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malliage à base de fer-
La présente invention se rapporte à des alliages de fer destinés particulièrement a l'emploi dans les appli- cations exigeant-,une grande résistance à de très hautes températures.
L'extension continue d'appareils tels que surcom- presseurs, turbines à gaz, appareils de propulsion à réac- tion et analogues dépend de la production de métaux et d'alliages usinables qui résistent aux températures élevées auxquelles fonctionnent ces appareils. Bien qu'on ait pro- posé divers alliages pour les applications comportant des températures élevées, leur utilisation a étélimitée soit parce qu'ils ne sont pas susceptibles d'être travaillés ou usinés à chaud, soit parce qu'ils deviennent cassants @ par exposition continue aux températures élevées.
Une /ferreux des caractéristiques des métaux/fortement allies qui com-
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plique considérablement le problème est qu'à mesure que la solution solide à base de fer est plus fortement chargée en matières d'alliage en vue de l'augmentation de la résistance à haute température, la stabilité à haute température tend à diminuer de telle sorte qu'après un chauffage prolongé la matière devient trop cassante.
On a par conséquent besoin d'alliages susceptibles d'être travaillés et usinés à chaud possédant une grande résistance et une grande stabilité aux températures éle- vées et le but principal de la présente invention est de satisfair à ce besoin.
La présente invention parvient à ce but au moyen d'un alliage nouveau à base de fer contenant certaines pro- portions de nickel, de chrome, de cobalt, de tungstène et au moins un métal choisi entre le bore et l'aluminium, comme constituants principaux, avec des proportions rela- tivement plus petites, bien qu'essentielles, de manganèse, de silicium, de carbone et d'azote. Le molybdène et les impuretés généralement présentes dans les aciers de bonne qualité peuvent également e@te présentes dans cet alliage nouveau.
Spécifiquement l'alliaga de l'invention contient en poids 15 à 25 % de chrome, 2 à 25 % de nickel, 10 à 40 % de cobalt, jusqu'à 8 % de Molybdène, 0,5 à 15 % de tungs- tne, un total de 0,01 à 3 % de bore ou d'aluminium, ou des deux, la teneur en bore ne dépassant pas 1 % et la teneur en aluminium n'étant pas inférieure à 0,5 % en l'absence de bore, et jusqu'à 2 % de manganèse, jusqu'à 1 % de silicium, jusque 0,35 % de carbone, jusqu'à 0,25 % d'azote, le reste étant sensiblement tout du fer et des impuretés accidentelles, avec ou sans un total de 0,5 à 3 % de un ou plusieurs éléments tels que le niobium, le tantale, le titane et le vanadium,
la teneur de chacun des
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éléments de ce groupe étant inférieure à 2 % et la teneur /pas en titane ne dépassant/1,5 %. On peut à l'occasion dépas- @ ser légèrement les limites supérieures assignées pour les /excel- constituants secondaires. Si par exemple une/aptitude à lente être forgé n'est pas essentielle, la teneur en carbone peut dépasser 0,35 % et atteindre par exemple 1 %. D'une manière générale, pour obtenir la meilleure aptitude à être usinée à chaud, les alliages de l'invention doivent contenir de 15 à 25 % de nickel environ et de 10 à. 25 % de cobalt, et le fer doit figurer pour une proportion supérieure à la proportion de chacun des autres éléments, la teneur en fer étant comprise entre environ 25 et 55 % de l'alliage.
Il doit y avoir en tout cas au moins 5 % et de préférence au moins 10 % de fer. La teneur en bore ne doit pas dépasser de préférence 0,7 %. En l'absence de molybdène il doit y avoir au moins 7,5 % de tungstène dans l'alliage. Si le molybdène est présent, sa teneur préférée est comprise entre 0,5 et 5 %.
Les alliages dont la composition est comprise entre les limites ci-dessus sont facilement forgeables, souda- bles et usinables et, ainsi que le montrent les essais, ont une résistance et une stabilité à haute température remarquablement élevée, par exemple 648 C et davantage.
On peut destiner au fonctionnement sous de forten tensions pendant une période prolongée à 81500 et sous des tensions moins fortes pendant un temps modéré mais à des tempé- ratures un peu plus élevées les parties de machines fa- briquées au moyen de ces alliages. L'invention comprend des articles coulés ou usinés à chaud et des articles soudés destinés aux emploie aux températures élevées et formés de ces alliages.
Un essai très utile de détermination de la conve- nance des métaux et alliages aux applications à, hautes températures et l'essai dit de rupture à la traction. Dans
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cet essai on soumet chacun des échantillons d'une matière donnée à une traction mesurée à une température élevée donnée, et l'on note le temps exigé pour la rupture de l'échantillon dans ces conditions de température et de traction. On trace alors une courbe au moyen de ces don- nées en portant les temps en abaisses et les tractions en ordonnées. La courbe ainsi établie pour la matière essayée montre pour une température déterminée le temps nécessaire pour provoquer la rupture de ladite matière quand on la. soumet à une traction donnée.
Les courbes sont habituel- lement établies pour différentes températures et l'on peut à l'aide de ces courbes prévoir avec une excellente pré- cision le temps pendant lequel la matière pourra résister à la rupture pour une traction et une température données Ce renseignement est précieux en matière de projets de construction, particulièrement si la matériel choisi risque d'être soumis à des surchauffes ou des surcharges ou lesdeux.
Le tableau I indique les résultats obtenus avec un certain nombre d'alliages caractéristiques de l'in- vention. Dans cette série dressais tous les échantillons, sauf le douzième qui était forgé étaient obtenus par coulage. Les valeurs indiquées ont été obtenue par essai à 815 C sous des tractions de 1520, 1900 et 2280 kg/cm2 comme indiqua dans le tableau. La durée en heures avant la rupture dans ces conditions est donnée dans le tableau I.
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TABLEAU i
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Composition % - Le reste à peu près uniquement Durée jusqu'à rup- du fer. ture en heures à 815 0
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<tb> aux <SEP> tractions:
<tb> au-
<tb>
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Cr Ni Co }lo W B N C tres 1520 1900 2280 18,5 4 20 4 4 012 0.04 OeO9 0 320 P.A. P.A.
18e5 4 44 0,12 0, 04 0, 27 0 84' P. A. P. A.
20 4 4 0,21 0,04 0,08 0 192 p,A. P.A.
18,5 4 20 4 4 0,23 04 0,08 0 295 p,A. P.A. l8p5 4 20 2 2 0,4 0,04 0,1 0 232 P*AS P.A.
18,5 4 20 4 2 ot4 0,04 0,08 0 216* P.A* P.A.
18" 5 4 20 2, 3 2,3 0,42 0, 04 0, 2'i 1 Al P, A. 18 P. A.
18,5 4 20 4 4 0,4? 0,04 0,12 0 1364 P.A. P.A. l8p5 18 20 4 4 0,5 0,04 0,28 0 1138 p.A. P.A.
18 6 15 20 4 4 0,5 0, 04 0, 30 0 4000* '. A. P. A.
20' 4 20 4 4 0,44 0, 04 0,33-, 0 1332 p.A. P.A.
20 20 3 2 0 0,15 0,15 1 Al 203 ESA. P.A. l8y5 4 36 4 4 0,57 0,04 0,08 0 2133 923 262 18 4 35 7l,53 0,50 N.D. 0,08 0 P.A. 382 P.A 18 4 35 8 8 Oy 5? N'. D. 00,07 0 i.A. 382 126 18 15 20 4 10 0,31 N.D. 0,09 0 P.A. 950 P.A.
18 4 3. 0 10 0, 52 N. Db 0,19 0 P'As 2238 760 20 20 20 0 15 0,41 N. D. 0,08 0 P.A. 1776 .32 20 20 20 0 15 0,60 N.D. 0,12 0 P.A. P.A. 1543 18 20 40 3 10 0,38 N.D. 0,38 0 P.A. P.A. 10441.
18 20 40 0 15 0,39 N.D. 0,14 0 (270 h sous 3040 ktV'cm2) 185 4 20 4 4 0,4 trace 0,09 1 T'b 623 87(a) P,A.
18pe e 20 44 0, 6 trace 0, 09 1 Nb '. A. 268 P.A.
18St5 20 20 44 0,4 0,1 0,14 Nb 18448 324 121 le 20 20 01 ra 0,5 y.]). 0,10 1 Nb PUAI P.A. 64e.,1'I: le 20 20 3 10 0,5 . 0:10 1 lTb P.A. P.A. 243 18 20 35 0 14 jà:5 .D. 0,10 1 Nb P.A. p.A. 800 18 20 35 3 10 0,5 N.D, 0,10 1 T'b p.A. P. A. 692
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<tb> Pas <SEP> de <SEP> rupture
<tb>
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BA : pas d'essai N. -De : non-déterminé (a) traction 1940 kglam2
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Les données du tableau ci-dessus montrent la résistance remafipable àGhaute température des alliages t'er-chrome-lhckel- cobalt contenant des proportions judicieuses de mOlybdène, de fgatne, de nio. et de bore. Les données montrent également l'augmentation de résistance consécUive l'augmentation de la teneur en nickel et en cobalt.
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Outre leur résistance à haute température les allia- ges de l'invention possèdent d'autres propriétés désirables.
Ils sont résistants et ont une bonne ductilité à la tempéraè ture ordinaire. Ils peuvent être travaillés et usinés à chaud, les alliages contenant 10 à 25 % de nickel et 10 à 25 % de cobalt étant particulièrement remarquables de ce point de vue. Ces deux derniers alliages possèdent également une résistance inhabituelle à la corrosion en ce sens qui ils résistent à la fois aux milieux réducteurs et aux mi- lieux oxydants. De plus, les alliages de la présente in- vention sont soudables par tous les procédés classiques;de soudure tels que soudure à l'arc électrique, soudure à l'oxyacétylène, soudure électrique à l'état fondu immerge et soudure sous pression en phase solide.
Pour parvenir à coup sûr à obtenir les caractéris- tiques désirables des alliages de l'invention, il est es- sentiel d'observer les limites de composition établies de telle manière que les éléments de l'alliage soient présents dans les proportions voulues. Si les proportions de molybdène, de tungstène, et de carbone dépassent les limites indiquées, les alliages présentent une aptitude à être travaillés à chaud et à être soudés moindre, les soudures faites au moyen de tels alliages manquant de ténacité et de ductilité.
Les effets nuisibles de proportions trop élevées de ces éléments ne peuvent être compensés d'une manière satisfai- sante par l'augmentation des proportions de cobalt et de nickel dans les alliages. Une teneur trop élevée en car- bone ou de trop faibles proportions de molybdène, de tungs- tène, de bore ou d'aluminium ont des effets nuisibles sur la résistance des alliages aux hautes températures. De même, pour obtenir la meilleure combinaison d'aptitude à usinage et de résistance à haute température, la proportion de chacun des éléments tels que le niobium, le tantale, le titane et le vanadium doit être inférieure à 2 % de 11alliage. On doit
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donc prendre soin de ne pas dépasser les limites de composi- tion indiquées au cours de la fabrication de ces alliages.
Si les alliages sont destines à des emplois ne com- portant pas de températures supérieures à 734 C environ, on peut employer des compositions voisines des limites infé- rieures données, mais s'ils doivent être employés à des températures supérieures à 734 C, on emploiera des composi- tions voisines des limites supérieures données.
On préfère pour la fabrication d'articles forgés destinés à être employés à ces dernières températures un alliage contenant 16 à 25 % de chrome, 15 à 25 % de nickel, 10 à 25 % de cobalt, 0,5 a 5 % de molybdène, 0,5 à 15 % de tungstène, pas plus de 0,35 % de carbone et 0,01 à 0,7 % de bore, avec ou sans addition de 0,6 à moins de 2 % de niobium. le reste étant /du sensiblement tout/tare Les aubes; roues et autres parties de turbines constituent des types d'objets que l'on peut fabriquer à l'aide des alliages de la présente invention.
Ces articles peuvent être coulés ou forgés.