BE523809A - - Google Patents

Description

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  HENRY WIGGIN & COMPANY LIMITED, résidant à   LONDRES:   PERFECTIONNEMENTS AUX ALLIAGES RESISTANT A LA CHALEUR. 



   Il est bien connu que des alliages composés principalement de nickel et de chrome ou de nickel, de cobalt et de chrome, et contenant à la fois de l'alluminium et du titane, ont des propriétés de résistance à la chaleur et au fluage telles qu'elles rendent ces alliages convenables pour les ailettes des turbines à gaz ou autres objets et éléments soumis à des fatigues¯importantes aux températures élevées. Il est connu que le titane et l'aluminium forment une phase précipitable consistant en un complexe nickel-aluminium-titane, et que la résistance au fluage est asso- ciée à la précipitation de cette phase depuis la solution solide. Beau- coup d'autres éléments ont été suggérés comme constituants de ces alliages, ces éléments comprenant le zirconium et le bore.

   Le bore a d'abord été con- sidéré comme une addition convenable à des fins de désoxydation et de puri- fication. En fait, dans le passé, des alliages comprenant du bore se sont avérés non forgeables et, en conséquence, on a pris des précautions pour assurer que des alliages forgés soient exempts de bore. 



   La demanderesse a maintenant découvert que, si les alliages contiennent également à la fois du ziroconium et d'bore en quantités cri- tiques, la résistance au fluage est sérieusement augmentée. Le bore est un élément très réactif, de sorte qu'il devrait etre ajouté à l'alliage fondu après désoxydation de celui-ci, afin d'assurer qu'une quantité de bo- re se trouvant dans la gamme critique reste dans l'alliage. Si le bore devait être ajouté plus tôt, il prendrait part à la désoxydation et, bien qu'une trace de ce bore pourrait rester, la quantité ne pourrait pas etre réglée. Le zirconium est également réactif bien que pas dans la meme mesu- re que le bore, et il est, de préférence, également ajouté" après la désoxy- dation. 



   La gamme critique pour le bore va de 0,001 à 0,01% et pour le zirconium de 0,01 à 0,2%, et les alliages suivant l'invention sont carac- térisés par la   présenèe   de ces quantités critiques de zirconium et de bore 

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 simultanément avec les quantités de titane et d'aluminium nécessaires pour donner un complexe précipitable nickel-aluminium-titane. 



   Gomme le dosage de petites quantités de bore et'de zirconium par des méthodes analytiques chimiques normales est un procédé compliqué et imprécis, il est désirable de fixer la méthode par laquelle les pourcenta- ges donnés sont vérifiés. Des méthodes spectrographiques sont utilisées, des alliages standards comportant des quantités déterminées de bore et de zirconium étant utilisés comme bases de comparaison. Ces alliages stan- dards sont réalisés synthétiquement et, comme il y a une perte indéterminée de bore et de zirconium durant la synthèse, les alliages résultants ne peu- vent pas etre considérés comme des standards absolus mais seulement comme des standards relatifs, et les pourcentages donnés ici sont déterminés en partant de ces alliages -standards.

   Le procédé de préparation d'un alliage standard comprend d'abord la fusion d'un alliage intermédiaire contenant 1% de zirconium, 0,12% de bore le restant de nickel, la fusion étant réalisée par un chauffage à induction à haute fréquence des ingrédients purs du point de vue spectrographique, dans un creuset revetu   d'alumine,   sous atmosphère d'hydrogène, à   une   pression de 1 à 2 cm de mercure Des quantités prédéter- minées de l'alliage ainsi préparé sont alors ajoutées par le même procédé de fusion à des masses fondues d'alliages nickel-chrome complexes du type en question, ce qui donne des alliages standards d'une gamme de compositions nominales et auxquels tout autre alliage peut être spectrographiquement com- paré. 



   Les alliages qui contiennent à la fois du bore et du zirconium, suivant l'invention, sont ceux qui contiennent de 4 à 30% de chrome, 0,5 à 8 % de titane, 0,3 à 8% d'aluminium et au moins   40%   de nickel + cobalt. La teneur en cobalt peut etre de 0 à   55%.   En plus, les alliages peuvent égale- ment contenir du fer jusqu'à   40%,   du carbone jusqu'à 0,5%, du molybdène jusqu'à 20%, du tungstène jusqu'à   5%,   du manganèse jusqu'à 1%, du silicium jusqu'à 2%, et du niobium ou du tantale, ou les deux, jusqu'à 1%. Il peut y avoir également de très petites quantités d'impuretés ou de désoxydants résiduaires. 



   La désoxydation préliminaire peut etre effectuée de toute maniè- re convenable. Les desoxydants courants pour des alliages du type en cau- se sont le calcium, le Siliciure de calcium et le magnésium, et l'un quelcon- que de ceux-ci peut etre utilisé. 



   Le bore peut etre ajouté sous toute forme convenable; le manga- nèse-bore, contenant 25% de bore, convient spécialement. 



   Il est bien connu que des alliages du type en question ne   présen-   tent de bonnes propriétés de résistance au fluage, qu'après un traitement à la chaleur. Les alliages suivant l'invention sont, de manière appropriée, traités à chaud, le traitement à. chaud variant avec la .composition (et spé- cialement avec les teneurs en cobalt et en carbone) et ne formant pas lui- même partie de la présente invention. 



   Pour montrer la nature critique des teneurs en bore et zirconium, les propriétés de fluage obtenues dans différents alliages seront données ci-après. Dans chacun des tableaux ci-après, les alliages ont été de la même composition nominale-, sauf pour les teneurs en bore   et- en   zirconium, et tous les alliages de chaque tableau ont été soumis   au marne   traitement à chaud, celui-ci étant approprié, dans chaque cas, à la composition nominale. 

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  TABLEAU I. 



  Composition nominale: 10% Cr, 20% Co, 4% Ti, 2% Al, 
0,1% C et le restant de Ni. 



   Propriétés de fluage à 14,2 kg/mm2 à   8700C.   
 EMI3.1 
 
<tb> 



  Taux <SEP> de <SEP> fluage <SEP> Durée <SEP> jusqu'au <SEP> Durée <SEP> jus-
<tb> 
<tb> % <SEP> B <SEP> % <SEP> Zr <SEP> minimum <SEP> %/Heu- <SEP> fluage <SEP> tertiai- <SEP> qu'à <SEP> ruptu-
<tb> 
<tb> re <SEP> re <SEP> (heures) <SEP> re <SEP> (heures)
<tb> 
<tb> 
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0,0038 <SEP> - <SEP> 135
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,0014 <SEP> 0 <SEP> 0,0018 <SEP> 199 <SEP> 238
<tb> 
<tb> 
<tb> 0 <SEP> 0,052 <SEP> 0,0036 <SEP> 100 <SEP> 171
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,0015 <SEP> 0,102 <SEP> 0,0012 <SEP> 206 <SEP> 296
<tb> 
 TABLEAU II. 



  Composition nominale :   20%   Cr, 20% Co, 3% Ti, 1,8% Al, 
0,1% C et le restant de Ni. 



   Propriétés de fluage à   14,2   kg/mm2 à 870 C. 
 EMI3.2 
 
<tb> 



  Taux <SEP> de <SEP> fluage <SEP> Durée <SEP> jusqu'au <SEP> Durée <SEP> jusqu'à
<tb> 
<tb> % <SEP> B <SEP> % <SEP> Zr <SEP> minimum <SEP> %/heu- <SEP> fluage <SEP> tertiai- <SEP> rupture <SEP> (heu-
<tb> 
<tb> re <SEP> re <SEP> (heures) <SEP> res)
<tb> 
<tb> 
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0,0023 <SEP> 64 <SEP> 80
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,005 <SEP> 0 <SEP> 0,0030 <SEP> 76 <SEP> 162
<tb> 
<tb> 
<tb> 0 <SEP> 0,096 <SEP> 0,0042 <SEP> 90 <SEP> 125
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,003 <SEP> 0,090 <SEP> 0,0012 <SEP> 150 <SEP> 219
<tb> 
 TABLEAU 3. 



  Composition nominale :20% Or, 2,5% Ti,   1,3%   Al,   0,05%   C et le restant de Ni. 



   Propriétés de fluage à 26,8 kg/mm2 à   750 C.   
 EMI3.3 
 
<tb> 



  Taux <SEP> de <SEP> fluage <SEP> Durée <SEP> jusqu'au <SEP> Durée <SEP> jusqu'à
<tb> 
<tb> 
<tb> % <SEP> B <SEP> % <SEP> Zr <SEP> minimum <SEP> %/heu- <SEP> fluage <SEP> tertiai- <SEP> rupture <SEP> (heu-
<tb> 
<tb> 
<tb> re <SEP> re <SEP> (heures) <SEP> res)
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0,0059 <SEP> 24 <SEP> 29
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,005 <SEP> 0 <SEP> 0,0035 <SEP> 41 <SEP> 53
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 0 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0035 <SEP> 47 <SEP> 67
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,005 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0035 <SEP> 50 <SEP> 100
<tb> 
 
Si la teneur en bore excède 0,01% ou si la teneur en zirconium dépasse 0,2%, on rencontre des difficultés dans le traitement à chaud des alliages; en particulier, les alliages tendent à se fissurer au forgeage. 



   Une caractéristique importante de l'invention consiste en l'uti- lisation des alliages à l'état traité à chaud pour la fabrication d'objets ou éléments soumis à une tension prolongée à des températures élevées. 



   REVENDICATIONS. 

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

Claims (1)

1. 1. - Un alliage contenant de 4 à 30% de chrome et au moins 40% de nickel + cobalt, la teneur en cobalt étant de 0 à 55% et, si on le dési- re, contenant du fer jusqu'à 40%, du carbone jusqu'à 0,5%, du molybdène jus- qu'à 20%, du tungstène jusqu'à 5%, du manganèse jusqu'à 1%, du silicium jus- qu'à 2%, et du niobium ou du tantale, ou les deux, jusqu'à 1%, caractérisé en ce qu'il contient, non seulement de 0,5 à 8% de titane et de 0,3 à 8% <Desc/Clms Page number 4> d'aluminium, en vue de réaliser une phase précipitable qui améliore, de manière connue, les propriétés de résistance au fluage, mais aussi de 0,001 à 0,01% de bore et de 0,01 à 0,2% de zirconium.

   2. - Un objet-réalisé par traitement à chaud d'un alliage suivant la revendication 1.

   3. - L'utilisation d'un alliage traité à chaud de la composition suivant la revendication 1, pour laf abrication d'un objet ou d'un élément soumis, à l'utilisation, à une tension prolongée à des températures élevées.