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La présente invention concerne des alliages métalliques à base de tantale, de columbium et de chrome.
Un alliage métallique 'suivant la présente invention comprend en poids 5 à 20% de chrome; 2 à 25% de tungstène et, pour le reste, essentiellement un mélange de tantale et de columbium, le tantale étant présent dans ce mélange en une quantité allant de 10 à 95% du mélange et le restant étant essentiellement du columbium.
Un alliage de ce genre possède une excellente résistance à la corro- sion ainsi 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 jusqu'à 2.000 F (1.093 C) et plus, et (3) qu'il possède une résistance mécanique élevée: à ces températures élevéeso Cela étant, cet alliage peut être utilisé pour les ailettes, aubes et autres parties de moteurs à turbine à gaz à température éle- vée. L'alliage de la présente invention peut également être utilisé pour les soupapes d'échappement et collecteurs dans des moteurs à combustion interne, et pour des échangeurs de chaleur, des garnitures de cornues et des récipients uti- lisés dans les industries chimiques et métallurgiques.
Les alliages métalliques très résistants aux températures élevées tels que les alliages à base de nickel et/ou de cobalt utilisés jusqu'à présent pour les ailettes, aubes et autres parties de moteurs à turbine à gaz à tempé- rature élevée, ont une température de travail d'environ 1500 F (81600). Par exemple, un alliage métallique commun à base de nickel et de cobalt habituel qui contient du molybdène comme constituant, n'est utilisable à aucune fin pratique comme organe de construction dans un moteur à turbine à gaz, si la températu- re du métal est supérieure à 1500 F (816 C) par suite des limitations de ténaci- té et de résistance à l'oxydation d'un¯,alliage de ce genre au-dessus de cette température.
Au contraire, l'alliage de la présente invention, lorsqu'il est uti- lisé pour une ailette ou une aube' d'un moteur à turbine à gaz à température élevée, peut travailler à des températures notablement supérieures à celles qui étaient possibles jusqu'à présent, et le rendement du moteur à turbine à gaz est amélioré du fait que la poussée totale est accrue et que la quantité de com- bustible consommée par kilogramme de poussée par heure est réduite.
Les proportions des alliages préfères de la présente invention sont en poids, 10 à 20% de chrome ; 5à 15% de tungstène et, pour le reste, essentiel- lement un mélange de tantale et de.. columbium, le tantale étant présent dans le mélange en une quantité allant de 30 à 95% et le restant du mélange étant essen- tiellement du columbium.
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 quantité relativement petite de chrome comme constituant d'alliage avec du columbium et du tungstène rend l'alliage de columbium, de tungstène et de chrome résultant trop causant pour être d'utilisé pratique.
D'autre part, on a maintenant découvert que lorsque l'on allie dû tantale avec du columbium et du tungstène dans les-proportions spécifiées plus haut, on peut incorporer des quantités mâtériellement plus impor- tantes de chrome, et obtenir le nouvel alliage de tantale, de columbium, de tungstène et de chrome de là présente invention ayant des propriétés améliorées de façon inattendue comme indiqué plus haut. On n'obtient pas ces propriétés avec un alliage métallique de columbium, de chrome et de tungstène.
Pour obtenir lés propriétés optimum désirées dans un alliage de la
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présente intention, il faut maintenir les impuretés suivantes de préférence 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 oxygè- ne 0,8%, comme le détermine une augmentation sur la technique d'allumage; la teneur en azote 0,2%; et la teneur en fer 5,0.
Les exemples suivants montrent la préparation et des résultats d'es- sais de l'alliage métallique à base de tantale, de columbium, de chrome et de tungstène de la présente invention.
EXEMPLE 1.-
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale, de columbium,. de chrome et de tungstène contenant en poids, 15% de chrome, 15% de tungstène, 3,5% de columbium et, pour le reste, essentiellement du tantale, en faisant fondre à l'arc une électrode de tantale à laquelle on ajoute 3,5% dé columbium, 15% de tungstène et 15% de chrome.
On peut réaliser cela en comprimant un mélange pulvérulent uniforme de tantale, de columbium, de chrome et de tungstène dans les proportions énoncées plus haut sous forme de bar- res sous une pression d'environ 50 tonnes par pouce carré (7.900 kg par cm2), on fritte les barres comprimées sous un vide d'environ 1 micron pendant une période d'environ 3 heures,¯]et on fond ensuite à l'arc les barres frottées sous un vide d'environ 5 microns'-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 0) pendant 24 heures. Sa résistance à l'oxydation est environ 700 fois supérieure à celle du columbium pratiquement pur.
Le procédé pour essayer la résistance à l'oxydation consiste à pré- parer des échantillons d'essai et'à déterminer les dimensions de ces échantil- lons avant de les soumettre aux conditions de l'essai d'oxydation. On enlève la pellicule d'oxyde qui se forme sur les échantillons d'essai pendant l'essai et on les mesure pour les comparer ensuite à l'épaisseur de l'échantillon avant l'essai. On suit le même processus pour déterminer la résistance à l'oxydation du columbium à celle de l'alliage de la présente invention.
On travaille ce lingot à chaud pour en obtenir des éprouvettes de 1/4 de pouce de diamètre (0,64 cm) et de 3 pouces de diamètre (7,6 cm). La ré- sistance à la rupture de 100 heures de ces barres dans un courant d'air à envi- ron 2.000 F (1.093 C) dépasse 20. 000 livres par pouce carré (1.430 kg par cm2).
EXEMPLE 2.-
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale, de chrome, de columbium et de tungstène oontenant en poids 10% de chrome, 10% de tungstène, 24% de tantale et, pour le reste, essentiellement du columbium, de la même façon que dans l'exemple-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 0) pendant 24 heu- res de la même façon que dans l'exemple 1. La résistance à l'oxydation de l'al- liage de cet exemple est environ 650 fois supérieure à celle du columbium pra- tiquement pur. .
On travaille le lingot de cet exemple à chaud pour en obtenir des éprouvettes de 1/4 pouce de diamètre (0,64 cm) et de 3 pouces de longueur (7,6cm).
Les éprouvettes ont une résistance à la rupture de 100 heures qui dépasse 20.000 livres par pouce carré (1430 kg par cm2) à une température d'environ 2.000 F (1.093 0) dans un courant d'air.
EXEMPLE 3.- On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale, de columbium et de tungstène contenant en poids 2% de chrome, 25% de tungstène, 7,3% de tantale et, pour le reste, essentiellement du columbium,. de
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la même façon que dans l'exemple 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 0) pendant 24 heu- res de la même façon que dans l'exemple 1. La résistance à l'oxydation de l'al- liage de cet exemple est environ 100 fois supérieure à celle du columbium pra- tiquement pur.
On travaille le lingot fondu à 5.'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 ruptu- re de 100 heures qui dépasse 20. 000 livres par pouce carré (1430 kg par cm2) dans un courant d'air à environ 2.000 F (1.093 0) EXEMPLE 4.-
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale, de columbium, de chrome et de tungstène contenant en poids 20% de chrome, 5% de tungstène, 7,5% de columbium et, pour lerreste, essentiellement du tantale de la même façon que dans l'exemple 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 0) pendant 24 heures de la même façon que dans l'exemple 1. La résistance¯,à l'oxydation de l'alliage fondu à l'arc de cet exemple est environ 800 fois supérieure à celle du colum- bium pratiquement pur.
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 ruptu- re de 100 heures qui dépasse 20.000 livres par pouce carré (1.430 kg par cm2) à une température d'environ 2.000 F (1.093 0) dans un courant d'air.
EXEMPLE 5.-
On prépare un lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale, de columbium, de chrome et de tungstène, contenant en poids 10% de chrome, 10% de tungstène, 40% de columbium et, pour le reste, essentiellement du tantale, de la même façon que dans l'exemple 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 0) pendant 24 heures de la même façon que dans l'exemple 1. La résistance..à l'oxydation de l'alliage de cet exemple est environ 500 fois supérieure à celle du columbium pratiquement pur.
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 uptu- re de 100 heures dépassant 20.000 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.
EXEMPLE 6.-
On préparenun lingot d'une composition d'alliage métallique à base de tantale, de columbium, de chrome et de tungstène contenant en poids 5% de chrome, 2% de tungstène, 18,6% de tantale et, pour le reste, essentiellement du columbium de la même façon que dans l'exemple 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 pendant 24 heures de la mê- me façon que dans l'exemple 1. La résistance à l'oxydation de l'alliage fondu à l'arc de cet exemple est environ 100 fois supérieure à celle du columbium pra- tiquement pur.
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On travaille le lingot fondu à l'arc 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 qui dépasse 20.000 livres par pouce carré (1.430 kg par cm2) à une tem- pérature d'environ 2.000 F (1.093 C) dans un courant d'air.
REVENDICATIONS.
1. Alliage métallique à base de tantale et de columbium, caractérisé en ce qu'il comprend en poids, 5 à 20% (de préférence 10 à 20%) de chrome, 2 à 25% (de préférence 5 à 15%) de tungstène et, pour le reste, essentiellement un mélange de tantale et de..columbium, le tantale étant présent dans ce mélange en une quantité allant de 10 à 95% ( de préférence de 30 à 95%) du mélange et le reste du mélange étant essentiellement du columbium.