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PERFECTIONNEMENTS AUX ALLIAGES¯ RES ISTANT' ALA CHALEUR ET A L
OXYDATION.
Cette invention est relative aux éléments de résistances et aux parties de fours destinés à travailler à haute température dans des atmos- phères de composition déterminée,,obtenues en brûlant par la combustion un combustible;, tel que le gaz de ville, le propane, le butane, l'hydrogène, ou par d'autres procédés. Si on utilise une grande quantité d'air pour la com- bustion, le gaz produit contiendra une quantité limitée d'oxyde de carbone et d'hydrogène libre et un pourcentage élevé d'anhydride carboniques, de vapeur d'eau et d'oxygène libre qui agiront comme agents oxydants sur les métaux qui sont soumis à leur influencée
On connaît des alliages résistant aux atmosphères oxydantes à hau- te température.
Parmi ces alliages, on trouve les alliages de nickel et de chro- me et les alliages de nickel,, de fer et de chrome avec des quantités relative- ment faibles d'autres 'éléments. Ces alliages sont connus pour avoir une durée de service plus longue en atmosphères oxydantes que n'importe quelle autre ca- tégorie d'alliages pour la raison que la pellicule d'oxyde produite à la surfa- ce à température élevée agit comme un revêtement protecteur qui empêche la pé- nétration plus profonde de 1-'oxydation. L'usage de ces alliagesdans ces con- ditions, assure de fortes économies.
Si on utilise une quantité limitée d'air pour la combustion d'un combustible hydrocarboné le gaz produit sera composé principalement d'oxyde de carbone,d'hydrogène librede vapeur d'eau et d'un faible pourcentage d' anhydride carboniqueo Puisque ce gaz ne contient pas d'oxygène libre,il agit comme une atmosphère réductrice par suite de la présence d'un excès d'oxyde de carbone et d'hydrogène libre qui agissent comme agents réducteurs sur la plu- part des métaux avec lesquels ils entrent en contact.
Il existe de nombreux fours dans lesquels il est indispensable d' utiliser des atmosphères réductrices, par exemple pour le recuit des alliages de fer, de nickel ou de cuivre ou dans les fours de brasage au cuivre de pièces
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d'aciero Dans ces cas, il est nécessaire de maintenir une atmosphère réductri- ce pour empêcher l'oxydation des pièces à recuire ou à brasero
On pourrait normalement s'attendre à ce que les alliages de nickel et de chrome ou de nickel, fer et chrome qui donnent un service excellent dans des atmosphères oxydantes aient une durée encore plus grande dans des condi- tions réductrices dans lesquelles l'oxydation est considérée comme minimum ou est complètement absente.
Mais lorsqu'on utilise ainsi ces alliages de nickel contenant du chrome, ils sont soumis à une nouvelle forme de détérioration qui détruit rapidement les éléments métalliques des résistances électriques et des parties de four alors qu'elle n'affecte pas la charge qui se trouve dans le four.
Par conséquent, le four est mis rapidement hors d'usage et il faut en rem- placer les élémentso
Ce résultat tout à fait inattendu provient du fait que ces atmos- phères qui sont normalement réductrices pour le fer, le nickel ou le cuivre et pour la plupart de leurs alliages sont oxydantes pour le chrome contenu dans les alliages de nickel et de chrome et de nickel, fer et chromeo L'oxyda de chrome vert qui se forme ainsi ne produit pas de revêtement protecteur à la surface comme cela se produit dans les atmosphères oxydantes, mais au contrai- re ., 1-oxydation continue à pénétrer en profondeur jusqu'à ce qu'il ne reste plus de chrome métallique Le produit final est un mélange d'oxyde de chrome vert,
et de nickel ou de nickel et de fer métalliqueso Cette forme de corrosion est souvent appelée "pourriture verte"o Il résulte de cette oxydation sélecti- ve du chrome dans ce qui pourrait autrement être considéré comme une atmosphè- re réductrice que les alliages de chrome sont rapidement désagrégés et ren- dus impropres à tout serviceo La nouvelle forme inattendue de corrosion est particulièrement intense dans des atmosphères stagnantes et entre les limites de températures de 1700 à 1800 F (927 à 972 C).Cela peut se produire dans les éléments électriques du four et même dans d'autres parties du four.
Grâce aux caractéristiques magnétiques du nickel ou du fer qui subsistent après l'oxyda- tion du chrome, on peut découvrir la détérioration des éléments ou des parties du four en mesurant la perméabilité magnétique ou des propriétés semblables.
Le caractère de l'attaque appelée ici "pourriture verte" est en- tièrement différent de celui de la corrosion normale observée sur des allia- ges de chrome soumis à des atmosphères oxydantes. Dans ce dernier cas, la pé- nétration de l'oxyde est intercristalline, c'est-à-dire qu'elle se produit le long des bords des grainso L'explication généralement admise est que des car- bures de chrome sont précipités sur les bords des grains, enlevant le chrome du métal dans le voisinage immédiat des bords des grains et rendant le métal dépouillé plus sensible à la corrosion.
L'addition de matières formant des car- bures, telles que le titane et le columbium, empêcheront cette détérioration des bords des grains puisque les carbures de titane et de colombium sont beau- coup moins solubles dans l'alliage contenant du chrome. La migration du car- bone vers les bords des grains)est par conséquent réduite au minimum et la tendance à la corrosion des bords des grains est éliminée.
La forme de corrosion désignée sous le nom de "pourriture verte" a cependant un caractère tout différente En premier lieu, elle n'est pas in- tergranulaire, c'est-à-dire qu'elle ne se produit pas entre les grains. En réalité, elle est transgranulaire, c'est-à-dire qu'elle se produit à travers les grains. Elle pénètre dans les cristaux individuels et elle convertit tout le chrome métallique en un oxyde de chrome vert non métallique.
On a observé en outre que lorsque les alliages contenant du chrome sont carburés, ce qui augmente la teneur en carbone à la surface, ils sont moins sensibles à l'atta- que de la "pourriture verte"o Cela ne peut avoir qu'une signification, c'est que la forte concentration de carbure de chrome à la surface rend la matière moins sensible à l'attaqua. L'addition de titane ou de columbium à l'alliage aurait, dans ces conditions, pour effet de réduire les carbures à la surface et par conséquent de rendre l'alliage plus sensible à l'attaque de la "pour- riture verte"o
Or, on a découvert, cependant, que des additions de columbium de 0,
2 à 5% ont un effet diamétralement opposée Aucune attaque de "pourriture ver-
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te" ne se produit sur de pareils alliages de nickel contenant du chrome dans des atmosphères réductrices à des températures comprises entre 1000 et 2200 F (538 à 1205 C). Bien que la raison de cette action protectrice du columbium ne puisse être définitivement établieon peut du moins conclure qu'en présen- ce de columbium dans les alliages de nickel contenant du chrome, une pellicu- le protectrice - peut être d'oxyde ou de carbure de columbium - se forme à la surface de l'alliage qui empêche'la pénétration des constituants normale- ment réducteurs de l'atmosphère réductrice qui sont susceptibles d'oxyder le chrome dans les alliages considérés.
Mais, quelle que puisse être l'explication de ces phénomènes, il a maintenant été prouvé comme un fait d'expérience que la présence de columbium dans ces alliages est un antidote spécifique contre la "pourriture verte"et qu'on peut 1-'utiliser comme moyen d'éliminer cette dernière.
Lorsqu'on ajoute le columbium à un alliage 80-20, l'alliage final aura la composition suivante :
EMI3.1
<tb> chrome <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> %
<tb>
<tb> columbium <SEP> 5 <SEP> % <SEP> max. <SEP>
<tb>
<tb> fer <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2% <SEP> max.
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 4% <SEP> max.
<tb>
<tb> silicium <SEP> 3% <SEP> max.
<tb>
<tb> carbone <SEP> 025% <SEP> max.
<tb>
<tb> autres <SEP> éléments <SEP> ne <SEP> dépassent <SEP> pas <SEP> 1%
<tb>
<tb> nickel <SEP> le <SEP> reste
<tb>
Leslimites préférées des pourcentagesdes éléments dans l'allia- ge sont lessuivantes
EMI3.2
<tb> chrome <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 22% <SEP>
<tb>
<tb> columbium <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb> fer <SEP> 0,
2 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 2% <SEP> max.
<tb>
<tb> silicium <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb> carbone <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 015%
<tb> autres <SEP> éléments <SEP> ne <SEP> dépassent <SEP> pas <SEP> 1%
<tb>
<tb> nickel <SEP> le <SEP> reste
<tb>
Bien que les meilleurs résultats aient été obtenus lorsqu'on ajou- te le columbium et les autres éléments cités à un alliage de 80 - 20 de nickel et de chrome, on a aussi constaté que l'élimination de la "pourriture verte" pouvait être obtenue par des additions semblables à des alliages de nickel-chro- me-fer ., comme par exemple l'alliage constitué par 60% de nickel, 15% de chrome
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et le restedu fero En plus des éléments énumérés,
d'autres éléments peuvent aussi être présents en petites quantités comme c'est fréquemment le cas des alliages de ce type.
Dans la description et les revendications,l'expression "le reste étant essentiellement du fer" signifie que sauf les éléments énumérés et le fer, l'alliage est pratiquement exempt d'autres élémentso Elle n'exclut cepen- dant pas la présence de petites quantités d'autres éléments qui n'affectent matériellement pas les fonctions précitées du columbium. D'autres éléments utilisés comme désoxydants au cours de la fusion et généralement utilisés en léger excès.,peuvent se trouver en substance dans les mêmes proportions que dans la pratique courante.
L'attaque de "pourriture verte" peut se produire sur des éléments de résistances électriques,mais dans de nombreux cas, elle se produit aussi sur des parties constitutives ou autres des fours qui sont soumises aux mêmes conditions de température et d'atmosphère que les éléments chauffantsL'al- liage suivant l'invention peut par conséquent être utilisé non seulement pour les éléments chauffants mais aussi pour la fabrication de toutes les pièces constitutives des fours ou autres appareils dans lesquels se rencontrent de pareilles conditions de température et d'atmosphère.
REVENDICATIONS
EMI4.1
¯¯¯¯¯=¯====m====m====m=
1. Alliage de nickel, chrome et columbium résistant à la chaleur et à l'oxydation? susceptible de résister à une oxydation sélective du chrome qui se produit normalement lorsque des alliages contenant du chrome sont ex- posés à des atmosphères de four qui sont réductrices pour les alliages ne con- tenant pas de chrome.