BE566807A

BE566807A -

Info

Publication number: BE566807A
Authority: BE

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   La présente invention est relative à des alliages résistant à la chaleur, et aux objets et pièces réalisés en ces alliages. 



   Des objets et des pièces d'appareils et de machines, soumis à   l'usée   à de hautes températures, par exemple les pièces des moteurs à turbine à gaz, peuvent être subdivisée en classes suivant les conditions dans lesquelles ils sont utilisés. Une classe importante est représentée par les aubes de rotor des turbines à gaz, qui doivent être une très haute résis- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
 EMI2.1 
 tance au fluage sous des efforts élevas de l'ordre de lu à 6 tons par pouce ca-ré à dss températures de l'ordre de bUU  à 95() \.i.

   On a prévu divers d-.u-.ü,JC rcnpiissant cette condition notamment les a:.lia;es à bè.S:; c.e nicke1-cnror:.le et (Le nickel- 
 EMI2.2 
 chrome-cobalt contenant ces quantités importâmes de titane et 
 EMI2.3 
 d'aluminium servant à lurmer une pnase precipitacle qui contribue à la résistance au i'lu.>je . Ces alliages sont norna.iement utilisés à l'état ouvré et reçoivent uss trc.i t<2:, Jents thermiques de vieillissement pour développer leurs propriétés de fiuage. 



  Une seconde clasbe i:.uol ..Ixte consiste en des pieces qui sont utilisées sous des cOllaiG10nS mOlliS rigoureuses de tigue mais à des températures plus E.:J.ev±.es, e'c qui suuissen'c egaiement des changements souciains ci- Des exemples types de ces pièces sont lus aubes de stator ev les aubes directrices ae tuyères pour turoines à 6az. lies pièces peuvent être utilisées à des teupiratur-es cres élevées c,.elOOUOOou plus 
 EMI2.4 
 et sont soumises à de faiules fatigues qui peuvent être de 
 EMI2.5 
 l'ordre d'une à deux tones par pouce carré,, provencnt de -'La 
 EMI2.6 
 pression des gaz chauas passant sur ces pièces.. une dilatation 
 EMI2.7 
 et une contraction difïéro1:-,ieJ..les se produisant lors ae change, ments rapides de terp: ré... ture.

   Cus picr:::on souvent réalisées 
 EMI2.8 
 par une coulée ce précision et ne sont pas habituellement trai- 
 EMI2.9 
 tées à chaud avant utilisation, saur pour dus raisons d'allége- 
 EMI2.10 
 ment des fatigues* 
 EMI2.11 
 Les alliages a--s-Gines a Ifu;:-'21isa"tlon la faoricaton de ces pièces exigent ainsi une Gorao:.l1aison de propriétes différente de celle utilisée c"ur faoriquer acs aubes de rotor ce turbine à gaz et éléments similaires, ez en particulier ils 
 EMI2.12 
 ne doivent pas être résistants a l'oxydation, ainsi qutau 
 EMI2.13 
 iluage et aux chocs ther..iques à ués tc.'.p ratures très élevées dans l'état coule ou âpres éÚJ.."::;eG8Xl1:, ('8S .r-:...tlsUes, et ne doi- 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 vent pas non plus avoir nécessairement ae bonnes propriétés ae coulée. 



   On croit que les   possibilités   d'un alliage sous les conditions opératoires supposant un choc thermique sont apparen- tées aux résultats obtenus en réalisant un test de fluage à temps court sur un spécimen de l'alliage chauffé à 1050 C sous une charge de 2 -cônes par pouce carré. L'allongement du specimer, en 100 heures est mesuré, et l'alliage est considéré comme étant satisfaisant si cet allongement n'excède pas environ 3%. 



  De préférence, elle est encore plus basse. 



   Le but de la présente invention est de procurer des alliages qui donneront des résultats satisfaisants dans le test ci-avant. Les alliages suivant l'invention contiennent 25 à 35% de cobalt, 15 à 23% de chrome, 5 à 10% de tungstène, 1 à 3% de niobium ou de tantale ou des deux, 0,2 à 0,4% de carbone,   0,3   à   2%   de silicium, 0,2 à 2% de manganèse et 0 à 10% de fer, le restant étant du nickel, sauf pour les impuretés et les dé- soxydants résiduaires. 



   Les alliages exempts de fer ou de basse teneur en fer qu'on préfère sont ceux qui ont la   composition   nominale suivante; 30% de cobalt,20% de chrome,   7,5%   de gugstène, 1,5% de niobium 0,3% de carbone, 0,8% de silicium,   0,5% .de   manganèse,   -et   0 à 3,5% de fer, le restant étant du nickel, sauf pour les impuretés. 



  Des alliages de cette composition satisfont   totalement   'aux teste     
On peut   augmenter   la teneur en fer, de manière qu'elle soit de 10 à 20%. On trouve que les propriétés des alliages sont alors encore meilleures que ci-avant. 



  On a trouvé que les alliages suivant l'invention ont de bonnes propriétés de coulée et qu'ils peuvent facilement être coulés avec précision en objets et pièces façonnés, par exemple par le procédé à cire perdue. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



   L'invention englobe   aes     auoes   de   stator   et des aubes directrices de tuyères pour moteurs a turbine à gaz,coulées à partir des alliages, et également d'autres objets et pièces cou, lés à partir de ces alliages, qui sont soumis à de très hautes températures lors de leur utilisation. 



   Il est important   ae   maintenir les proportions des   di,   vers constituants des alliages dans les gammes spécifiées. 



   Du cobalt dans la gamme de   25 il   35% donne de bonnes propriétés de résistance aux   aillâmes   à gase ae nickel à de hautes temperatures. La teneur en   cousit   est, ae préférence, de 28 à 32%. 



   Le chrome contribue à la résistance de matrice et à la résistance à l'oxydation de   l'alliage.   Au moins 15% , de pré- férence au moins 17%,de chrome devraient être présents. 



   La fonction des éléments formant du   carbure,   à savoir tungstène, niobium et tantale, est d'impartir une dureté à chaud et une résistance aux températures élevées, à l'alliage. 



  La résistance au fluage à 1050 C diminue a des teneurs en tung- stène inférieures à 5%. Une augmentation de la teneur en tung- stène supérieure à 10% rend les alliages cassants à la   tempera.   ture ambiante . Il est préférable d'inclure 7 à 8% de tungstène dans les alliages pour obtenir le   meilleur   compromis entre la résistance au fluage et la ténacité à la température ambiante. 



   La présence de   niooium   ou ce tante,le aans les alliages rehausse les effets du   tungstène   sur les propriétés à haute température et sur la fragilité à la   température   ambiante. La teneur totale de niobium et de tantale n'excède, de préférence, pas   2%.   



   Dans des alliages modifiés suivant la présente   invention     @   du vanadium n'excédant pas 1% ou du molybdène n'excédant pas 5% ou les deux sont substitués à une quantité égale de tungstène niobium et tantale. La   présence   de vanadium provoque une dété- 

 <Desc/Clms Page number 5> 

   rioration   des propriétés de coulée,, et, pour cette raison,, la. teneur en vanadium ne devrait pas excéder 1%. La teneur en molybdène (s'il y en a ) est, de préférence, inférieure à 3%. 



  Dans d'autres alliages modifies, le niobium est entièrement ou. partiellement remplace par du titane. Le titane   a. un.   effet néfaste sur les propriétés de coulée et n'est pas, de.préférence, utilisé dans des alliages qui sont fondus et coules à l'air, mais seulement dans. des alliages réalisés sous des conditions qui minimisent la production d'inclusions non métalliques, par exemple par fusion et coulée sous le vide. 



   La présence de carbone dans les alliages est essen-   tielle.   Les alliages doivent contenir au moins 0,2% de carbone, et on'préfère avoir une. teneur d'au moins 0,25% pour de bonnes propriétés de fluage. Une trop grande quantité de carbone réduit la ductilité des alliages à la température ambiante. Du carbone peut être ajouté sous la forme d'un alliage de ferrochrome contenant, par exemple, 5,5% de carbone et 65% de   chrome   le restant étant pratiquement'entièrement du fer. 



   La présence du silicium améliore les propriétés de et coulée des alliages et. aide à' désoxyder   ceux-ci/à   donner des coulées saines exemptes de soufflures. La teneur en silicium n'excède, de préférence, par 1%. 



   Le manganèse est complémentaire du silicium comme désoxydant et amélire également la fluidité des alliages à   l'état   fondu. La tener en manganèse n'excède, de préféence, pas 1% et, au-dessus de 2% de munganèse, les alliages peuvent tendre à devenir cassants à la température ambiante. 



   Même si on ne désire pas inclure une quantité assez élevée de fer, on   introduira   généralement une certaine quantité      de fer, par exemple sous forme de ferro-niobium et par l'alliage d'addition de carbone. 



   L'aluminium est un constituant indésirable, car sa pré- 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 
 EMI6.1 
 sence peut mener à l'emprisonnement de pellicules d'oxyde d ',al1:1-' minium dans les pièces coulées en. rE.naant celles-ci dange-=.reu- sement faibles. Il peut, cependant, être introduit comme impureté à partir du creuset ou aes revêtements du four ou à partir de diverses additions d'alliages, par exemple le chrome métalli que ; il peut être toleré en des quantités allant jusqu'à 0,5% bien qu'il n'excède cependant pas, de préference, 0,1%. 



   Le plomb et le soufre devraient autant que possible être absents. Le calcium et le magnésium peuvent être utilisés pour la désoxydation des alliages et peuvent être présents sous les quantités résiduaires habituelles. Le bore peut être présent comme impureté en des quantités allant jusqu'à 0,5%. et le zirconium jusqu'à 0,3%, sans nuire aux propriétés des alliages. 



   Des objets et pièces coulés en partant des alliages 
 EMI6.2 
 suivant l'invention peuvent recevoir un traiternentithermi-que allégeant les fatigues, consistant en un chauffage de   l'allia   
 EMI6.3 
 ge à environ 800 à 10hV Ù penaant à 4 heures suivant ses di- mensions en   co upe.   



   Des exemples d'alliages suivant l'invention sont donnés au tableau suivant. Les ten rs des éléments, données   entr   parenthèses sont des chiffres nominaux basés sur la quantité ajoutée à la masse fondue. 



   TABLEAU 1 
 EMI6.4 
 Composition cniiuique¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Alliage, Si 1-m Cr Co Fe il Mb Ti Ri 0,30 (0,8) (Ue5) 19,9 25,3 (3e5) (7,5) (1,5) - : 2 0,30 " " (20) (25) n il (2,0) - " 0,29 0)87 0,65 19,8 26,0 3ebo 6,90 1,64- " 4 0,31 0,87 0,67 20,4 24,.2 2,92 7,30 1,25 t' 5 Oe28 Ue7O- 0,45 19,9 30,4 19,6 7,56 1,49 - 6 oye29 U,'?5 O)l9 20,2 3u76 9,8iF 7;.-:.0 1,61 - " 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 
 EMI7.1 
 1'}\..13LAU II 
 EMI7.2 
 
<tb> 
<tb> Alliage, <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de <SEP> fluage <SEP> Résultats <SEP> des <SEP> tests <SEP> de
<tb> N  <SEP> à <SEP> 2 <SEP> loues <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré <SEP> et <SEP> traction <SEP> à <SEP> la <SEP> tei,ipëra-
<tb> à <SEP> 1050 C <SEP> allongement <SEP> en <SEP> il <SEP> en <SEP> ture <SEP> ambiante
<tb> 
 
 EMI7.3 
 #####lou heures Résistance à 5 11 oge- n la rupture ment sur ]2ar t,2:

  action -sur-eL*acc- 
 EMI7.4 
 
<tb> 
<tb> 1 <SEP> 1,4 <SEP> 29,2 <SEP> 6,3
<tb> 2 <SEP> 0,8 <SEP> 29,0 <SEP> 11,2
<tb> 
 
 EMI7.5 
 3 2,4 28, z9 4 0 8 29ex 7 il 9 5 0,9 0,9 31.?w 8,5 
 EMI7.6 
 
<tb> 
<tb> 6 <SEP> 0,9 <SEP> 33,7 <SEP> 10,1
<tb> 
   REVENDICATIONS   1. Un alliage résistant à la chaleur, contenant 25 à 
 EMI7.7 
 35% de cobalt, 15 à 23, de chrome, 5 à l07h de tungstène, 1 à 3/ de niobium ou de tantale ou des deux, O2 à Ü,l.'1b de carbone, ü, 3 à 2'a de silicium, 0,2 à 2% de manganèse et 0 à 10o de fer, le restant étant du nickel, sauf pour les impuretés et les désoxydants résiduaires. 



   2. Un alliage suivant la   revendicationl,dans     lequel   la teneur   en   cobalt est de 28 à 32%. 



   3. Un alliage suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel la teneur en tungstène est de 7 à 8%. 

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

Claims

4. Un alliage suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel/la teneur en silicium ni celle en manganèse d'excédent @ 5. Une variante d' un alliage suivant l'une quelconque EMI7.8 des revendications précèc..er-tes, dans. laquelle du vanadium n'excédant pas 1% ou du molybdène n'excédais Pas 5>o ou les deux sont substitués à une quantite égale de la teneur tonale de tungstène, niobium et tantale. b. Une variante d'un alliage suivant l'une quelconque aes revendications précéaentes, clans laquelle une partie ou la totalité du niobium est remplacée par du titane. <Desc/Clms Page number 8>

7. Une variante d'un alliage suivant l'une quelconque des revendications précéaentes, dans laquelle la teneur en fer est de 10 à 20%.

8. Un alliage ayant la composition suivante : 30% de cobalt, 20% de chrome, 7,5% de tungstène, 1,5% de niobium, 0,3% de carbone, 0,8% de silicium, 0,5% de manganèse, et 0 à 3,5% de fer, le restant étant du nickel sauf pour les impuretés.

9. Un alliage ayant la composition suivante : 30,CI de cobalt, 20% de chrome, 7,5% de tungstène, 1,5% de niobium, 0,3%de carbone, 0,8% de silicium, 0,5% de manganèse et 10 à 20% de fer, le restant étant du nickel, sauf pour les impuretés.

10. Un alliage ayant sensiolement la composition donnée dans l'une quelconque des exemples donnés.

11. Un objet soumis à l'usage à la fois à une tempéra-' ture élevée et à des changements soudains de température et réalisé en partant d'un alliage suivant l'une quelconque des revendications précédentes.