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La présente invention concerne des alliages métalliques à base de tantale et de chrome.
Un alliage métallique suivant la présente invention comprend, en poids, de 5 à 20% de chrome, de 2 à 25% de tungstène et, pour le reste, essen- tiellement du tantale. L'alliage contient de préférence au moins 10% de chrome.
Un tel alliage possède une excellente résistance à la corrosion ain- si qu'une résistance mécanique élevée à des températures de l'ordre de 2.000 F (1.093 C) et plus.
L'alliage de la présente invention a comme particularités importan- tes le fait (1) qu'il peut être travaillé à chaud, (2) qu'il est très résistant à l'oxydation.et à d'autres formes de corrosion à des températures allant jus- qu'à environ 2.000 F (1.093 C) et plus, et (3) qu'il possède une résistance mé- canique élevée à ces températures élevées. Cela étant, cet alliage peut être utilisé pour les ailettes, aubes et autres parties de moteurs à turbine à gaz à température élevée. L'alliage de la présente invention peut également être utilisé pour les soupapes d'échappement et collecteurs dans des moteurs à combus- tion interne, et pour des échangeurs de chaleur, des garnitures et des réci- pients utilisés dans les industries chimiques et métallurgiques.
Le tantale possède un point de fusion d'environ 5.430 F (20999 C) et aux températures élevées (c'est-à-dire de l'ordre de 2.370 F (1.299 C) il possède des propriétés de résistance supérieures à celle du molybdène dans les mêmes conditions.
Le tantale ne possède pas les caractéristiques de fragilité du mo- lybdène. Contrairement aux soudures au molybdène, des soudures au tantale sont ductiles et ne se fissurent paso -
Cependant, le tantale pratiquement pur n'est utilisable à aucune fin pratique comme matière pour ailettes de turbine à gaz, aubes et augets de turbine, tuyères de fusées et l'équivalent parce qu'il s'oxyde rapidement a'des températures de l'ordre de 1.500 F (816 C) et plus et en présence d'un courant d'air ou de gaz corrosifs pendant un temps prolongé.
En ce qui concerne le tungstène pratiquement pur, il n'est utilisa- ble à aucune fin pratique parce qu'il ne se travaille pas facilement et qu'il devient cassant lorsqu'il est soumis aux cycles de chauffage à hute tempéra- ture et de refroidissement.
Des alliages métalliques à résistance élevée aux hautes températures tels que des alliages à base de nickel et/ou de cobalt qui ont été utilisés pour des ailettes, aubes et autres parties de moteurs à turbine à gaz à température élevée, ont une température de travail maximum d'environ 1.500 F (816 C). Par exemple, un alliage métallique à base de nickel et de cobalt qui contient du molybdène comme constituant n'est utilisable à aucune fin pratique pour un or- gane de construction d'un moteur à turbine à gaz si la température du métal dé- passe sensiblement 1.500 F (816 C) par suite des limitations de ténacité et de résistance à l'oxydation d'un..alliage de ce genre au-dessus de cette température.
L'alliage de la présente invention, lorsqu'il est utilisé pour une ailette ou aube d'un moteur à turbine à gaz à température élevée peut travailler à des températures notablement supérieures à celles qui étaient possibles jus- qu'à présent. Par conséquent, le rendement du moteur à turbine à gaz est amélio- ré du fait que la poussée totale est accrue et que la quantité de combustible consommée par kilogramme de poussée par héure test réduite.
Autrefois, on estimait généralement que le columbium et le tantale s'équivalaient pratiquement. On a découvert que tel n'est pas le cas dans la présente invention. Ainsi, par exemple, même une proportion relativement petite de chrome comme constituant d'alliage avec du columbium et du tungstène rend l'al-
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liage de columbium, de chrome et de tungstène résultant trop cassant pour être d'utilité pratique, même lorsqu'on utilise des quantités de tungstène allant jusqu'à 25%. D'autre part, des quantités de tungstène allant jusqu'à 25% et des proportions matériellement plus élevées de chrome peuvent être alliées au tan- tale et donnent un alliage ayant des propriétés améliorées de façon inattendue, comme indiqué plus haut.
On n'obtient pas ces propriétés avec un alliage métal- lique à base de columbium, de chrome et de tungstène présentant des proportions analogues.
Pour obtenir les propriétés optimum désirées dans un alliage de la présente invention, il faut maintenir les impuretés contenues dans l'alliage dans les limites approximatives suivantes, exprimées en poids. La teneur en carbone dans l'alliage final ne doit de préférence pas dépasser 0,5%, la teneur en oxygène 0,8% comme le détermine une augmentation sur la technique d'alluma- ge ; la teneur en azote environ 0,2%; et la teneur en fer environ 5,0%.
Voici Maintenant des exemples de la préparation et de résultats d'es- sai de l'alliage métallique à base de tantale et de chrome de la présente inven- tion : EXEMPLE 1 ,On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale et de'chrome qui contient en poids 15% de chrome, 15% de tungstène et pour le reste, essentiellement du tantale en faisant fondre à l'arc une élec- trode de tantale à laquelle on ajoute 15% de chrome et 15% de tungstène.
On peut réaliser cela en comprimant un mélange pulvérulent.,uniforme de tantale, de chrome et de tungstène dans 1%proportions précitées sous forme de barres sous pression d'environ 50 tonnes par pouce carré (7. 900 kg par cm2), en frittant les barres comprimées sous un vide d'environ un micron pendant une période d'envi- ron 3 heures, et en .faisant ensuite fondre à l'arc les barres frittées sous un vide d'environ 5 lierons ou moins.
On essaie la résistance à l'oxydation de l'alliage fondu à l'arc de cet exemple dans un courant d'air à environ 2.000 F (1.093 C) pendant 24 heures et sa résistance à l'oxydation est d'environ 700 fois..supérieure à celle du tan- tale pratiquement pur.
Le procédé utilisé pour déterminer le degré de résistance à l'oxyda- tion consiste à préparer'des échantillons d'essai de l'alliage de cet exemple et à déterminer les dimensions de chaque échantillon d'essai avant de le soumet-
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tre à des conditions de l'essai dl oxydation -On -01-êvB làpe.1JicuJ?d1#w.#f'0:rméèSIF'.JesB1P- faces'des' écl3an;t:..1.'ris <'1.:' ef.saa:Lv:p.end.à.fit 1 tesa..t. on mesure:-1-'épaisseur de' chaque échantillon essayé et on le compare avec l'épaisseur de l'échantillon avant l'essai. On suit le même processus avec du tantale pratiquement pur, et on fait une comparaison.
On travaille le lingot fondu à l'arc de cet exemple à chaud pour en
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obtenir des épr'o'ovettes de 1/4 de pouce de diamètre (0,64 cm) et de 3 pouces de longueur (7,6 cm). 'Les éprouvettes de cet exemple ont une résistance à la rupture de 100 heures dans un courant d'air qui dépasse 20.000 livres par pouce
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carré (1430..kg par cm2) à environ 2.OOOOP (1.093 C).
EXEMPLE" 2
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale et de chrome qui contient en poids 10% de chrome et 10% de tungstène et, pour le reste, essentiellement du tantale suivant le procédé décrit dans l'exemple 1. @ .. On esse la résistance à l'oxydation de l'alliage fondu à l'arc de cet exemple dans un, courant d'air d'environ 2.000 F (1.093 C) pendant 24 heures de la même façon que dans l'exemple 1, et les échantillons d'essai de cet exemple
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ont une résistance à l'oxydation environ 500 fois supérieure à celle du tantale pratiquement pur essayé dans les mêmes conditions.
On travaille le lingot à l'arc de cet exemple à chaud pour en obte- nir des éprouvettes de 1/4 de pouce de diamètre (0,64 cm) et de 3 pouces de longueur (7,6 cm). Les..éprouvettes de cet exemple ont une résistance à la rup- ture de 100 heures dépassant 20.000 livres par buce carré (1.430 kg par cm2) à une température d'environ 2.000 F (1.093 C) dans un bourant d'air.
EXEMPLE 3
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale et de chrome qui contient en poids 5% de chrome, 25% de tungstène et, pour le reste, essentiellement du tantale, suivant le procédé décrit dans l'exem- ple 1.
On essaie la résistance à l'oxydation de l'alliage fondu à l'arc de cet exemple dans un courant d'air à environ 2.000 F (1.093 C) pendant 24 heures de la même façon que dans l'exemple 1. L'alliage de cet exemple possède une ré- sistance à l'oxydation environ 100 fois supérieure à celle du tantale pratique- ment pur essayé sous les mêmes conditions.
On travaille le lingot fondu à l'arc de cet exemple à chaud pour en obtenir des éprouvettes de 1/4 de pouce de diamètre (0,64 cm) et de 3 pouces de longueur (7,6 cm). Les éprouvettes de cet exemple ont une résistance à la rup- ture de 100 heures dépassant 200000 livres par pouce carré (1.430 kg par cm2) à environ 2.000 F (1.093 C) dans un courant d'air.
EXEMPLE 4
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale et de chrome qui contient en poids 20% de chrome, 2% de tungstène et, pour le reste, essentiellement du tantale suivant le procédé décrit dans l'exem- ple.1.
On essaie la résistance à l'oxydation de l'alliage fondu à l'arc de cet exemple dans un courant d'air à environ 2.000 F (1093 C) pendant 24 heures delà même façon que dans l'exemple 1. La résistance 4 l'oxydation de 1 alliage de cet exemple est environ 800 fois..supérieure à celle du tantale pratiquement pur essayé sous les mêmes conditionso
On travaille le lingot fondu à l'arc de cet exemple à chaud pour en obtenir des éprouvettes de 1/4 de pouce de diamètre (0,64 cm) et de 3 pouces de longueur (7,6 cm). les éprouvettes de cet exemple ont une résistance à la rupture de 100 heures dépassant 200000 livres par pouce carré (1.430 kg par cm2) à une température d'environ 2.000 F (1.093 C) dans un courant d'air.
REVENDICATIONS*
1.- Alliage métallique à base de tantale et de chrome, caractérisé en ce qu'il comprend, en poids, 5 à 20% (de préférence 10 à 20%) de chrome; 2 à 25% de tungstène et, pour le reste, essentiellement du tantale.