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La présente invention est relative à des alliages à base de nickel et, en particulier, à des alliages de nickel et de silicium.
On utilise beaucoup des alliages de nickel et de silicium pour la fabrication d'appareils pour l'industrie chimique, du fait de leur résistance à la corrosion par l'acide sulfurique qu'on utilise fréquemment dans l'industrie. Par exemple, des alliages de ce genre contenant environ
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8,5$ à 10% de silicium, résistent à l'acide sulfurique concentré à des températures allant jusqu'au point d'ébullition. Les alliages nickel-silicium ont une plus grande ductilité et une plus grande résistance aux chans thermiques, que les alliages de ferro-silicium qu'on utilise aussi pour leur résistance à l'acide sulfurique et, pour cette raison, ils sont re- commandés pour être utilisés dans des conditions de service plus pénibles.
Les deux types de matière ne sont obtenus que sous forme de pièces cou-
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lées.
Bien que la ductilité des alliages nickel-silicium soit plus grande que celle des alliages de ferro-silicium, on a cherché à améliorer leur ductilité. Les essais faits pour améliorer la ductilité en abaissans la teneur en silicium n'ont donné de bons résultats qu'aux dépens fâcheux de la résistance à la corrosion. En conséquence, on continue à réclamer des alliages nickel-silicium améliorés ayant une bonne résistance à la corrosion par l'acide sulfurique et unemeilleure résistance au choc mécanique ou thermique.
Le but principal de l'invention est de satisfaire à cette demande.
L'invention permettant d'obtenir ce résultat, consiste en
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un alliage de nickel de 4 à 10% de silicium, 2 à 25 de tantale, jusqu'à 3 % d'aluminium, jusqu'à 4 $ de cuivre, jusqu'à 15% de fer, le restant étant du nickel et des impuretés éventuelles. Une partie du tantale, allant jusqu'à la moitié de la quantité indiquée, peut être remplacée par du niobium; par exemple, au lieu de 10 % de tantale, on peut utiliser
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5 % de tantale et e, de niobium.., La somme du tantale et du niobium ne doit pas dépasser 25 %. Un gamme préférée de compositions consiste en
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5 à 9 de silicium, 5 à 15 de tantale, seul ou avec du niobium, jusqu'à 3 d'aluminium, jusqu'à 410 de cuivre, lu de fer au plus, le res- tant étant du nickel et des impuretés éventuelles.
Pour obtenir la combinaison désirée de propriétés dans l'alliage de l'invention, les teneurs en silicium et tantale sont équilibrées l'une par rapport à l'autre. Ainsi, si le silicium est du côté faible de sa gamme, la teneur en tantale est du côté élevé. Si la teneur en silicium est du côté élevé de la gamme, il faut, en général, moins de tantale. Le fer nuit beaucoup à la fois aux propriétés mécaniques et à la résistance à la corrosion de l'alliage, et il est bon de le maintenir
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bien au-dessous de 10 % et, si possible, au dessous de 3 .
Les essais mécaniques et de résistance à la corrosion des alliages selon l'invention montrent que leUID OOCi\ttUité est améliorée et qu'ils ont une excellente résistance à la corrosion. Les essais mécaniques ont été effectués; sur des barres cylindriques, coulées au sable, de
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3.05 cm de diamètre et de 406 cm de long. Les barres n'étaient pas usi- nées, mais on avait enlevé le sable et les bavures avec une lime à main et du papier d'émeri.
La portée à l'essai était de 30,5 cm et la charge de rupture et la flexion ont été mesurées en kgs et centimètres respec-
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tivement., Les essais de corrosion ont été effectuée-; sur des disques de 2,54 cm de diamètre et environ 9,5 mm d'épaisseur, usinés à partir des barres briséeso Les agents de corrosion étaient de l'acide sulfurique à 77 % bouillant et de l'acide sulfurique à 55% bouillant, les échantillons
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ayant <été exposés à l'action de ces agents pendant trois périodes succes- sives de 48 heureso
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Le tableau suivant montre les résultats obtenus par ces essais.
Les chiffres de corrosion expriment en mm. la pénétration par mois et ont été relevés dans la troisième période de 48 heures de ces essais.
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<tb>
<tb> Composition <SEP> nominale <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> corrosion
<tb>
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Ift restant est Ni et mm par mois impuretés Charge de Flexion ^Acide Acide si Ta% m 'ta Fe rupture.Kgs. cm. --- à 4 15 -- # 3529 1,27 0.203 0.401
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<tb>
<tb> 4 <SEP> 25 <SEP> -- <SEP> 2586 <SEP> 0,43 <SEP> 0.191 <SEP> 0.061
<tb>
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5 15 -- -- 4763 z .54 0,097 0.155 5 20 -- -- 2858 0,48 0,130 z142 5 12 3 -- 4228 0.71 0.203 0.180 5 z3 .5 3 .5 -- 4155 0 ,36 0.142 o .
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<tb>
<tb> 7 <SEP> 3 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 2558 <SEP> 0 <SEP> ,30 <SEP> 0.300 <SEP> 0.284
<tb>
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7 5 -- -- 5271 z,46 0.191 ----
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<tb>
<tb> 7 <SEP> 10 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 5307 <SEP> 1,78 <SEP> 0.036 <SEP> 0.465
<tb>
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7 15 -- -- 2468 0 ,z8 0.069 0 , à94
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<tb>
<tb> 7 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1 <SEP> 4818 <SEP> 3.45 <SEP> 0.257 <SEP> 4.318
<tb> 7 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 4662 <SEP> 1,05 <SEP> 0,168 <SEP> 2,347
<tb> 7 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 2,7 <SEP> 4645 <SEP> 0.71 <SEP> 0.124 <SEP> 0 <SEP> .544 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3.2 <SEP> 3810 <SEP> 0 <SEP> .41 <SEP> 0,081 <SEP> 0,411
<tb> 7 <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 4,3 <SEP> 3193 <SEP> 0 <SEP> ,30 <SEP> 0.117 <SEP> 0.752
<tb> 8 <SEP> 3-- <SEP> -- <SEP> 2649 <SEP> 0,52 <SEP> 0.170 <SEP> 2.362
<tb> 8 <SEP> 5 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 3611 <SEP> 0,
38 <SEP> 0.101 <SEP> 4.826
<tb> 8 <SEP> 10 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 2840 <SEP> 0,30 <SEP> 0,0066 <SEP> 0,127
<tb>
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10 3 -- -- 3221 0 ,33 0 ,084 5.182
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<tb>
<tb> 10 <SEP> 5-- <SEP> -- <SEP> 1624 <SEP> 0,15 <SEP> 0,0152 <SEP> 0,925
<tb> 10 <SEP> 10 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 1579 <SEP> 0,18 <SEP> 0,0038 <SEP> 0.046
<tb>
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7 -- -- -- 1769 0,48 0.813 ----
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<tb>
<tb> 8 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 2091 <SEP> 0,22 <SEP> 0.305 <SEP> 0.213
<tb>
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10 -- -- -- 2549 0.22; 0.145 1,219
Les chiffres du tableau montrent que, dans les alliages or- dinaires nickel-silicium (les trois derniers du tableau), la réduction du silicium de 10 à 7 % entraîne une réduction de la résistance à la corrosion dans l'acide à 77 %.
Cependant, dans les alliages selon l'invention contenant du tantale seul ou du tantale avec du niobium, on obtient une augmentation sensible de la ténacité et de la résistance à la corrosion dans les alliages à 7 à 8,5 % de silicium,d'autant que dans les deux qualités,ces alliages à faible teneur en silicium sont bien supérieurs aux alliages ordinaires à 10 % de silicium. Les chiffres. montrent aussi qu'il faut, en général, plus de tantale pour avoir une bonne résistance à la corrosion à l'acide à 55 % que pour l'acide à 77 %.
Les alliages selon l'invention peuvent être obtenus au four électrique à induction en utilisant du nickel pur, de préférence électrolytique, du silicium commercialement pur et des sources approp-
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riées de tantale,seul ou avec du niobium,et telles que du métal commercialement pur ou des alliages nickel-tantale ou nickel-tantale-niobium ou des ferro-niobium,ou dès ferro-niobium-tantale. Toutefois, du fait de l'effet nuisible du fer, il est préférable-de ne pas utiliser de très grandes quantités d'alliages de fer. Si l'on désire, on peut ajouter le tantale sous forme de déchets de tantale métallique. En préparant lès alliages utilisés dans le tableau, on a ajouté 0,5 % de manganèse comme désoxydant.