BE471484A

BE471484A -

Info

Publication number: BE471484A
Authority: BE

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Perfectionnements aux alliages r4sistant aux hautes températures. 



   La présente invention est relative aux alliages ferreux et plus particulièrement aux alliages ferreux pouvant être utili- sés avec efficacité aux températures élevées, telles   aue   celles règnant dans les cylindres et les conduits d'échappement des moteurs à combustion interne ou dans les aubages des turbines à gaz. 



   On connaît depuis un certain temps déjà les alliages fer- reux renfermant des proportions relativement fortes de chrome et de nickel et contenant aussi des pourcentages variables mais plus faibles soit de tungstène, soit de molybdène soit de colom- bium et on les a utilisés dans les applications qui nécessitent une grande résistance aux températures de l'ordre de celles in-   diquées   ci-dessus,   c'est-à-dire   comprises entre 540 et 870 C. 



  Ces alliages actuellement connus présentent l'un des inconvénients suivants ou tous à la fois: résistance insuffisante aux hautes 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 températures; manque de stabilité structurale, c'est-à-dire qu'ils risquent de présenter une cassure soudaine de fragilité impossibilité de fabrication par les procédés industriels or- dinaires. 



   D'un autre côté, les additions de chrome et de nickel aux alliages ferreux augmentent la résistance à l'écaillage et à la corrosion aux hautes températures; la présente invention vise la production d'un alliage ferreux renfermant du chrome et du nickel et caractérisé par sa résistance aux températures élevées. 



   Un autre objet consiste en un alliage ferreux   rsistant   à la tempérsture, présentant une structure stable même lors- qu'il est soumis à des températures de l'ordre de 540 à 870 C, et caractérisé par sa résistance à ces températures. 



   Un autre objet consiste en un alliage ferreux résistant à chaude présentant une structure stable et de travail facile par forgeage, laminage et/ou usinage. 



   Ces objets et caractéristiques de l'invention ainsi que d'autres sont réalisés au moyen d'un alliage ferreux contenant à la fois du chrome et du nickel en proportions appréciables et contenant des additions simultanées de tungstène, de molybdè- ne et de colombium en proportions sensiblement égales. 



   Afin de définir d'une manière plus spécifique la pré- sente invention, on indique que l'alliage suivent celle-ci com- prend les éléments suivants dans les marges de proportion indi- quées. 
 EMI2.1 
 
<tb> 



  Carbone <SEP> 0,20-0,60
<tb> 
<tb> Chrome <SEP> 12,00-22,00
<tb> 
<tb> Nickel <SEP> 10,00-30,00
<tb> 
<tb> Molybdène <SEP> 2,00-6,00
<tb> 
<tb> Tungstène <SEP> 2,00-6,00
<tb> 
<tb> Colombium(Niobium) <SEP> 2,00-6,00
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 la différence étant du fer et les impuretés usuelles en pro- portions ordinaires. 



   On peut remarquer à propos de l'alliage défini ci-dessus qu'il est tout à fait difficile de séparer le colombium du tan- tale et que par suite de faibles quantités de tantale peuvent vraisemblablement être présentes dans l'alliage. Le ferro- colombium du commerce est d'ordinaire spécifié comme renfermant environ   65%   de colombium et jusqu'à   5% de   tantale de sorte que la quantité de tantale ordinairement présente dans un alliage contenant environ 4% de colombium est d'ordinaire supérieure à ce que l'on peut nommer des traces. C'est pourquoi il faut in- clure le tantale comme impureté dans l'alliage ci-dessus défini. 



   Dans le cours des essais qui ont servi à la démonstra- tion de la présente invention on a réalisé plusieurs centaines de coulées par courants d'induction et les résultats de ces coulées ont été soumis au forgeage, au laminage et aux essais en vue de déterminer leurs propriétés de résistance à la cha- leur et leur résistance à une température d'environ 815 C. Tous les alliages comprenant les constituants définis ci-dessus dans les marges indiquées, ont fait preuve d'une résistance supérieu- re à haute température, aux alliages de la   tecbniaue   ant4rieure. 



  Ils sont caractérisés aussi par leur stabilité structurale et sont plus faciles à fabriquer par les procédés ordinaires d'aciérie, que les alliages connus, ou que les alliages nouveaux comprenant les alliages mais dans lesquels les proportions de molybdène, de tungstène et de colombium se trouvaient en dehors des limites indiquées, ou ne se trouvaient pas dans un rapport équilibré. 



   La caractéristique la plus significative et importante de l'invention réside dans le fait que l'alliage objet de celle- ci ne contient pas seulement les trois éléments molybdène, tungstène et colombium mais qu'il contient ces éléments dans un rapport sensiblement équilibré. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



   Dans le tableau suivant on indique un certain nombre d'alliages, surtout avec l'intention de faire ressortir l'intérêt et l'importance de cet équilibrage des proportions des consti- tuants molybdène, tungstène et colombium. Ce tableau montre que la résistance la plus élevée à la chaleur est obtenue à l'aide de la coulée 5495 bien que le tableau montre aussi que les variations de la proportion de l'un des constituants molyb- dène, tungstène ou colombium, à l'intérieur des marges indi- quées plus haut, donnent un alliage très intéressant du point de vue de sa résistance, aux températures élevées, pourvu que chacun des deux autres constituants soit présent également. 



   . TABLEAU ------------- Temps., nécessaire à la rupture à 815 C sous des charges de   1225   et 1050 kg/cm2 de coulées expérimentales à teneurs variables en molybdène, tungstène et colombium. 



   A. Coulées à teneur variable en molybdène 
 EMI4.1 
 
<tb> -----------------------------------------------------------------
<tb> 
 
 EMI4.2 
 ¯..¯ ¯¯¯¯ ¯ Dur'e nécessaire 
 EMI4.3 
 
<tb> à <SEP> la <SEP> rupture, <SEP> en
<tb> 
<tb> Coulée <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> W <SEP> Cb <SEP> heures
<tb> 
 
 EMI4.4 
 ldgêi 1225 ¯¯¯¯ ¯ ¯¯¯ ¯¯ ¯¯ ¯ ¯¯¯¯¯¯¯ kgLçn2,-kom2,.¯ 5628.... z45 14,00 20,00 0,00 4,00 4,00 169 48 
 EMI4.5 
 
<tb> S629.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 1,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 406 <SEP> 90
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> S630.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 2,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 789 <SEP> 130
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> S631.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 3,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 9?0 <SEP> 145
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 5495....

   <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 1.042 <SEP> 295
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> S632.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 5,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 651 <SEP> 172
<tb> 
 B. Coulées à teneur variable en tungstène. 
 EMI4.6 
 
<tb> 



  ------------------------------------------------------------------
<tb> 
<tb> Durée <SEP> nécessaire
<tb> 
<tb> à <SEP> la, <SEP> rupture, <SEP> en
<tb> 
<tb> Coulée <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> W <SEP> Cb <SEP> heures
<tb> 1050 <SEP> 1225
<tb> 
 
 EMI4.7 
 ¯¯ ¯ ¯¯ kgm2 k cm2 5633....y'0,45 14,00 20,00 4,00 0,00 400 "304 58 
 EMI4.8 
 
<tb> 8634 <SEP> .... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 1,00 <SEP> 4,00 <SEP> 606 <SEP> 106
<tb> 
<tb> 
<tb> S635.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 2,00 <SEP> 4,00 <SEP> 669 <SEP> 128
<tb> 
<tb> 
<tb> S636.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 3,00 <SEP> 4,00 <SEP> 589 <SEP> 151
<tb> 
<tb> 
<tb> S495.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 1.042 <SEP> 295
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> S637....

   <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 5,00 <SEP> 4,00 <SEP> 770 <SEP> 169
<tb> 
<tb> 
<tb> ------------------------------------------------------------------
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 C. Coulées à teneur variable en colombium. 
 EMI5.1 
 ------------------------------------------------------------------ 
 EMI5.2 
 
<tb> Durée <SEP> nécessaire
<tb> 
<tb> à <SEP> la <SEP> rupture, <SEP> en
<tb> 
<tb> Coulée <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> W <SEP> Cb <SEP> heures
<tb> 
<tb> 1050 <SEP> 1225
<tb> 
 
 EMI5.3 
 ¯ ¯ ¯¯¯¯¯¯ ¯¯tg±gm2 kfl/¯cm2 
 EMI5.4 
 
<tb> 8620 <SEP> .... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 0,00 <SEP> 121 <SEP> 37
<tb> 
<tb> 
<tb> S616 <SEP> .... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 1,00 <SEP> 38 <SEP> 22
<tb> 
<tb> 
<tb> S617....

   <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 2,00 <SEP> 290 <SEP> 108
<tb> 
<tb> 
<tb> S618.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 3,00 <SEP> 716 <SEP> 194
<tb> 
<tb> 
<tb> 5495.... <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 4,00 <SEP> 1.042 <SEP> 295
<tb> 
<tb> 
<tb> S619.. <SEP> 0,45 <SEP> 14,00 <SEP> 20,00 <SEP> 4,00¯ <SEP> 4,00 <SEP> 5,00 <SEP> 735 <SEP> 290
<tb> 
 
 EMI5.5 
 ------------------------------------------------------------------- 
On peut remarquer sur ce tableau que le temps de la rupture a été déterminé pour différentes températures, par exem- ple à 650 C et 705 C mais pour plus de simplicité on n'a indi- qué que le temps de rupture à 815 C. On peut dire aussi' que cet- te température caractérise la. résistance de l'alliage aux hau- tes températures. 



   Outre les résultats inscrits sur les tableaux on peut remarquer aussi que lorsque les trois constituants molybdène, tungstène et colombium sont présents dans l'alliage, l'addition de l'un d'eux jusqu'à 6% donne un alliage très   intéressant   au point de vue de la résistance aux températures élevées de la sta- bilité structurale sous des conditions variables et de ses aua- lités d'usinage. Le tableau montre que le résistance de l'al- liage aux hautes températures diminue lorsque la proportion de l'un des constituants molybdène, tungstène ou colombium est réduite au-dessous de 4%. Le même résultat est obtenu lorsqu'on augmente un de ces éléments au-dessus d'une proportion de 4.

   Il faut remarquer cependant que lorsque ces trois éléments sont présents dans l'alliage entre les limites indiquées dans le préambule, on obtient un alliage supérieur. Des résultats très intéressants sont cependant obtenus lorsque chacun des consti- tuants, molybdène tungstène et colombium est présent entre 5,00 et   5,00%   environ et en proportions sensiblement égales. 



   La teneur en carbone de ce nouvel alliage est un peu moins critique que celle des derniers constituants sus-nommés.      

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



  Les meilleurs résultats' sont obtenus au moyen des alliages dans lesquels la teneur en carbone est comprise entre 0,3 et 0,6%. Des teneurs en carbone supérieures ou inférieures à ces limites en- trainent une diminution de la résistance de l'alliage, bien que l'on obtienne encore de bons résultats pour une teneur en car- bone aussi faible que 0,20%. 



   La teneur en chrome et en nickel dans l'alliage en- traîne les résultats auxquels on peut s'attendre. Autrement dit, ces constituants augmentent la résistance à la formation d'é- cailles et à la corrosion aux hautes températures. Ils contribuent dans une certaine mesure à la résistance de l'alliage aux hautes températures. Alors que chacun des constituants chrome et nickel peut être inclus en proportions pouvant descendre jusqu'à 10% -environ, ces deux constituants doivent cependant être présents dans l'alliage en quantités suffisantes pour produire un alliage austénitique stable.Autrement dit la somme des teneurs en nickel et chrome doit atteindre   26%   environ.

   Les teneurs en nickel et   ' en   chrome que l'on a indiquées à propos du mode de réalisation préféré de l'invention, donnent les résistances maxima aux hautes températures. L'expérience a montré cependant que les écarts à partir de cette proportion ne font que modifier le degré des caractéristiques avantageuses de l'alliage. Pour cette raison, on peut envisager des conditions où une proportion plus ou moins élevée de chrome est souhaitable, et l'on peut   appor-   ter quelques changements dans l'alliage au nickel ou au chrome, en sacrifiant un peu leur résistance.

   On peut indiquer cepen- dant qu'une proportion supérieure à 20% de chrome ou 25% de nickel n'est pas nécessaire pour réaliser la résistance optimum aux températures élevées, bien que lorsque l'alliage est destin' à être utilisé pour certaines applications spéciales, on peut augmenter la teneur en chrome et en nickel au delà de ces chif- fres sans nuire aux caractéristiques essentielles de l'inven- ¯ tion, à savoir la résistance aux températures, la stabilité struc-   @   

 <Desc/Clms Page number 7> 

 turale sous des conditions variables et l'usinabilité. 



   Les résultats indiqués dans le tableau et des recherches plus poussées dans le même sens démontrent ce   qui 2   déjà été si- gnalé, à savoir que le mode de   réalisation   préféré de l'invention est constitué par un alliage ferreux contenant environ 0,45% de carbone, 14% de chrome, 20% de nickel et de molybdène et du tung- stène et du colombium en proportions égales, voisines de   4%   en- viron pour chacun. Cependant les   caractéristicues   hautement avanta- geuse de cet alliage particulier apparaissent à un degré apprécia- ble lorsque les constituants sont présents dans les proportions indiquées plus haut en premier.

   Il est à noter aussi que bien que le silicium et le manganèse ne soient pas des éléments essen- tiels dans un alliage suivant l'invention, ils peuvent être présents dans les proportions industrielles usuelles. Pour ce qui est de la teneur en silicium de l'alliage, il doit être entendu aussi qu'une certaine   quantité   est présente par suite de la présence du silicium dans les autres ferro-alliages uti- lisés pour réaliser les autres additions alliées. 



   Les alliages suivant l'invention sont facilement usina- bles dans les conditions industrielles et peuvent être aisément fabriqués par laminage et forgeage. Il faut cependant noter aussi que l'alliage est très efficace et présente ses caractéristiques avantageuses lorsqu'il est utilisé sous forme coulée. 

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

Claims

REVENDICATIONS EMI7.1 --------------------------- 1) Alliege résistant à la chaleur, contenant une pro- portion de carbone comprise entre 0,10% et 0,70% environ, une EMI7.2 proportion de chrome comprise entre 1r,00, et 20,OOf environ, une proportion de nickel comprise entre 10,00 et 30,00% envi- ron, une proportion de cobalt comprise entre 9,00% et 50,00 environ, des proportions de molybdène, de tungstène et 'de colon=- bium comprises chacune entre 2,00% et 6,00% environ, le res- tant étant pratiquement du fer. <Desc/Clms Page number 8>

2) Alliage résistant à la chaleur, contenant une propor- tion de carbone comprise entre 0,10% et 0,70% environ, une pro- portion de chrome comprise entre 12,00% et 22,00%, des quantités de nickel égales au moins à la teneur en chrome, des proportions de molybdène, de tungstène et de columbium, comprises chacune entre 2,00% et 6,00% environ, une proportion de cobalt comprise entre 9,00% et 50,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

3) Alliage résistant à la chaleur, conterant une propor- tion de carbone de 0,10% à 0,70% environ, une proportion de chrome de 12,00% à 22,00 environ, des quantités de nickel égales au moins à la teneur en chrome, des quantités sensible- ment égales de molybdène, de tungstène et de colombium comprises chacune entre 2,00% et 6,00% environ, une proportion de cobalt d'environ 9,00% à 50,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

4) Alliage résistant à la chaleur, contenant une pro- portion de carbone comprise entre 0,10% et 0,70% environ, appro- ximativement 14,00% de chrome, approximativement 20,00% de nickel, du molybdène, du tungstène et du colombium en quantités sensible- ment égales, chacun dans la proportion de 4,00% approximative- ment, une proportion de cobalt de 9,00% à 30,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

5) Alliage résistant à la chaleur, contenant une pro- portion de carbone comprise entre 0,10% et 0,70% environ, appro- ximativement 20,00% de chrome, du nickel en quantité au moins sensiblement égale à la teneur en chrome, du molybdène, du tungsène et du colombium en quantités sensiblement égales, chacun dans la proportion de 4,00% approximativement, une pro- portion de cobalt comprise entre 9,00% et 50,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

6) Pièce travaillée à chaud et recuite, faite d'un al- liage contenant une proportion de carbone comprise entre 0,10 et @ <Desc/Clms Page number 9> 0,705 environ, une proportion de chrome comprise entre 12,00% et 20,00% environ, du nickel en quantité ;au moins ,:gale sensible- EMI9.1 j,1cnt .i1 1,:, teneur en chrome, des proportions de molybdène, de tungstène et 0.0 colombium, comprises chacune entre ,00',') et 6,uuo environ sne proportion ae cobalt comprise entre 9,UU et 50,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

7) Pièce travaillée à chaud, soumise a un recuit à han- EMI9.2 te température 0t a un revenu, faite d'un aL1i:>.ge contenant t'ne proportion ue carbone comprise entre u,2w , et 0,6U; environ, Epproximativement 14,UU"; de chrome, 2,p,}roxir:ktiv6;nent O,uU;6 de nickel, une proportion de molybdène, o.e tungstène et de colon- bium, chacune, de 4,vv,:.l af)l)ro.:.U:n:.Jti v8iwnt, une proportion de cobalt comprise c entr e , 9, Ü t 5U,UU;, le restant <tan pratiquement du fer. EMI9.3 8') Pièce tra yaillêe chaud, soumise a un recuit à hau- te température et a un revenu, faite d'uri alliage contenant une proportion de carbone comprise entre 0,10% et 0,70% environ, EMI9.4 b'.pproxL,,"ti V8ment 0, (J,;;

de chrome, une quantité de nickel égale au ricins sensiblement a la teneur en chrome, der proportions de molybdène, de tungstène et de colobiu-R, cosprises chacune entre a;, 5u,r et 4., bu.J environ, une proportion de cobalt comprise entre 9,00 et bU,U0/0 environ, des proportions de J9n"nès0 et de sili- ciu comprises chacune antre J, 5<.> eL 4,uu,%, le restant 1-ti;.=1t r2- tic. cément du fer. EMI9.5

9) Alliage résistant 10 chaieur contenant une propor- tion (0 c:;ri.une C0 ll)ri S8 ente Ù, lv:}; et 0,70'? environ, une :^r0- portion de chrome comprise entre iL,iJÙ,"1 et 12,î><J"E, du nickel en quantité suffisante p'our produire un alliage austénitique stable dans les conditions D'emploi, des proportions de molybdène, de EMI9.6 tungstène et de 'c01obi:J!ll comprises ch:cane entre 1,uU.!; et 8,00'; environ, une proportion d.= cobilt comprise entre 9,ÙtJ5.1 et t,0, uu.., environ, le restant ;tint ylr'' tl. iaC Cnt du for.

10) Pièce soumise un recuit haute température et à un revenu, faite a'un alliage contenant une proportion de carbone <Desc/Clms Page number 10> comprise entre 0,10% et 0,70% environ, une proportion de chrome comprise entre 12,00% et 22,00%, du nickel en quantité suffisante pour procurre un arliage austénitique stable dans les conditions d'emploi, des proportions de molybdène,, tungstène et colombium comprises chacune entre 1,00% et 6,00% une proportion de cobalt comprise entre 9,00% et 50,00%, le restant étant pratiouement du fer.

11) Alliage résistant à la chaleur, contenant une pro- portion de carbone comprise entre 0,10% et 0,70% environ, une proportion de chrome comprise entre 12,00% et 35,00% environ, du nickel en quantité suffisante pour obtenir un alliage austé- nitique stable dans les conditions d'emploi, un pourcentage de cobalt compris entre 9,00% et 50,00% environ, des proportions de molybdène, de tungstène et de colombium, comprises chacune entre 1,00% et 10,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

12) Pièce moulée résistant à la chaleur, en un alliage contenant une proportion de carbone comprise entre 0,10 et 0,70 environ, une proportion de chrome comprise entre 12,00% et 35,00% environ, du nickel en quantité au moins suffisante pour donner lieu à un alliage austénitique stable dans toutes les conditions de l'emploi, une proportion de cobalt comprise entre 9,00% et 50,00% environ et des proportions de molybdène, de tungstène et de colombium comprises chacune entre 1,00% et 10,00% environ, le restant étant pratiquement du fer.

13) Alliage résistant à la chaleur, contenant une pro- portion de carbone comprise entre 0,10% et 0,35%, une proportion de chrome comprise entre 15,0% et 20,0% une proportion de nickel comprise entre 15,0% et 25,0%, une proportion de cobalt comprise entre 10,0% et 25,0%, une proportion de molybdène entre 2,0% et 3,5%, de tungstène entre 2,0% et 6,0%, environ 2,0% de colombium, le restant étant pratiquement du fer.

14) Alliages résistant à la chaleur, tels que décrits dans les exemples ci-dessus exposés.