BE489322A - - Google Patents

Description

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  "ALLIAGES AU CHROME ET AU NICKEL" 
La présente invention est relative à une gamme d'al- liages au chrome et au nickel qui, du fait que leur composi- tion est équilibrée, conviennent particulièrement pour des parties de machine qui sont exposées à des efforts à des températures élevées, par exemple de 700 à 1050 . Comme 

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 exemples de pièces de ce genre, on peut citer les aubes et autres parties de turbines à gaz à combustion interne. 



   Les alliages à base de chrome et de nickel couram- ment employés pour ces aubes et autres pièces ont comporté jusqu'ici, autant qu'on le sache, du titane et de l'aluminium et pas de molybdène. 



   On a découvert, selon la présente invention, que des éléments additionnels critiques dans un alliage à base de cobalt, de chrome et de nickel, sont le molybdène, l'alu- minium et le titane et qu'en les utilisant en quantité combi- née et en réglant leur quantité relative dans une composition équilibrée, on peut obtenir des alliages qui sont meilleurs pour l'application envisagée que d'autres actuellement en service, connus, et dont on peut prévoir avec certitude la   qualité.   



   Conformément à la présente invention, l'alliage de nickel contient, avec 10 à 40 % de cobalt et 10 à 30 % de chrome, du molybdène, de l'aluminium et du titane, le molyb- dène se trouvant oraison de 2,0 à 18   %,   l'aluminium de 0,2 à 8,6 % et le titane de 0,2 à 4,4 %, de manière telle que le chiffre obtenu en ajoutant le pourcentage de molybdène, deux fois celui de l'aluminium et quatre fois celui du titane, se trouve toujours entre 16 et 20. 



   De préférence les teneurs en cobalt et en chrome sont chacune d'environ 20   %,   c'est-à-dire comprises entre   15 et 25 %.    



   Pour la commodité, on appellera "facteur d'équili- brage", le chiffre de 16 à 20 donné par la formule : 1 x   %   Mo + 2 x % Al. + 4 x % Ti. 



   On peut remplacer le nickel jusqu'à 10% par du   va nad ium.    

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   Il peut y avoir les éléments suivants 
Niobium 0 à 4   %   
Manganèse 0 à 2 % 
Silicium 0 à 1 % 
Fer 0 à 5 % 
Carbone 0 à 0,5 % 
Azote 0 à 0,25 % 
Tous ces pourcentages des éléments constituants sont ici des pourcentages en poids de l'alliage. En petites quan- tités, le niobium peut être avantageux car il améliore la ré- sistance au fluage, mais son prix élevé limite son applica- tion aux valeurs indiquées. 



   On ajoute le manganèse et le silicium surtout comme éléments de nettoyage. 



   Le fer se trouve comme impureté dans beaucoup de métaux commerciaux mais bien qu'il soit préférable de le main- tenir aussi   bae   que possible, on peut le tolérer jusqu'à la limite indiquée. 



   Le carbone est présent comme impureté dans la plu- part des métaux commerciaux et il faut le maintenir dans les limites indiquées. 



   Il peut y avoir un ou plusieurs des éléments sui- vants pour le nettoyage ou la désoxydation, jusqu'à 0,5 % au total, à savoir : le calcium, le magnésium, le cerium et les autres métaux des terres rares ou du   misch-métal.   



   Les alliages doivent être traités thermiquement de façon à augmenter la dureté et la résistance et également faciliter la fabrication. 



   On peut traiter thermiquement, de façon appropriée, comme suit : 
Traitement préliminaire à 1050 -   1250    pendant 2 à 20 heures, suivi d'un réchauffage à 700 - 1000  pendant 2 

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 à 50 heures pour obtenir le degré désiré de dureté. Une carac- téristique importante de l'invention est le réglage des pro- priétés de l'alliage, obtenu par une combinaison de la composition équilibrée et d'un traitement thermique approprié. 



   Pour obtenir la résistance maximum au fluage, il est essentiel de donner à l'alliage la composition de la formule ci-dessus pour être sûr que le "facteur d'équilibrage" soit dans la gamme de 16 à 20 et qu'il y ait simultanément du molybdène, de l'aluminium et du titane. 



   Un des principaux avantages résultant de l'utili- sation d'une composition équilibrée, dans laquelle le "fac- teur d'équilibrage" est compris entre 16 et 20 est que l'on peut régler la résistance au fluage. 



   On a également découvert, selon l'invention, qu'avec des alliages tels que l'on en utilise couramment, il s'est produit des alliages de qualité inférieure pour des très petites différences dans les teneurs des éléments - diffé- rences d'un ordre qui se produit normalement même en effec- tuant les opérations de fonderie soigneusement - ayant donné lieuà de très grandes divergences dans les propriétés des alliages ; ce qui fait qu'il est impossible de dire avec cer- titude si un mélange particulier donnera une pièce satisfai- sante à moins de l'essayer réellement. 



   Les exemples suivants montrent les grands avantages résultant de l'application de la formule ci-dessus. Dans ces exemples, les alliages ont été essayés après traitement ther- mique. Chacun des alliages est à base de 20 % de chrome, 20 % de cobalt, le reste étant du nickel et les alliages ont été essayés à 8150 sous une charge de 2362   Kg/cm2.   

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 EMI5.1 
 



  (a) (b) ¯ d (e) (f) - (g} ¯l 
 EMI5.2 
 
<tb> Molybdène <SEP> % <SEP> 15,5 <SEP> 5,94 <SEP> 6,10 <SEP> 6,12 <SEP> 3,50 <SEP> 5,92 <SEP> 6,00 <SEP> 0,84
<tb> Aluminium <SEP> % <SEP> 0,9 <SEP> 3,75 <SEP> 0,96 <SEP> 0,49 <SEP> 1;22 <SEP> 0,87 <SEP> 0,85 <SEP> 0,48
<tb> Titane <SEP> % <SEP> 0,2 <SEP> 0,9' <SEP> 2,76 <SEP> 2,58 <SEP> 2,58 <SEP> 1,80 <SEP> 2,04 <SEP> 2,46
<tb> Facteur <SEP> d'équilibrage <SEP> 18,1 <SEP> 17,04 <SEP> 19,06 <SEP> 17,42 <SEP> 16,26 <SEP> 14,86 <SEP> 15,86 <SEP> 12,64
<tb> 
<tb> Heures <SEP> jusqu'à <SEP> rupture <SEP> 80 <SEP> 170 <SEP> 148 <SEP> il? <SEP> 135 <SEP> 17 <SEP> 34 <SEP> 38
<tb> 
 
On remarquera que, lorsque le facteur d'équilibrage est inférieur à 16 comme dans les exemples (f),   (g)' et   (h), le temps jusqu'à la rupture est faible. 



   Les exemples (a) à (e) montrent le grand avantage de l'application de la formule, même lorsque la composition varie entre des limites éloignées. 



   L'application de la formule est également intéres- sante pour régler les propriétés des alliages rentrant dans une gamme de composition beaucoup plus étroite. Par exemple, en faisant un nombre considérable de coulées avec la composi- tion nominale : chrome 20 %, cobalt 20 %, molybdène 6 % , aluminium 0,9 %, titane 2,4 %, le reste étant du nickel, la teneur en aluminium peut varier de + 0,4 %, J'aluminium de + 0,3 % et le titane de + 0,3 %. Si toutes les erreurs sont en moins, l'alliage a un facteur d'équilibrage de seulement 15,2 et une faible résistance au fluage. D'autre part, si l'un ou l'autre de ces éléments a une valeur supérieure, les proprié- tés relativement au fluage sont fortement améliorées. Ce point important est représenté sur le graphique du dessin annexé. 



  Sur celui-ci, on a reporté le facteur d'équilibrage pour 12 chauffes, en fonction du temps jusqu'à la rupture. Les alliages sont tous à base de : chrome 20   %,   cobalt 20   %,   le reste étant du nickel, avec molybdène 5,5 à 6,5 %, alu- minium 0,4 à 1,2 %, titane 2,2 à 2,7   %,   On pourrait s'attendre 

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 à ce que cette gamme de composition donne des alliages ayant des propriétés tout à fait analogues. Toutefois des essais de fluage montrent que l'on obtient en fait des résultats très différents. Ces résultats différents pour le fluage sont bien connus des personnes du métier et constituent un important problème dans la fabrication en masse d'alliages résistants au fluage.

   Toutefois lorsque l'on examine des faibles variations de composition à la lumière de la formule ci-dessus, leur signification réelle devient évidente et il en ressort qu'il faut une composition équilibrée. 



   En appliquant la formule, on peut choisir une com- position qui, tout en permettant une variation normale de la composition pendant la fabrication, permet d'obtenir des propriétés élevées constantes de résistance au fluage. 



   Lorsque le facteur d'équilibrage dépasse 20, le travail à chaud des alliages devient difficile. A ce sujet, l'application de la formule ci-dessus permet d'être sûr que l'on pourra travailler à chaud l'alliage de façon satis- faisante.

Claims (1)

1. RESUME I - Procédé d'amélioration de la résistance au flua- ge d'alliages à base de chrome, de cobalt et de nickel, ca- ractérisé par les points suivants ensemble ou séparément : 1 ) A un alliage contenant 10 à 40 % de cobalt, 10 à 30 % de chrome, 0 à 10 % de vanadium, 0 à 4 % de niobium, 0 à 2 % de manganèse, 0 à 1 % de silicium, 0 à 5 % de fer, 0 à 0,5 % de carbone, 0 à 0,25 % d'azote et pas plus de 0,5 % en tout des éléments de nettoyage ou de desoxydation :

   calcium magnésium, cérium et autres éléments des terres rares, (par exemple mish-métal), on ajoute du molybdène, de l'aluminium <Desc/Clms Page number 7> et du titane de telle sorte que lorsque ces corps sont ajou- tés, le molybdène se trouve entre 2,0 et 18 %, l'aluminium entre 0,2 et 8,6 %, le titane entre 0,2 et 4,4 % et que le chiffre obtenu en ajoutant le pourcentage de molybdène-, deux fois le pourcentage d'aluminium et quatre fois le pourcentage du titane soit toujours compris entre 16 et 20.

   2 ) Après avoir fait l'alliage ci-dessus, on le chauffe à une température comprise entre 1050 et 1250 pendant 2 à 20 heures, après quoi on le réchauffe à une température de 700 à 1000 pendant 2 à 50 heures.

   II - Alliage à base de chrome, de cobalt et de nickel caractérisé par les points suivants séparément ou en combinaisons : 1 ) Il contient les éléments suivants en quantité suivante : Cobalt 10 à 40 Chrome 10 à 30 % Molybdène 2 à 18 % Aluminium 0,2 à 8,6 % Titane 0,2 à 4,4% le reste étant du nickel et le chiffre obtenu en ajoutant le pourcentage de molybdène, deux fois celui d'aluminium et quatre fois celui du titane est toujours compris outre 16 et 20 2 ) Il c ontie nt j usqu' à 10 % de vanadium.

   3 ) Les teneurs en chrome et en cobalt sont toutes deux comprises entre 15 et 25 %.

   4 ) Il contient du niobium jusqu'à 4 %, du fer jusqu'à 5 %, du manganèse jusqu'à 2 %, du silicium jusqu'à 1 %, du carbone jusqu'à 0,5 et de l'azote jusqu'à 0,25 %.

   5 ) Il contient, dans un but de nettoyage ou de dé- soxydation,'un'ou plusieurs des éléments suivants jusqu'à 0?5 % autotal; calcium, magnésium, cérium et autres métaux <Desc/Clms Page number 8> des terres rares ou du misbh métal.

   6 ) L'alliage a été chauffé à 1050 - 1250 pendant 2 à 20 heures,puis réchauffé entre 700 et 1000 pendant 2 a 50heures.

   III - Pièce de turbine à combustion interne faite en un alliage tel que ci-dessus.