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"Perfectionnements à la production d'objets métalliques creux."'
Il est connu que si un ou plusieurs trous sont réalisés dans un corps métallique et remplis d'une matière appropriée, et si le corps est alors travaillé à chaud par extrusion ou d'une au- tre manière, la matière de remplissage s'écoulera avec le métal.
Si la matière de remplissage peut être enlevée par un procédé quel- conque qui n'affecte pas le métal, le corps travaillé à chaud ou des sections découpées de celui-ci présenteront encore des troue après l'enlèvement de cette matière de remplissage, mais la dimen-
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sion et la forme de ces trous dépendront'du changement qui s'est produit dans les dimensions extérieures du corps, et de la nature de la matière de remplissage. En supposant que la matière de rem- plissage se comporte exactement de la même manière que le métal, lorsqu'il est soumis à une déformation, il est possible d'allonger les trous et de réduire l'étendue de leur section transversale sans changement de la forme de celle-ci.
Cela peut être réalisé, par exemple, par extrusion d'une billette ou ébauche, ou élément simi- laire, présentant un ou des trous remplis parallèles à l'axe, sans changement de, la forme transversale de la billette. ou autre élément.
Si la forme transversale de la billette ou élément similaire est changée, par exemple, par laminage à chaud ou matriçage, la forme transversale des trous remplis sera chargée d'une manière dépendant des forces agissant dans la zone particulière de la billette ou élément similaire, où ces trous se trouvent. En pratique, lorsqu'un trou axial a été réalisé par enlèvement d'une tige de métal, il est rare que la matière de remplissage introduite dans le trou se comporte juste comme cette tige l'aurait fait, et la mesure dans laquelle la¯forme transversale finale du trou.ressemble à la forme transversale que la tige de métal aurait eu dépend des caractéris- tiques de travail à chaud de la matière de remplissage.
Par extrusion de la billette ou autre élément rempli à travers une matrice d'une forme différente et de plus petite sec- tion transversale que la billette ou autre élément, on peut produire un corps allongé dont les trous sont allongés, de section transver-- sale réduite, et également de forme modifiée.
Si la dimension, la forme et la répartition des trous.à obtenir doivent être uniformes sur une proportion importante de la longueur d'un tel produit extrudé, il est essentiel que l'extrusion soit réalisée sous des conditions de lubrification extérieure et sous un degré de réduction, tels qu'un écoulement régulier de la billette ou autre élément'se produise, c'est-à-dire, que le phéno-
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mène connu sous le nom de "défaut d'extrusion" soit évité.
Pourvu qu'un écoulement régulier soit atteint, la forme finale des trous laissés après enlèvement de la matière de remplis- sage d'une billette extrudée dépendra donc : (a) des propriétés de travail à chaud de la matière de rem- plissage et de la billette ; (b) de la forme initiale des trous; (c) des positions des trous dans la section transversale de la billette; et (d) du changement de la forme de la section transversale de la billette à l'extrusion.
Des procédés du type décrit peuvent être utilisés dans la fabrication de pièces métalliques qui peuvent être découpées pour former des aubes ou des ailettes fixesde turbines à gaz. De telles aubes ou ailettes atteignent des températures très élevées en fond- tionnement et peuvent devoir être refroidies. Un procédé de re- froidissement consiste à chasser de l'air à travers les passages que présentent ces aubes ou ailettes et, à cet effet, il se peut que des passages doivent être prévus de la base jusqu'à la pointe de l'aube ou de l'ailette, c'est-à-dire, suivant toute la portée de celles-ci. De tels passages devraient se trouver en des pointa prédéterminés de la section transversale et peuvent devoir différer les uns des autres quant à leur forme transversale.
C'est ainsi . que la section d'une aube ou d'une a.ilette, en travaillant despiè- ces présentant un ou plusieurs passages de très petite section transversale et de forme prédéterminée, qui ne peuvent pas être réalisés par usinage, et peut-être aussi un ou plusieurs passages de plus grande section transversale pour des raisons d'allègement, peut être réalisée comme expliqué ci-après.
Une billette ou ébauche est pourvue d'un certain nombre ne de trous axiaux, et remplie. Il est important que les trous/tra- versent pas toute la billette jusqu'à l'extrémité de tête de celle-
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ci, car sinon une certaine quantité de matière de remplissage jaillira vers l'avant durant l'extrusion et sera perdue. Ensuite, la billette est amenée jusqu'à la température d'extrusion, placée dans la chambre d'une presse à étirer, et mise en rotation de manière que les trous soient convenablement orientés par rapport à une matrice de section convenable (de préférence une section en forme d'aile, plutôt plus large que la section finale désirée).
La billette est alors extrudée avec lubrification extérieure pour assurer un écoulement régulier du métal à travers la matrice. La section extrudée contenant encore la matière de remplissage est laminée à chaud entre des cylindres appropriés pour réduire l'épais% seur, et elle est découpée en longueur; la matière de remplissage est ensuite enlevée.
L'extrusion de billettes creuses remplies peut également être appliquée à la production de tubes à épaisseur de paroi mince et de petit diamètre, et ce par extrusion directe en partant d'une billette creuse contenant la matière de remplissage. Un tel systè- me de tube est utilisé pour gainer des éléments chauffants élec- triques, et il est normalement obtenu par étirage d'un alliage de nickel-chrome, nickel-chrome-fer, ou autre, en dix à quinze passes d'étirage. En appliquant un procédé du type en question, il est possible de produire le tube en une seule phase d'extrusion, bien que si un tube très fin est désiré, il puisse être obtenu par réextrusion à travers une plus petite matrice sans enlèvement de la matière de remplissage. D'autres types de tubes peuvent également être réalisés par les procédés du type décrit.
Pour que l'on puisse exercer un contrôle très précis sur la forme et les dimensions des trous de l'objet fini, il est essen- tiel que la matière de remplissage ait une résistance à la défor- mation qui soit aussi proche que possible de celle du métal, car sinon les lignes d'écoulement de la matière, de remplissage ne suivraient pas celles du métal enveloppant. Si la matière de
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'1,- ,1 : '\ ¯r' est l'l,I.lH faciicmunt E '.f Or'I:lLi7 f' que Je l' rat;!), non scu- 1. ,1'Ut. 1.< réduction due l'aire ,le! la section t.i"iii;sv<.ri;ial. d'un trou rempli sera prolJortionne.11ement. plus grande que c<;Li<a du filial, sur au moins une partie de la longueur du trou, mais encore cette aire variera sur la longueur du trou.
L'étendue de ces variations, Mesurée par exemple comme déviation par rapport à l'aire moyenne de la section transversale, augmentera avec la capacité de déforma- tion de la matière de remplissage.
Si la matière de remplissage est moins facilement déforma- ble que le métal, elle tendra à agir comme mandrin mobile lors de l'extrusion. Toute la matière de remplissage aura passé à travers la matrice avant que l'extrusion du métal ne soit achevée, et l'ex- trémité arrière de la section extrudée ne contiendra pas de matière de remplissage. En outre l'aire de la section transversale du trou formé sera irrégulière.
La demanderesse a trouvé qu'une quantité qui sera appelée "facteur de déformation possible" ne doit pas excéder une certaine - valeur pour assurer la réussite. Ce facteur est déterminé en pre- nant une billette ou ébauche cylindrique de 3 5/8 pouces de diam tre et de 6 pouces de long et en y forant un trou central de 3/4 de pouce de diamètre jusqu'à une profondeur de 5 pouces. Ce trou est alors rempli, et la billette remplie est extrudée sous des condi- tions assurant un écoulement régulier, avec un rapport d'extrusion de 6,25/1 pour donner un produit rectangulaire de 2 1/4 de pouces sur 3/4 de pouce, et de 30 à 33 pouces de long.
La réduction de l'aire de la section transversale à la fois du métal et de la ma- tière de remplissage après l'extrusion est prise au point milieu de la longueur de la matière de remplissage. Si le rapport de l'aire de la matière de remplissage avant l'extrusion à l'aire de la matière de remplissage après le traitement 1 chaud est R1, et si le rapport similaire des aires de métal est R2, le facteur de déformation possible ert alors R1/R2. Le facteur de déformation
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possible est donc une mesure de la déformation possible relative de la matière de remplissage et du métal sous les conditions d'ex- trusion.
Comme les déformations possibles du métal et de la matiè- re de remplissage peuvent varier à des allures différentes lorsque la température change, ce facteur peut dépendre de la température d'extrusion qui évidemment est choisie suivant le métal de la bil- lette ou ébauche.
La demanderesse a trouvé que si l'aire de la section transversale du trou rempli ne doit pas s'écarter, en un point quel- conque, de plus de 5% de l'aire moyenne, le facteur de déformation possible ne.devrait pas être supérieur à 1,20. Au-delà de cette - valeur, il y a un danger que de très petits trous soient totalement fermés en un ou plusieurs points le long de leur longueur.
La demanderesse a également trouvé que, lorsque la matière de remplissage est plus dure et moins déformable que le métal de la billette sous les conditions d'extrusion, le facteur de déforma- tion possible tombe un peu, s'il le faut, en dessous de 1. Cepen-, dant, la longueur sur laquelle le trou est d'uniformité adéquate en ce qui concerne sa section transversale est réduite, et il y a,. un déchet considérable, car les sections qui, ou bien ne contiennent pas de matière de remplissage, ou bien en contiennent de forme irrégulière et qui ainsi doivent être rejetées, sont longues.
Par conséquent, en choisissant une matière de remplissage, il est nécessaire, non seulement de considérer le facteur de défor- mation possible, mais encore un facteur qu'on appellera le facteur de récupération. Celui-ci est donné par la proportion de la lon- gueur totale du produit extrudé, sur laquelle le degré d'écart de l'aire du trou par rapport à l'aire moyenne sur cette longueur n'est pas supérieur à 5%.
Pour être satisfaisant, par conséquent la matière de rem- plissage' utilisée doit être telle que le facteur de déformation possible à la température d'extrusion ne soit pas de beaucoup su-
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périeur à l'unité et n'excède pas 1,20, et que le facteur de ,récu- pération suit au moins de 20% et, de préférence, d'au moins 50%.
La matière de remplissage doit également être une masse cohérente, c'est-à-dire, qu'elle doit avoir une résistance à la traction aussi bien qu'à la compression. De plus, la matière de remplissage doit évidemment être susceptible d'être enlevée de l'objet fini par des procédés qui sont inoffensifs pour le métal, par exemple, par une attaque chimique ou électro-chimique sélective.
Lorsque le métal de la billette ou ébauche est un alliage de nickel-chrome-ou de nickel-chrome-cobalt, et spécialement lors- qu'il contient un ou plusieurs constituants précipitables, tels que le titane et l'aluminium, on rencontre des difficultés à trouver une matière de remplissage convenable. La matière de remplissage idéale est elle-même un métal à cause de la facilité avec laquelle elle peut alors être façonnée.
Des facteurs permettant de déterminer l'intérêt - d'un métal comme matière de remplissage, en plus de ceux dont il a été question ci-avant, sont le coût et la facilité avec laquelle la matière de remplissage peut être enlevée de l'objet fini.
L'invention est basée sur la découverte que certains aciers au manganèse-titane ont des propriétés les rendant intéressants pour une utilisation comme matières de remplissage, spécialement dans des alliages résistants à la chaleur et au fluage, qui sont chauffés à l'usage jusqu'à 700 C ou plus et contiennent au moins 25% de nickelé chrome ou de nickel-chrome-cobalt. Les températures auxquelles ces alliages sont travaillés sont nécessairement élevées, et même à ces températures; les alliages sont difficiles à déformer. Naturelle- ment, la composition particulière de l'acier pour l'obtention de résultats satisfaisants varie avec l'alliage de la billette.
Suivant la présente invention, la matière de remplissage consiste en un acier au manganèse contenant de 1 à 10% de titane en plus de à 20% de manganèse. L'acier ne devrait pas contenir
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plus de 0,5% de carbone, et il peut contenir les impuretés et les constituants secondaires habituels de l'acier au manganèse.
Le manganèse et le titane sont utilisés tous deux comme agents de rigidité. Le manganèse seul ne donne pas la résistance nécessaire aux températures élevées. Si le titane était utilisé seul, une si grande quantité en serait nécessaire qu'on produirait un acier difficile à attaquer par des solutions aqueuses de 20 à 25,; d'acide nitrique avec ou sans autres acides minéraux,' par exem- ple, avec 1% d'acide chlorhydrique, aux températures allant de 85 C au point d'ébullition, ces solutions ayant été trouvées être des solutions d'attaque convenables. Par contre, l'utilisation à la fois de manganèse et de titane permet de satisfaire à tous les desiderata.
Si la teneur en manganèse est inférieure à 5%, il est nécessaire d'utiliser une si grande teneur en titane que l'acier sera rendu cassant et, par conséquent, difficile à amener.à la forme désirée de la matière de remplissage. Si la teneur en manga- nèse excède 20%, l'acier est difficile à couler en lingots sains et à façonner. De plus, la résistance aux hautes températures est alors insuffisante.
Si la teneur en titane est inférieure à 1%, l'acier est trop doux même avec la teneur maximum en manganèse. Si la teneur en titane excède 10%, l'acier devient trop difficile à être élimi. né du produit travaillé à chaud.
Comme on le sait, le titane a une affinité élevée pour le carbone, et du carbure de titane est formé comme phase dure dans les aciers suivant l'invention. Si la teneur en carbone excède
0,5%, une si grande quantité de cette phase est formée qu'elle rend l'acier cassant et difficile à travailler. En dessous de ce chif- fre, la teneur en carbone est utilisée comme moyen de contrôle de la rigidité de la matière de remplissage par rapport à celui de la billette.
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Les aciers préférés suivant l'invention contiennent de 2 à 3,. de titane, de 8 à 12% de manganèse, et pas plus de 0,3o de carbone, ces aciers étant les plus facilement travaillables et montrant les facteurs de déformation possible et de récupération spécialement appropriés aux alliages dont il a été question précé- demment .
A titre d'exemple, les gammes de compositions de certains alliages de nickel actuellement très utilisés comprennent 18 à 21% de chrome, 15 à 21% de cobalt, 1,8 à 2,7% de titane, 0,8 à 1,8% d'aluminium, 0 à 0,10% de carbone, 0 à 1,0% de manganèse, 0 à 1,5% de silicium, 0 à 5% de fer, et le restant de nickel, sauf en ce qui concerne des désoxydants résiduaires, tels que magnésium et calcium, et des impuretés. Une matière de remplissage destinée à l'utilisa- tion avec de tels alliages peut contenir 10% de manganèse, 2% de titane, et 0,19% de carbone, le restant étant du fer.
On a trouvé que cette matière de remplissage permet l'obtention de trous prati- quement uniformes de petit diamètre dans de grandes longueurs d'ailettes de turbines, et qu'elle peut également être aisément enlevée après extrusion ou autre traitement à chaud, par dissolu- tion dans un mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique, qui n'attaque pas l'alliage à base'de nickel-chrome. Lorsque cette matière de remplissage était utilisée dans un de ces alliages, le facteur de déformation possible était de 1,0, et le facteur de ré- cupération était d'environ 62%. Lorsque la teneur en carbone de la matière de remplissage était réduite à 0,10%, le facteur de dé- formation possible s'élevait à 1,04, et le facteur de récupération tombait à 55%.
Si la teneur en titane est augmentée, la capacité d'étirage à froid de la matière de remplissage est dimihuée et,en même temps, le facteur de déformation possible est augmenté. C'est ainsi que,, lorsqu'elle était utilisée avec le même alliage, une matière de remplissage contenant environ 87% de fer, 10% de manganèse, 3% de
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titane et 0,06% de carbone donnait un facteur de déformation possi- ble de 111 et un facteur de récupération de 67%. Les deux facteurs étaient pratiquement les mêmes lorsque la teneur en titane de la matière de remplissage était élevée d'abord à 4% et ensuite à 5% au détriment de la teneur en fer.
Un autre alliage couramment utilisé à cause de ses proprié- tés de résistance au fluage contient 20% de chrome, 0,3% de titane, 0,1% d'aluminium, 0,1% de carbone, et le restant de nickel. Une billette ou ébauche d'un tel alliage était remplie d'une matière de remplissage contenant environ 88% de fer, 10% de manganèse, 2% de titane et 0,08% de carbone. Le facteur de déformation possible était de 1,06 et le facteur de récupération était de 67%.
Un autre alliage couramment utilisé encore contient.20% de chrome, 16% de cobalt, 0,1% de carbone, 2,8% de titane et 1,8% d'aluminium, le restant étant du nickel. La matière de remplissage contenant environ 88% de fer, .10% de.manganèse, 2% de titane et 09081,,eu de carbone est trop molle pour être utilisée dans un tel al- liage, car, bien qu'elle donne un facteur de déformation possible de 1,18, l'écart à partir de l'aire de la section transversale moyenne était de plus de 5% sur la longueur totale. Pour convenir à l'utilisation dans une billette de cet alliage, la matière de remplissage devrait avoir une teneur supérieure en carbone, par exemple 0,2%.
Dans tous les exemples donnés, la température d'extrusion était de 1180 C.
REVENDICATIONS
1. Acier au manganèse contenant de 1 à 10% de titane, de 5 à 20% de manganèse et pas plus de 0,5% de carbone, le restant étant du fer avec ou sans les impuretés et les constituants secon- daires habituels de l'acier au manganèse.
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"Improvements in the production of hollow metal objects." '
It is known that if one or more holes are made in a metallic body and filled with a suitable material, and if the body is then hot worked by extrusion or otherwise, the filling material will flow out. with metal.
If the filler can be removed by any process which does not affect the metal, the hot worked body or cut sections thereof will still show holes after removal of this filler, but the dimension
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The size and shape of these holes will depend on the change which has taken place in the external dimensions of the body, and on the nature of the filling material. Assuming that the filling material behaves in exactly the same way as metal, when subjected to deformation it is possible to lengthen the holes and reduce the extent of their cross-section without changing the shape of it.
This can be achieved, for example, by extruding a billet or blank, or the like, having one or more filled holes parallel to the axis, without changing the transverse shape of the billet. or other element.
If the transverse shape of the billet or the like is changed, for example, by hot rolling or die-stamping, the transverse shape of the filled holes will be loaded in a manner dependent on the forces acting in the particular area of the billet or the like, where these holes are. In practice, when an axial hole has been made by removing a metal rod, it is rare that the filler material introduced into the hole behaves just as that rod would have done, and the extent to which there is Final cross-sectional shape of the hole. The cross-sectional shape that the metal rod would have had depends on the hot-working characteristics of the filler.
By extruding the billet or other filled member through a die of a different shape and smaller cross-section than the billet or other member, an elongated body with elongated holes of transverse cross-section can be produced. dirty reduced, and also modified form.
If the size, shape and distribution of the holes to be obtained are to be uniform over a significant proportion of the length of such an extruded product, it is essential that the extrusion be carried out under conditions of external lubrication and under a degree reduction, such as a smooth flow of the billet or other element to occur, i.e., the phenomenon
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leads known as "extrusion defect" to be avoided.
Provided that smooth flow is achieved, the final shape of the holes left after removal of the filler material from an extruded billet will therefore depend on: (a) the hot working properties of the filler material and the billet; (b) the initial shape of the holes; (c) positions of the holes in the cross section of the billet; and (d) changing the shape of the cross section of the billet upon extrusion.
Processes of the type described can be used in the fabrication of metal parts which can be cut to form blades or stationary fins of gas turbines. Such blades or vanes reach very high temperatures during melting and may need to be cooled. A cooling process consists of expelling air through the passages presented by these blades or fins and, for this purpose, passages may need to be provided from the base to the tip of the blade. or of the fin, that is to say, according to the whole range of these. Such passages should be at predetermined points in the cross section and may need to differ from each other in their cross shape.
This is how . as the section of a vane or a blade, by working parts having one or more passages of very small cross section and of predetermined shape, which cannot be produced by machining, and perhaps also a or several passages of larger cross section for reasons of lightening, can be produced as explained below.
A billet or blank is provided with a number of axial holes, and filled. It is important that the holes / do not go through the entire billet to the head end of the billet.
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ci, otherwise a certain amount of filler material will spurt forward during extrusion and be wasted. Then the billet is brought up to extrusion temperature, placed in the chamber of a drawing press, and rotated so that the holes are properly oriented with respect to a die of suitable section (preferably a wing-shaped section, rather wider than the desired final section).
The billet is then extruded with exterior lubrication to ensure an even flow of the metal through the die. The extruded section still containing the filling material is hot rolled between suitable rolls to reduce thickness, and is cut to length; the filling material is then removed.
Filled hollow billet extrusion can also be applied to the production of thin wall thickness and small diameter tubes by direct extrusion from a hollow billet containing the filler material. Such a tube system is used for jacketing electrical heating elements, and is normally obtained by drawing a nickel-chromium, nickel-chromium-iron alloy, or the like, in ten to fifteen passes. drawing. By applying a process of the type in question, it is possible to produce the tube in a single extrusion step, although if a very thin tube is desired, it can be obtained by re-extrusion through a smaller die without removing the material. filling material. Other types of tubes can also be produced by the methods of the type described.
In order to be able to exert very precise control over the shape and dimensions of the holes in the finished article, it is essential that the filling material has a resistance to deformation which is as close as possible to that of the metal, because otherwise the lines of flow of the material, of filling would not follow those of the enveloping metal. If the matter of
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'1, -, 1:' \ ¯r 'is l'l, I.lH faciicmunt E' .f Or'I: lLi7 f 'que I rat ;!), not scu- 1., 1'Ut . 1. <reduction due to the area, the! the section ti "iii; sv <.ri; ial. of a filled hole will be proportionately. greater than c <; Li <a of the filial, over at least part of the length of the hole, but still this area will vary along the length of the hole.
The extent of these variations, measured for example as a deviation from the mean cross-sectional area, will increase with the strain capacity of the filler.
If the filler is less easily deformable than the metal, it will tend to act as a movable mandrel during extrusion. All of the filler material will have passed through the die before the metal extrusion is complete, and the rear end of the extruded section will not contain any filler. Further, the cross-sectional area of the formed hole will be irregular.
Applicants have found that an amount which will be termed a "possible strain factor" should not exceed a certain value to ensure success. This factor is determined by taking a billet or cylindrical blank 3 5/8 inches in diameter and 6 inches long and drilling a central hole 3/4 inch in diameter to a depth of 5. inches. This hole is then filled, and the filled billet is extruded under conditions ensuring smooth flow, with an extrusion ratio of 6.25: 1 to give a rectangular product 2 1/4 by 3/4 inches. inch, and 30 to 33 inches long.
The reduction in the cross-sectional area of both the metal and the filler after extrusion is taken at the midpoint of the length of the filler. If the ratio of the area of the filling material before extrusion to the area of the filling material after the hot treatment is R1, and the similar ratio of the metal areas is R2, the possible deformation factor then R1 / R2. The deformation factor
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possible is therefore a measure of the relative possible deformation of the filler and the metal under the extrusion conditions.
As the possible deformations of the metal and of the filler material can vary at different rates as the temperature changes, this factor may depend on the extrusion temperature which of course is chosen depending on the metal of the ball or blank.
Applicants have found that if the cross-sectional area of the filled hole should not deviate, at any point, by more than 5% from the mean area, the possible strain factor should not. be greater than 1.20. Beyond this value there is a danger that very small holes will be completely closed at one or more points along their length.
Applicants have also found that when the filler material is harder and less deformable than the billet metal under extrusion conditions, the possible deformation factor falls a little, if necessary, below. of 1. However, the length over which the hole is of adequate uniformity as to its cross-section is reduced, and there is ,. a considerable waste, because the sections which either do not contain filling material, or else contain some irregularly shaped and which thus must be rejected, are long.
Therefore, in choosing a filling material it is necessary not only to consider the possible deformation factor, but also a factor which will be called the recovery factor. This is given by the proportion of the total length of the extruded product, over which the degree of deviation of the area of the hole from the average area over that length is not more than 5%.
To be satisfactory, therefore, the filling material used should be such that the possible strain factor at the extrusion temperature is not much too much.
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greater than unity and not exceeding 1.20, and the recovery factor follows at least 20% and preferably at least 50%.
The filler material should also be a coherent mass, i.e., it should have tensile as well as compressive strength. In addition, the filler must of course be capable of being removed from the finished article by methods which are harmless to the metal, for example by selective chemical or electrochemical attack.
When the metal of the billet or blank is a nickel-chromium-or nickel-chromium-cobalt alloy, and especially when it contains one or more precipitable constituents, such as titanium and aluminum, there are difficulties in finding a suitable filling material. The ideal filler is itself a metal because of the ease with which it can then be shaped.
Factors in determining the desirability of a metal as a filler, in addition to those discussed above, are the cost and ease with which the filler can be removed from the object. finished.
The invention is based on the discovery that certain manganese-titanium steels have properties which make them attractive for use as fillers, especially in heat and creep resistant alloys which are heated in use to the point of use. at 700 C or more and contain at least 25% nickel-chromium or nickel-chromium-cobalt. The temperatures at which these alloys are worked are necessarily high, and even at these temperatures; alloys are difficult to deform. Of course, the particular composition of the steel for obtaining satisfactory results varies with the alloy of the billet.
According to the present invention, the filler material consists of a manganese steel containing 1 to 10% titanium in addition to 20% manganese. Steel should not contain
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more than 0.5% carbon, and it may contain the usual impurities and secondary constituents of manganese steel.
Both manganese and titanium are used as stiffening agents. Manganese alone does not provide the necessary resistance to high temperatures. If titanium were used alone, such a large amount would be required that a steel would be produced which would be difficult to etch by aqueous solutions of 20 to 25; nitric acid with or without other mineral acids, for example with 1% hydrochloric acid, at temperatures ranging from 85 ° C. to boiling point, these solutions having been found to be suitable etchant solutions. On the other hand, the use of both manganese and titanium makes it possible to satisfy all the desiderata.
If the manganese content is less than 5%, it is necessary to use such a high titanium content that the steel will be made brittle and, therefore, difficult to bring to the desired shape of the filler. If the manganese content exceeds 20%, the steel is difficult to cast into sound ingots and to shape. In addition, the resistance to high temperatures is then insufficient.
If the titanium content is less than 1%, the steel is too soft even with the maximum manganese content. If the titanium content exceeds 10%, the steel becomes too difficult to be removed. born from the hot-worked product.
As is known, titanium has a high affinity for carbon, and titanium carbide is formed as a hard phase in the steels according to the invention. If the carbon content exceeds
0.5%, such a large amount of this phase is formed that it makes the steel brittle and difficult to work. Below this number, the carbon content is used as a means of controlling the stiffness of the filler material relative to that of the billet.
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The preferred steels according to the invention contain from 2 to 3 ,. of titanium, from 8 to 12% of manganese, and not more than 0.3o of carbon, these steels being the most easily workable and showing the possible deformation and recovery factors especially suitable for the alloys mentioned above .
By way of example, the ranges of compositions of certain nickel alloys currently widely used include 18 to 21% chromium, 15 to 21% cobalt, 1.8 to 2.7% titanium, 0.8 to 1, 8% aluminum, 0 to 0.10% carbon, 0 to 1.0% manganese, 0 to 1.5% silicon, 0 to 5% iron, and the remainder nickel, except as relates to residual deoxidizers, such as magnesium and calcium, and impurities. A filler for use with such alloys may contain 10% manganese, 2% titanium, and 0.19% carbon, the balance being iron.
It has been found that this filler material provides substantially uniform small diameter holes in long turbine fin lengths, and that it can also be easily removed after extrusion or other heat treatment, by dissolving. - tion in a mixture of nitric acid and hydrochloric acid, which does not attack the alloy based on nickel-chromium. When this filler was used in one of these alloys, the possible strain factor was 1.0, and the recovery factor was about 62%. When the carbon content of the filler material was reduced to 0.10%, the possible deformation factor was 1.04, and the recovery factor fell to 55%.
If the titanium content is increased, the cold drawing ability of the filler is reduced and at the same time the possible deformation factor is increased. Thus, when used with the same alloy, a filler material containing about 87% iron, 10% manganese, 3% manganese
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titanium and 0.06% carbon gave a possible strain factor of 111 and a recovery factor of 67%. The two factors were practically the same when the titanium content of the filler was increased first to 4% and then to 5% at the expense of the iron content.
Another alloy commonly used because of its creep resistance properties contains 20% chromium, 0.3% titanium, 0.1% aluminum, 0.1% carbon, and the remainder nickel. A billet or blank of such an alloy was filled with a filler material containing about 88% iron, 10% manganese, 2% titanium and 0.08% carbon. The possible strain factor was 1.06 and the recovery factor was 67%.
Another commonly used alloy still contains 20% chromium, 16% cobalt, 0.1% carbon, 2.8% titanium and 1.8% aluminum, the remainder being nickel. The filler material containing about 88% iron, 10% manganese, 2% titanium and 09081,, carbon is too soft to be used in such an alloy because, although it gives a possible strain factor of 1.18, the deviation from the average cross-sectional area was more than 5% over the total length. To be suitable for use in a billet of this alloy, the filler should have a higher carbon content, for example 0.2%.
In all of the examples given, the extrusion temperature was 1180 C.
CLAIMS
1. Manganese steel containing 1 to 10% titanium, 5 to 20% manganese and not more than 0.5% carbon, the remainder being iron with or without the usual impurities and secondary constituents of manganese steel.