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Il est bien connu que. des alliages à partir desquels on réalise des objets et éléments qui sont soumis à un effort prolongé à de hautes températures doivent non seulement posséder une résistance à la corrosion aux températures élevées et des pro- priétés mécaniques satisfaisantes, mais encore, de par leur natu- re, ils doivent présenter une résistance au fluage. Un type d'al- liage couramment utilisé à cet effet a comme principaux consti- tuants le nickel ou le nickel+cobalt et contient en outre du chrome, de la aluminium et du titane,ces deux derniers éléments
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formant une phase précipitable avec une certaine partie du nickel.
La composition précise de l'alliage, adpptée pour un objet donné, varie avec les compositions sous lesquelles cet objet doit être utilisé et avec les propriétés requises sous ces conditions.
Dans le brevet belge n 521339 deLa demanderesse, on a décrit et revendiqué des alliages à utiliser pour des services à très hautes températures, par exemple 850 C ou plus, et sous des conditions sévères de charges. Ces alliages contiennent 4 à 12% de chrome, 10 à 55% de cobalt, 0,5 à 8% de titane, 0,3 à 8% d'alu- minium, 0 à 15% de molybdène, 0 à 0,5% de carbone, 0,001 à 0,01% de bore et 0,01 à 0,2% de zirconium, le restant (à l'exception des impuretés et de désoxydants résiduaires) étant du nickel.
Le but de la présente invention est de produire des allia- ges ayant des propriétés intéressantes de rupture sous charge à 980 C à savoir une température nettement supérieure à celles aux- quelles des alliages courramment disponibles ont une durée inté- ressante, et également une bonne résistance à la traction et une bonne ductilité à la température ambiante. Les nouveaux alliages de l'invention sont spécialement destinés à la fabrication d'aubes de turbine et autres objets par coulée avec ou sans usinage.
La présente invention est basée en premier lieu sur la dé- couverte que, dans des alliages similaires dtune façon générale, à ceux décrits dans le brevet belge n 521.334, on obtient des durées accrues jusqu'à rupture sous une charge à 980 C sous la forme coulée, lorsque les teneurs combinées de titane et d'aluminium se situent dans certaines limies étroites et que le rapport de la teneur de titane à la teneur d'aluminium se situe également dans certaines limites. On a aussi découvert que, pour obtenir des propriétés utiles de rupture sous charge à 980 C le alliages coulés ne doivent pas contenir de bore au de zirconium.
Cependant, la présence de bore et a vantageuse, et de plus on a découvert
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que la teneur de bore affecte la teneur optimum en titane et en aluminium, cette dernière teneur augmentant au fur et à mesure que la teneur en bore augmente.
Suivant l'invention,la teneur de titane + aluminium est de . 7 à 9% dans les aliages exemps de bore. Lorsque, comme'on le préfère, il y a au moins 0,005% de bore dans l'alliage, la te- neur de titane + aluminium peut atteindre 10,5% Le rapport tita- ne/aluminium à la fois dans les alliages exempts de bore et dans les alliages en contenant est de 0,6 à 1,4 é
Les alliages suivant l'invention ont, d'une façon génra- le, des durées jusqu'à rupture de 20 heures ou plus lorsqu'ils sont soumis à des tests sous,une charge de 11 kg/mm2 à 980 C
On préfère,.
, suivant l'invention, inclure de 0,005 à 1% de bore dans les alliages et rendre là teneur de titane + alumi- nium égale à une valeur de 8 à 9,5% De tels alliages ont géné- ralement une durée jusqu'à rupture d'au moins 50heures sous les mêmes conditions de test.
Lorsque la teneur en bore augmente, la difficulté de for- augmente ger l'alliage sans le rompre/, mais ceci est évidemment sans consé- quence dans un alliage utilisé pour la production d'objets par coulée.
Une désoxydation des alliages avec du calcium immédiate- ment avant l'addition de bore est avantageuse. Des alliages trai- tés de cette manière auront généralement une petite teneur résidu- aire de calcium.
La teneur de chrome des alliages suivant la présente in- vention est de 7,5 à 15% de préférence de 9,5 à 11,5% La teneur de cobalt est de 5 à 40% de préférence de 15 à 25% Du molybdène est de préférence, présent; la teneur de molybdène n'augmente bas à plus de 15% et est, de préférence, de 4 à 7% ou même mieux de 4,5 à 6% Du carbone devrait être présent dans la gamme de
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0,05 à 0,5% de préférence de 0,1 à 0,25. Du zirconium peut être présent jusqutà 0,2% Du silicium et du manganèse sont cou- ramment présents ;
la teneur de silicium n'excède pas 0,8% et la teneur de manganèse n'excède pas 1% Du fer est habituellement présent en une quantité allant jusqu'à 10% mais de préférence non supérieure à 5%
En plus des éléments nommés ci-avant, les alliages peu- vent également contenir du tungstène jusqutà 5% et du niobium ou du tantale ou les deux en une quantité totale n'excédant paa 3%.
Des exemples d'alliages suivant l'invention et leurs du- rées jusqu'à rpture sous une charge de 11 kg/mm2 à 980 C seront maintenant donnés. Il est très difficile de doser de petites quantités de bore de façon précise par des méthodes analytiques chimiques normales.,Lorsque du bore est ajouté à la masse fondue, il y a généralement une certaine perte de bore, mais si l'alliage est complètement désoxydé avant l'addition, la perte semble être assez uniforme sous des conditions identiques d'addition. En par- ticulier, si la désoxydation est réalisée par un désoxydant puissant, 'tel que du calcium, la perte de bore est petite. La quantité ajoutée peut ainsi être utilisée comme une mesure du bore retenu dans l'alliage coulé. Dans les exemples, les quantités de bore données sont celles ajoutées.
La méthode standard d'addi- tion du bore était la suivante.
Une quantité de 5 kg de l'alliage était fondue dans un four à induction à haute fréquence à revêtement basique. La tempé- rature était réglée à 1560 C et la masse fondue était désoxydée d'abord avec du silicium et du manganèse, et ensuite avec du cal- cium sous la forme de siliciure de calcium contenant 30% de cal- cium en poids, la quantité de calcium ainsi ajoutée étant égale à 0,03% du poids de l'alliage. A la fin de la désoxydation, la
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surface était écumée pour enlever les scories, et on ajoutait le
EMI5.1
bore sous forme de manganèse-bore conenant 20% en poidsjde bore sur la surface de la masse fondue. On laissait l'addition se dissoudre et la masse fondue était ensuite rapidement coulée.
Dans chaque cas, la composition de l'alliage est donnée dans un tableau et les résultats du test dans le suivant. Le restant de chaque alliage était du nickel.
EXEMPLE 1
Cet exemple montre l'effet de la variation de la teneur de titàne + aluminium dans des alliages exempts de bore, tandis qu'on maintient le rapport titane/aluminium sensiblement constant Les alliages n 1 et 2 sont ceux suivant ltinvention, mais dans l'alliage n 3, la teneur de A1- Ti est trop élevé.
TABLEAU 1
Composition chimique-, %
EMI5.2
<tb> Alliage. <SEP> n <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> CO <SEP> Fe
<tb>
EMI5.3
l o, zi 0,73 0,33 9,40 20 1,47 2 0,22 o,6$ 0,35 10,2 19,7 1,36 3 0,20 0,7 0,3 9,70 19,7 1, 64 Alliae, n Mo Ti Al Ti+Al Ti/Al 1 5,20 33o8 3,79 6>87 Os8 2 5,10 3e86 4,10 7,96 0, 9
EMI5.4
<tb> 3 <SEP> 5,25 <SEP> 4,42 <SEP> 5,07 <SEP> 9,49 <SEP> 0,9
<tb>
TABLEAU 2
EMI5.5
<tb> Alliage, <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> derpture <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sous <SEP> charge <SEP> à <SEP> 11 <SEP> kg/mm2, <SEP> traction <SEP> à <SEP> la <SEP> température
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> n <SEP> 980 C <SEP> ambiante
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée,
<SEP> % <SEP> allongement <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> % <SEP> allon-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> heures <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> rupture <SEP> par <SEP> gement <SEP> sur
<tb>
EMI5.6
traction ke/mm2 4\ire , 1 21 15 3,7 2,9 $,,a 6,8 .2 37 36 5,6 92,3 1-,5
EMI5.7
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> , <SEP> 2,1 <SEP> 1,3 <SEP> 48,5
<tb>
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EXEMPLE 2
Cet exemple montre l'effet de la variations-rapport titane/aluminium, tout en "maintenant la teneur-de titane + alumi-
EMI6.1
nium sensiblement constante. Dans l'alliage -ri' 4, le rapport étai: trop'- bas et, dans l'alliage n 7, il était trop élevé. On ajou- tait 0,01% de bore à chaque alliage.
TABLEE 3
Composition chimique,
EMI6.2
Alliage. no a Si ill Cr Co Fe 4 0,20 Oe78 o,1,3 10,2 20,4 le56
EMI6.3
<tb> 5 <SEP> 0,20 <SEP> 0,50 <SEP> 0,36 <SEP> 10,6 <SEP> 21,2 <SEP> 1,09
<tb>
EMI6.4
6 0,23 0,73 0,43 10 20,1 1,47 7¯¯¯¯¯0,21 C), 69 o35 10.3 20,7 1<52¯¯¯¯¯¯ Alliase.
11" Mo' Ti Al Ti+Al Ti/Al B 4 5eO5 2,30 6,40 8,70 0,4 oeoi 5 5,22 3,75 5,10 8,85 0,7 0,01 6, 5,15 5,11 3,77 $,$8 1,4 0,01
EMI6.5
<tb> 7 <SEP> 5,19 <SEP> 6,50 <SEP> 2,15 <SEP> 8,65 <SEP> 3 <SEP> 0,01
<tb>
TABLEE 4
EMI6.6
<tb> Alliage <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de <SEP> rupture <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> sous <SEP> charge <SEP> à <SEP> 11 <SEP> kg/mm2, <SEP> traction <SEP> à <SEP> température
<tb>
<tb>
<tb> n <SEP> 980 C <SEP> ambiante
<tb>
<tb>
<tb> Durée, <SEP> % <SEP> allongement <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> % <SEP> allonge-
<tb>
<tb>
<tb> heures <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> la <SEP> rupture <SEP> ment <SEP> sur
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> traction, <SEP> 4 <SEP> 'aire <SEP>
<tb>
EMI6.7
¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ kIrnm2 4 16 4,1 6o 3,4 5 6? 118 7,5 5,4 S4,4 4,
5
EMI6.8
<tb> 6 <SEP> 82 <SEP> 27 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> -
<tb>
EMI6.9
7 14 18 Il,1.. 10,4 95 , a 6,7
EXEMPLE 3
Get exemple montre l'effet de la variation de la teneur de titane + aluminium dans des alliages auxquels on ajoutait 0,01% de bore, tandis qu'on maintient le rapport titane/aluminium sen- siblement constant. Dans l'alliage n 10, la teneur de titane + aluminium était trop élevée.
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TABLEAU
EMI7.1
Compoeition chimique,
EMI7.2
Allias n ¯,S¯ Mn Cr Go Fe
EMI7.3
<tb> 8 <SEP> 0,22 <SEP> 0,50 <SEP> 0,42 <SEP> 10,6 <SEP> 21,3 <SEP> 1,41
<tb>
<tb> 9 <SEP> 0,23 <SEP> 0,45 <SEP> 0,40 <SEP> 10,3 <SEP> 21,1 <SEP> 1,45
<tb>
EMI7.4
10 0,21 ' 0378 0,44 10,2 ' 21 le78 Alliage n 10 Ti Al Ti+Al Ti/Al B 8 5,06 3,le 4,30 7t48 os7 0,01 9 4,95 3,60 485 8345 0,7 0,01 10 5,06 4,90 6,05 10,95 ce8 0,01 TABLEAU 6
EMI7.5
<tb> Alliage <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de'rupture <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de
<tb>
EMI7.6
souseharge à 11 kg/mm2. 980 0 traction à t' ambiante
EMI7.7
<tb> n <SEP> Durée, <SEP> % <SEP> allongement:
<SEP> Résistance <SEP> à <SEP> % <SEP> allonge-
<tb>
<tb> heures <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> rupture <SEP> par <SEP> ment <SEP> sur
<tb>
<tb> traction, <SEP> 4 <SEP> vire
<tb>
EMI7.8
¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ kg/mm2 ¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI7.9
<tb> 8 <SEP> 55 <SEP> 52 <SEP> 5,3 <SEP> 5,5 <SEP> 89,4 <SEP> 7,9
<tb>
<tb> 9 <SEP> 122 <SEP> 113 <SEP> 5,7 <SEP> 7,2 <SEP> -
<tb>
EMI7.10
10 35 23 3,4 2,8 46,6 leu.
EXEMPLE 4
EMI7.11
L'effet de l'augmenation de la teneur de bore, tandis qu'on maintient sensiblement constants à la fois la teneur de ti- tane-aluminium e t le rapport titane/aluminium est montré par la comparaison ci-après des alliages n 2 et 5 avec des alliages n 11 et 12.
TABLEAU
EMI7.12
Composition chimique, fp
EMI7.13
<tb> Alliage, <SEP> n <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> -Or <SEP> Co <SEP> Fe
<tb>
EMI7.14
Il 0,19 0,64 os3 10,1 20,6 lu
EMI7.15
<tb> 12 <SEP> 0,20 <SEP> 0,60 <SEP> 0,41 <SEP> 10,1 <SEP> 20,2 <SEP> 1,59
<tb>
<tb> Alliage, <SEP> n <SEP> Mo <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> Ti+Al <SEP> Ti/Al <SEP> B
<tb>
EMI7.16
il lke95 3,90 ' 5,05 $,95 0,6 0,05 12 ,1.9 3,77 5,10 8$87 0,7 0,1
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TABLEAU 8
EMI8.1
<tb> Alliage, <SEP> n <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de <SEP> rupture <SEP> sous <SEP> charge,
<tb>
EMI8.2
â 11 kg, mm, 980 0
EMI8.3
<tb> .
<SEP> Durée, <SEP> heures <SEP> % <SEP> allongement <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture
<tb>
<tb> il <SEP> 77 <SEP> 8 <SEP> 5, <SEP> lE <SEP> 3,2
<tb>
<tb> 12 <SEP> 89 <SEP> 90 <SEP> 5,5 <SEP> 5
<tb>
EXEMPLE
L'effet de la variation de la teneur de titane + alumi- nium, pendant qu'on maintient le rapport titane/aluminium sensi- blement constant dans des alliages auxquels on ajoutait 0,1 de bore est montré en comparant l'alliage n 12 avec des alliages n 13 et 14.
TABLEAU 9 Composition chimique, %
EMI8.4
<tb> Alliage, <SEP> n <SEP> C <SEP> Si <SEP> Un <SEP> .¯¯ <SEP> Cr <SEP> Co <SEP> Fe
<tb>
EMI8.5
13 0,22 o, 62 o2ik2 las 20 l, 47 il> avo oye73 0, lü la, 3 19,9 1, sa Alliage, n Mo Ti ¯A1 Ti+A1' Ti/Al B 13 0 3,22 4,2ë 7,50 a,0 0,l 14 4e4l 4,85 5,75 10,60 0 , à 0,1 TABLEAU 10
EMI8.6
<tb> Alliage <SEP> n <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de <SEP> rupture <SEP> sous <SEP> charge, <SEP> à
<tb>
EMI8.7
,, kg/mM2, 9ëO C¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Durée, heures % allongement à la rupture.
EMI8.8
<tb>
13 <SEP> 35 <SEP> 31 <SEP> 6,6 <SEP> 3,4
<tb>
<tb> 14 <SEP> 24 <SEP> 3 <SEP> 3,9 <SEP> 2,3
<tb>
EXEMPLE 6
L'effet de la désoxydation avec du calcium est montré par les alliages n 15 et 16. Dans la fabrication, de l'alliage n 15, la méthode standard de l'addition du bore était modifiée en omettant l'addition de calcium, tandis que l'alliage n 16 était réalisé par la méthode standard, à savoir avec.
désoxydation par le calcium.-
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TABLEAU 11 Composition chimique, )$
EMI9.1
7.liae n C Si Rn Cr Co Fe- - 15 0,20 0,58 0,42 10 20 1, 51 16 0,20 0,4 o)ik3 10,2 21,4 1,44 Alliage, n Mo Ti Al Ti+Al Ti tl B 15 5 , o 43 4, 9,11 0,96 0,01
EMI9.2
<tb> 16 <SEP> 5,05 <SEP> 3,78 <SEP> ,30 <SEP> 9,08 <SEP> 0,7 <SEP> 0,01
<tb>
TABLEAU 12
EMI9.3
<tb> Alliage, <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de <SEP> rupture <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de
<tb>
EMI9.4
ne sous charge, à 11 k/mm,9bü C traction à te ambiante
EMI9.5
<tb> Durée, <SEP> % <SEP> allongemént <SEP> Résistance <SEP> à' <SEP> % <SEP> allon-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> heures <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> la <SEP> rupture <SEP> par <SEP> gement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> traction,
<SEP> sur <SEP> ---- <SEP>
<tb>
EMI9.6
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ka 4 ',/ aire.
15 4 66 2,8 2,7 83 ex &, $
EMI9.7
<tb> 16 <SEP> 149 <SEP> 120 <SEP> 7 <SEP> 7,1 <SEP> 91 <SEP> 7,9
<tb>
Les propriétés de coulée des alliages suivant la présente invention sont très bonnes, du point de vue à la fois de la flui- dité et de l'aptitude à reproduire de façon satisfaisante un contour de moule donné. Ceci est surprenant dans des alliages
EMI9.8
ayant de telles teneurs élevées de liane et dlaluminium, car, à part cela, il est généralement considéré qu'une augmentation des proportions de ces éléments a un effet néfaste sur les propriétés de coulée.
REVENDICATIONS
EMI9.9
1. Un alliage contenant 7 , 5 à 15% de chrome, 5 à 40% de cobalt, 7 à 9% de titane + aluminium, le rapport titane/aluminium
EMI9.10
étant de 0, 6 à 1,4, 0, 05 à 0,5% de carbone, 0 à 0,0% de silicium, 0 à 1% de manganèse, 0 à 10% de fer et 0 à 0,2% de zirconium, le restant de l'alliage (à part les impuretés) étant du nickel.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.