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La présente invention concerne un alliage métallique à base de cobalt qui contient des additifs de métal d'alliage qui rendent l'alliage résultant ré- sistant à la corrosion et lui donnent une résistance mécanique élevée à des tem- pératures comprises entre environ 1500 et 22000F (816 et 1205 C)o
L'alliage de la présente invention a comme particularités importantes le fait qu'il peut être coulée qu'il est très résistant à l'oxydation et à d'au- tres formes de corrosion, et qu'il possède une résistance mécanique élevée à des températures comprises entre 1500 et 2200 F environ (816 et 1205 C).
Cela étant, cet alliage peut être utilisé pour la fabrication d'ailettes,-aubes et autres parties de moteurs à turbine à gaz à température élevéeo L'alliage de la présente invention peut également être utilisé pour la fabrication de soupapes d'échappement et de collecteurs dans des moteurs à combustion interne, et pour des échangeurs de chaleur, des garnitures de cornues et des récipients utilisés dans les industries chimiques et métallurgiqueso L'alliage peut être utilisé comme matière de revêtement résistant à l'oxydation pour des métaux et des alli- ages métalliques tels' que du columbium, du tantale, des alliages à base de nickel et des alliages à base de cobalt qui possèdent des caractéristiques de résistan- ce élevée aux températures élevées,
mais dont la résistance à l'oxydation aux températures élevées, c'est-à-dire supérieures à 1500 F (816 C) est inadéquate.
On peut également l'utiliser sous forme de tubes ou de tôles'résistant à la cor- rossion et très tenaces aux températures élevées, comme matière servant à fabri- quer des lames tranchantes propres 'à découper du verre en fusion et d'autres-ma- tières corrosives à chaud, ainsi que comme matière utile pour fabriquer des or- ganes de support destinés à être utilisés dans des appareils d'essai métallurgi- queso
Des alliages métalliques à base de nickel et/ou de cobalt connus qui ont par exemple été utilisés pour des ailettes, des aubes et d'autres par- ties de moteur à turbine à gaz à température élevée ont une température de tra- vail maximum d'environ 1500 F (816 C).
Par exemple, un alliage métallique cou- rant à base de nickel et de cobalt qui contient du molybdène comme constituant n'est utilisable à aucune fin pratique comme organe de construction dans un mo- teur à turbine à gaz, si la température est supérieure à 15000F (816 C). Comme l'alliage de la présente invention, lorsqu'il est transformé en une ailette ou aube dans un moteur à turbine à gaz à température élevée peut travailler à des températures notablement supérieures à celles qui étaient possibles jsqu'à présenta le rendement du moteur à turbine à gaz s'améliore.
Cette particularité est due au fait qu'à des températures plus élevées, la poussée totale d'un mo- teur à turbine à gaz augmente et la quantité de combustible consommée par kilo- gramme de poussée diminuée
Suivant la présente invention, un alliage métallique contient en poids : 15 à 30% de chrome; 5 à 15% de tungstène; 0,5 à 20% de tantale ; environ0,1 à 1,3% de carbone; 0,01 à 0,2% de bore; le restant étant essentiellement du cobalt.
On a constaté que les propriétés de résistance à la corrosion aux températures élevées de l'alliage de la présente invention ne sont pas affectées si l'alliage contient une quantité de columbium qui n'est pas supérieure à la moitié de la teneur en tantale de l'alliage, et qui, en tous cas, n'est pas su- périeure à 3% en poids de 1 alliage, et de préférence pas supérieure à 2% en ¯poids de l'alliage. Autrefois, on estimait que le tantale et columbium s'équi- valaient à différentes finso Cela n'est pas vrai dans le cas de l'alliage de la. présente invention.
Par exemple, si dans l'alliage de la présente invention, on remplace le tantale par du columoium dans la gamme de proportions spécifiée, l'alliage résultant ne possède pas la même caractéristique de résistance à la corrosion aux températures élevées que l'alliage de l'invention.
Quoique le molybdène ne soit pas un constituant principal de l'alli- age de l'invention, on a constaté que les propriétés de cet alliage ne sont pas
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affectées s'il contient une quantité de molybdène qui n'est pas supérieure à la moitié de la teneur en tungstène de l'alliage et qui en tout cas n'est pas supé- rieure à 3,5% du poids de l'alliageo
On a également constaté que l'inclusion de l'un ou de plusieurs des ingrédients suivants: jusqu'à 1,5% de silicium, et jusqu'à 5% de nickel et/ou de fer, peut dans certains cas améliorer différentes caractéristiques métallur- giques de l'alliage. Des quantités supplémentaires de ces ingrédients peuvent dans certains cas être tolérées dans l'alliage sans effect nuisibles.
Pour obtenir les propriétés optimum désirées,il faut de préférence maintenir les impuretés ci-après dans les limites suivantes exprimées en poids.
La teneur en manganèse dans l'alliage final ne doit pas dépasser 2%; les éléments interstitiels tels que l'azote, l'hydrogène, l'étain et le plomb doivent être maintenus aussi bas que possibleo De plus, la teneur totale en désoxydants tels que du calcium et du manganèse ne doit pas dépasser 0,5% dans l'alliage final.
Une gamme préférée de proportions des constituants de l'alliage de l'invention qui possède une résistance à l'oxydation spécialement élevée à des températures d'environ 2000 F (1093 C) et plus, est la suivante: 16 à 25% de chrome ; 7,5 à 12,5% de tungstène ; à 11% de tantale; 0,6 à 1,0% de carbone; 0,01% à 0,2% de bore ; le restant essentiellement du cobalt.
Voici maintenant des exemples de proportions et des résultats d'es- sai de l'alliage métallique à base de cobalt de la présente invention.
EXEMPLE 1.-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 Kg) d'une composition d'alliage métallique à base de cobalt contenant environ 20% de chro- me, 11% de tungstène, 1,5% de tantale, 0,01% de bore, 0,4% de carbone et le restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, en faisant fondre un mélange de chrome et de cobalt dans un creuset en magnésium sous des conditions de vide élevées, àprès quoi on ajoute le tungstène, le tantale, le bore et le carbone sous forme de graphiteo
On forme un groupe de 6 éprouvettes à partir de la masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) chauffée suivant la technique de coulée habituel- le sous vide élevé. Ces éprouvettes ont chacune 3 pouces (7,6 cm) de longueur et 1/4 pouce (0,64 cm) de diamètre.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 4% à la tempé- rature ambiante sous une traction de 1120000 livres par pouce carré (7920 kg par cm2).
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture d'environ 100 heures sous une charge de 200000 livres par pouce carré (1430 kg par cm2) à une température de 1600 F (871 C) dans l'air, et une vie jusqu'à rupture d'en- viron 70 heures sous une charge de 150000 livres par pouce carré (1060 kg par cm2) à une température de 1700 F (9270) dans l'airo EXEMPLE 20-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) et des éprouvettes de mêmes dimensions que sur l'exemple 1 à partir d'une composi- tion d'alliage métallique à base de cobalt contenant environ 25% de chrome, 10% de tungstène, 10% de tantale, 0,01% de bore, 0,85% de carbone, 0,
5% de silicium 5% de fer et le restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 0,8% à tempé- rature ambiante sous une traction de 1220000 livres par pouce carré (8.630 kg par cm2).
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant
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7,5 heures sous une charge de 170000 livres par pouce carré à une température d'environ 1800 F (12000 kg par cm2 à 982 C) dans l'air et une vie jusqu'à rupture dépassant 7 heures sous une charge de 80000 livres par pouce carré à une tempé- rature d'environ 2000 F (566 kg par om2 à 1093 C)o La pénétration de l'oxydation est nulle après 100 heures à 20000F (1093 C)' dans un courant d'air et de 0,02 mils (0,0005 mm) par face et par heure après 24 heures à 2100 F (1149 C) dans un-courant d'air EXEMPLE 3.-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg)
ainsi que des éprouvettes de même dimensions que dans l'exemple 1 à partir d'une com- position d'alliage métallique à base de cobalt qui contient environ 25% de chro- me, 8% de tungstène, 8% de tantale, 1% de columbium, 0,01% de bore, 0,85% de car- bone, 1,5% de silicium, 5% de nickel et le restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'ex- emple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 2,5% à tempé- rature ambiante sous une traction de 137.900 livres par pouce carré (90750 kg par cm2)o
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 15 heures sous une charge de 170000 livres par pouce carré à une température d'environ 18000F dans l'ar (1200 kg par cm2 à 982 C) et une vie jusqu'à rupture dépassant 15 heures sous une charge de 800 livres par pouce carré à une tempéra- ture d'environ 2000 F dans l'air (566 kg par cm2 à 1093 C).
EXEMPLE 4.-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) et des éprouvettes de même dimensions que sur l'exemple 1 à partir d'une oomposi- 'tion d'alliage métallique à base de cobalt qui contient environ 20% de chrome, 11% de tungstèneg 0,5% de tantale, 0,7% de carbone, 0,02% de bora et le restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 4% à tempéra- ture ambiante sous une traction de 1000000 livres par pouce carré (7070 kg par cm2)o
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 65 heures sous une charge de 200000 livres par pouce carré à environ 1600 F dans l'air (1430 kg par cm2 à 871 C) et une vie jusqu'à rupture de 60 heures sous une charge de 150000 livres par pouce carré à une température d'environ 1700 F dans l'air (1060 kg par om2 à 927 C).
EXEMPLE 5.-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) et des éprouvettes de mêmes dimensions que sur l'exemple 1 à partir d'une composi- tion d'alliage métallique à base de cobalt qui contient anviron 20% de chrome 10% de tungstène, 10% de tantale, 0,2% de bore, 1,3% de carbone et le restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 1% à tempéra- ture ambiante sous une traction de 1450000 livres par pouce carré (100250 par cm2)o
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 50 heures sous une charge de 250000 livres par pouce carré (1750 kg par cm2) à une température d'environ 1600 F dans l'air (871 C) et une vie jusqu'à rupture dépassant 45 heures sous une charge de 220000 livres par pouce carré (1555 kg
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par cm2) à une température d'environ 1700 F (927 C) dans l'airo EXEMPLE 60-
On prépare une masse d'alliage en.fusion de 5 livres (2,27 kg)
et des éprouvettes de mêmes dimensions que sur l'exemple 1 à partir d'une composition d'alliage métallique à base de cobalt qui contient environ 15% de chrome, 15% de tungstène, 13% de tantale, 0,2% de bore, 0,65% de carbone et le restant essen- tiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Des éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 2% à température ambiante sous une traction de 1150000 livres par pouce carré (801.30 kg par cm2).
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 100 heures sous une charge de 200000 livres par pouce carré à une température d'environ 1600 F dans l'air (1430 kg par cm2 à 871 C) et une vie jusqu'à rupture dépassant 100 heures s.ous une charge de 150000 livres à une température d'envi- ron 1700 F dans l'air (1060 kg par cm2 à 927 C).
EXEMPLE 7.-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) et des éprouvettes de mêmes dimensions que sur l'exemple 1 à partir d'une composi- tion d'alliage métallique à base de cobalt contenant environ 20% de chrome, 5% de tungstène, 20% de tantale, 0,08% de bore, 1,0% de carbone et lé restant essen- tiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 2% à tempéra- ture ambiante sous une traction de 1300000 livres par pouce carré (9190 kg par cm2).
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 85 heures sous une charge de 220500 livres par pouce carré (159'0 kg par cm2) à une température d'environ 1600 F (871 C) dans l'air et une vie jusqu'à rupture dépassant 75 heures sous une charge de 180000 livres par pouce carré (1270 kg par cm2) à une température d'environ 1700 F (927 C) dans l'airo EXEMPLE 80-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) et des éprouvettes de mêmes dimensions que sur l'exemple 1 àpartir d'une composi- tion d'alliage métallique à base de cobalt qui contient environ 22% de chrome, 8% de tungstène, 8% de tantale, 0,2% de bore, 0,7% de carbone, 0,
2% de silicium, 1,0% de nickel, 1,0% de fer, 2,5% de molbdène, et le restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 2% à tempéra- ture ambiante sous une traction de 1180000 livres par pouce carré (8340 kg par cm2)o
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 100 heures sous une charge de 200000 livres par pouce carré à une température d'environ 1600 F (1430 kg par cm2 à 871 C) dans l'air et une vie jusqu'à rupture dépassant 90 heures sous une charge de 150000 livres à une température d'environ 1700 F dans l'air (1060 kg par cm2 à 927 C)o EXEMPLE 90-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg) et des éprouvettes de mêmes dimensions que celles de l'exemple 1 à partir d'une composition d'alliage métallique à base de cobalt qui contient environ 30% de chrome,
5% de tungstène, 5% de tantale, 0,01% de bore, 0,3% de carbone et le
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restant essentiellement du cobalt, toutes les proportions étant exprimées en poids de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 3% à tempéra- ture ambiante sous une traction de 1200000 livres par pouce carré (8480 kg par cm2).
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 30 heures sous une charge de 200000 livres à une température d'environ 1600 F dans l'air (1430 kg par cm2 à 871 C) et une vie jusqu'à rupture dépassant 15 heures sous une charge de 150000 livres par pouce carré à une température d'en- viron 1700 F dans l'air (1060 kg par cm2 à 927 C)o EXEMPLE 10.-
On prépare une masse d'alliage en fusion de 5 livres (2,27 kg)-et des éprouvettes de mêmes dimensions que sur l'exemple 1 à partir d'une composi- tion d'alliage métallique à base de cobalt qui contient environ 20% de chrome, 7% de tungstène, 7% de tantale, 0,1% de bore;
,- 0,85% de carbone, 3% de columbium, et le restant essentiellement du cobalt,, toutes les proportions étant exprimées en poids, de la même façon que dans l'exemple 1.
Les éprouvettes de cet exemple ont un allongement de 3% à tempéra- ture ambiante sous une traction) de 1200000 livres par pouce carré (8480 kg par om2).
Les éprouvettes de cet exemple ont une vie jusqu'à rupture dépassant 85 heures sous une charge de 200000 livres par pouce carré à une température d'environ 1600 F dans l'air (1430 kg par om2 à 871 C) et une vie jusqu'à rupture dépassant 75 heures sous une charge de 150000 livres par pouce carré à une tem- pérature d'environ 1700 F dans l'air (1060 kg par cm2 à 927 C).
REVENDICATIONS.