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ALLIAGE PERFECTIONNE.
La présente invention est relative à des alliages et plus par- ticulièrement à des alliages pour éléments de résistances électriques. Dans la fabrication d'éléments de résistances électriques, un alliage ayant la propriété de résister à l'oxydation à haute température est indispensable.
Les alliages formant 19 objet de cette invention sont caractérisés par leur capacité à résister à l'oxydation et par une durée de vie prolongée, excé- dant celle d'autres alliages connus lorsqu'on les utilise dans des conditions de haute température. Parmi les alliages de ce type qui sont abondamment uti- lisés, se trouve l'alliage contenant sensiblement 80 pour cent de nickel et 20 pour cent de chrome. On emploie de tels alliages lorsque pour des néces- sités de service on arrive à des températures de four allant jusqu'à 1.150 C.
Il y a cependant un besoin précis d'alliages qui seraient uti- les à des températures encore supérieures.
Depuis l'introduction des alliages nickel-chrome et nickel-chro- me-fer comme éléments de résistances électriques bien des développements se sont produits qui ont amélioré leur résistance à l'oxydation. Dans un cer- tain nombre de brevets précédents la demanderesse a décrit diverses additions aux alliages de calcium, zirconium et aluminium qui améliorent grandement la durée de vie des éléments chauffants. On a aussi proposé d'ajouter des métaux des terres rares, tels que le cérium aux alliages nickel-chrome-fer, pour améliorer la durée de vie des éléments chauffants.
On a maintenant trouvé que lorsqu'on ajoute du calcium et de l'aluminium, aussi bien que des métaux des terres rares aux alliages nickel- chrome du type 80 pour cent de nickel et 20 pour cent de chrome, qui sont des alliages utilisés à des températures maximum et sous des exigences de service maximum, on obtient de meilleurs résultats que si 'on utilise le grou- pe calcium-zirconium-aluminium ou les terres rares seules. On a également
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trouvé qu'avec la combinaison calcium, aluminium, terres rares, on peut' remplacer du nickel par une quantité de fer allant jusqu'à 8 pour-cent et, cependant, maintenir les résultats améliorés de la nouvelle combinaison restante de calcium-aluminium-terres rares.
Bien que, lorsqu'on augmente le fer, la durée de vie utile de l'alliage diminue, l'alliage avec la te- neur maxima de fer indiquée présente une amélioration considérable sur l'al- liage contenant la combinaison antérieure calcium-aluminium-zirconium, sans addition de fer. On a également trouvé que lorsque les conditions de fusion sont telles qu'il se produit occasionnellement dans le lingot un état gazeux, il est avantageux d'ajouter une très petite quantité de zirconium qui laisse un résidu de 0,05 pour cent approximativement de zirconium. Lors- que les conditions de fusion sont telles qu'il ne se produit pas d'état ga- zeux, il n'est pas nécessaire d'ajouter du zirconium pour obtenir un métal sain.
L'invention vise donc l'addition de petites quantités de métaux des terres rares, de calcium, d'aluminium et jusqu'à 8 pour cent de fer aux alliages nickel-chrome. On a trouvé qu'une telle combinaison d'éléments d'addition accroit grandement la période de vie de ce type d'alliage lors- qu'il est employa dans des conditions où il est soumis à une température élevée.
Dans les alliages nickel-chrome 80-20 on a fait jusqu'à pré- sent des efforts pour maintenir aussi basse que possible la teneur en fer.
Les cahiers des charges de l'industrie réclament un maximum de un pour cent et on considère comme impropres les alliages contenant de plus grandes quan- tités de er. Les analyses moyennes sont de l'ordre de 0,4 à 0,5 pour cent de fer. :;:/expérience courante a montré que les alliages de ce type contenant plus de un pour cent de fer sont nettement inférieurs aux alliages conte- nant le pourcentage de fer le plus faible possible. Cependant, ainsi qu'il est dit plus haut, on a maintenant trouvé qu'on pouvait excéder un maximum de un pour cent de fer, si les éléments résiduels de l'invention en quanti- tés indiquées sont ajoutés et retenus.
La durée moyenne de vie utile de l'alliage 80 nickel, 20 chro- me de la meilleure qualité est jusqu'à ce jour de l'ordre de 200 heures lors- que les alliages sont soumis à la température de 1.175 C. On a trouvé que lorsqu'on fait des additions appropriées de métaux des terres rares aux al- liages nickel-chrome contenant du calcium, de l'aluminium et éventuellement du fer jusqu'à 8 pour cent la durée de vie utile est considérablement amé- liorée. Ainsi, on obtient un accroissement d'environ 50 à 100 pour cent de la résistance à l'oxydation, ce à quoi on ne pouvait pas s'attendre d'après ?'expérience antérieure avec des alliages de ce type, et spécialement si de telles quantités de fer sont présentes.
On peut ajouter les métaux des ter- res rares comme "misch metal", contenant environ 45 pour cent de cérium, 30 pour cent de lanthane, 20 pour cent d'ytherbium et de didyme. Bien qu'il convienne d'ajouter les métaux des terres rares sous forme de "Misch metal", l'invention n'est pas limitée à l'usage de ce matériau, car on peut ajouter un ou plusieurs des métaux des terres rares séparément et les effets sont de nature similaire, ou bien, on peut les ajouter sous forme d'oxydes ou de sels des métaux des terres rares, avec un agent de réduction pour les convertir en métal dans l'opération de fusion.
Dans la mise en oeuvre de l'invention on peut ajouter du "Misch., metal", du calcium et de l'aluminium, avec ou sans fer, silice ou manganèse aux alliages nickel-chrome. On peut faire varier la proportion de nickel et chrome dans les alliages. Ainsi la teneur en chrome peut varier entre 10 et 30 pour cent. Il s'avère avantageux d'employer sensiblement ces proportions de chrome avec du fer, si on en emploie, du "Misch metal", du calcium et de l'aluminium. L'alliage peut également contenir de petites quantités de manganèse, silicium et carbone.
Dans la préparation des alliages contenant les éléments d'ad- dition énumérés, on soustrait de la teneur en nickel les quantités d'élé- ments d'addition.
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Par exemple, lorsqu)on ajoute du fer, du Misch metal, du cal- cium et de l'aluminium à un alliage contenant 10 à 30 pour cent de chrome et le complément de nickel, l'alliage final contient 10 à 30 pour cent de chrome, des métaux des terres rares, du calcium, de l'aluminium, du sili- cium, du manganèse et du fer dans les proportions établies ci-après et le complément en nickel. Les proportions de fer, si on s'en sert, métaux des terres rares, calcium et aluminium peuvent varier entre certaines limites.
La gamme des proportions dans laquelle on a trouvé qu'on pouvait obtenir les meilleurs résultats est la suivante
EMI3.1
<tb> métaux <SEP> des <SEP> terres <SEP> rares <SEP> Traces <SEP> 0,50 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> fer <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 8,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> aluminium <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 1,00
<tb>
<tb>
<tb> calcium <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 0,20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> zirconium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0,30
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 4,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicium <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 3,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> carbone <SEP> 0,25 <SEP> max.
<tb>
Les proportions préférées des alliages finis sont les suivants :
EMI3.2
<tb> métaux <SEP> des <SEP> terres <SEP> rares <SEP> traces <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> fer <SEP> traces <SEP> - <SEP> 5,00
<tb>
<tb> silicium <SEP> 0,20 <SEP> - <SEP> 2,00 <SEP>
<tb>
<tb> calcium <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,07
<tb>
<tb> aluminium <SEP> 0,07 <SEP> - <SEP> 0,04
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> 1,00
<tb>
<tb> carbone <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,15
<tb>
<tb> chrome <SEP> 18,00 <SEP> -22,00
<tb> nickel <SEP> le <SEP> complément
<tb>
Lorsqu'on ajoute les métaux des terres rares au bain fondu, il est nécessaire d'introduire un pourcentage considérablement plus élevé que celui qu'on désire trouver dans la coulée. Ces terres rares se vapori- sent facilement et sortent du bain.
Par conséquent on peut ne trouver dans la coulée qu'une trace spectrographique d'un ou plusieurs des métaux des terres rares. Cependant, la présence de ce résidu en combinaison avec du calcium et de l'aluminium augmente de beaucoup la résistance à l'oxydation d'un alliage nickel-chrome, même s'il contient davantage de fer qu'aupara- vant, On peut ajouter des métaux des terres rares en quantité suffisante pour donner un résidu dans le produit coulé, pouvant s'élever jusqu'à 0,20 pour cent. On a trouvé par test que les alliages nickel-chrome contenant les constituants ci-dessus dans les proportions données ont une durée de vie accrue lorsqu'on les soumet à de hautes températures.
Dans la détermi- nation de la résistance à l'oxydation d'un alliage, on fait un fil qu'on étire au diamètre d'environ 0,64 mm et qu'on teste à la température de 1.175 C. selon la méthode du test de vie accéléré pour Matériaux Métalli- ques, B- 76-39 approuvé par 'l'Américan Society for Testing Materials". La "vie utile" dans ces tests est le temps qui s'écoule depuis le début du test, nécessaire pour que la résistance électrique de l'alliage augmente de 10 pour cent. La durée de vie du spécimen testé jusqu'à sa destruction par grillage est appelée "durée de vie totale".
On prépare l'alliage de la manière usuelle en plaçant les composants dans un four et en chauffant jusqu'à ce que les éléments de l'al-
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liage soient fondus, on coule ensuite.
Dans cette description et dans les revendications, l'expression "le complément essentiellement en nickel" signifie que sauf les éléments é- numérés et le nickel, l'alliage est exempt de quantités appréciables d'au- tres éléments. Cela, cependant, n'exclut pas la présence de petites quanti- tés d'autres éléments qui n'affectent pas matériellement les propriétés de l'alliage. D'autres éléments employés comme désoxydants dans le bain fondu et généralement utilisés en léger excès, peuvent être présents dans les mê- mes quantités que dans la pratique courante.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits qui n'ont été donnés, qu'à titre d'exemple.
REVENDICATIONS.
1.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient de 10 à 30 % de chrome, une trace à 0,50 % d'un métal de terres rares, 0,01 à 1 % d'aluminium. 0,01 à 0,20 % de calcium, 0,1 à 8,00 % de fer, le complé- ment étant essentiellement constitué par du nickel.
2.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient de 10 à 30 % de chrome, une trace à 0,50 % de cérium et de lanthane, 0,01 à 1 % d'aluminium, 0,01 à 0,20 % de calcium, 01 à 8,00 % de fer, le complé- ment étant essentiellement constitué par du nickel.
3.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient de 10 à 30 % de chrome, une trace à 0,20 % d'un métal de terres rares, 0,07 à 0,40 % d'aluminium, 0,02 à 0,07 % de calcium, 0,01 à 5 % de fer, le com- plément étant essentiellement constitué par du nickel.
4.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient de 10 à 30 % de chrome, une trace à 0,20 % de cérium et de lanthane, 0,07 à 0,40 % d'aluminium, 0,02 à 0,07 % de calcium, une trace à 5 % de fer, le complément étant essentiellement constitué par du nickel.
5.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient 18 à 22 % de chrome, une trace à 0,50 % d'un métal de terres rares, 0,01 à 1,00 % d'aluminium, 0,01 à 0,20 % de calcium, une trace à 8 % de fer, le complément étant essentiellement constitué par du nickel.
6.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient 18 à 22 % de chrome, une trace à 0,50 % de cérium et de lanthane, 0,01 à 1,00 % d'aluminium, 0,01 à 0,20 % de calcium, une trace à 8 % de fer, le complément étant essentiellement constitué par du nickel.
7.- Alliage au nickel-chrome caractérisé en ce qu'il contient 18 à 22 % de chrome, une trace à 0,20 % d'un métal de terres rares, 0,07 à 0,40 % d'aluminium, 0,02 à 0,07 % de calcium, une trace à 5 % de fer, le complément étant essentiellement constitué par du nickel..
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