter aux joints des grains. Bien entendu, le refroi- dissement exécuté après ce réchauffage peut être fait de la manièredécrite ci-dessus.
Après refroidissement, on peut réchauffer l'article à une température égale ou supérieure à celle à laquelle il doit résister en service, pour stabiliser les propriétés de l' alliage . Par exemple, si la température de service doit être vraisemblablement de l'ordre de 750 C., l'allia- ge peut être réchauffé à une température de 800 C. avant d'être mise en service . Par contre, si la résistance maximum au fluage n'est pas requise initialement,on peut supprimer le réchauffage séparé, car les propriétés désirées peuvent être obtenues par la mise en service de l'article ou de la pièce.
L'invention est particulièrement utile dans la fabrica- tion des moteurs à combustion interne (et en particulier d'éléments de moteurs d'aviation), d'éléments de turbines à vapeur ou d'autres moteurs, de parties de fours et d'au- tres pièces et organes analogues soumis à des tensions aux températures élevées. Par dessus tout, l'invention est de grande valeur dans la fabrication de pièces de tar- bines à gaz.
REVENDICATIONS.
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