CH265571A

CH265571A - Alliage de nickel.

Info

Publication number: CH265571A
Authority: CH
Inventors: Limited The Mond Nicke Company
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1946-04-09
Filing date: 1947-04-09
Publication date: 1949-12-15

Description


  Alliage de     nickel.       Les alliages dont sont faits des objets et  des pièces qui sont soumis à des efforts pro  longés à de hautes températures, par exem  ple de l'ordre de 600  C et au-dessus, ne doi  vent pas seulement être résistants à la corro  sion à de hautes températures et avoir de  bonnes propriétés mécaniques générales, mais  ils doivent être aussi, par leur nature, résis  tants au     fluage.     



  En gros, la résistance à la corrosion est  obtenue en employant des alliages à base de  nickel ou de nickel et de cobalt et contenant  du chrome, avec ou sans fer. La présente in  vention se rapporte à un alliage de nickel  contenant de 12 à 3 5 % de chrome, de 0,5 à  5     %    d'aluminium, de 1,0 à 5      %    de titane et  dont la teneur globale en aluminium et titane  est au moins égale à 2,5 %, mais non supé  rieure à     6%.    II est préférable, généralement,  d'éviter le fer, quoique dans la pratique indus  trielle,

   le fer     soit    presque toujours présent  comme     conséquence   <B>(le</B> l'emploi de     ferro-          alliages    pour introduire le chrome ou un autre  élément. La teneur en fer de l'alliage peut  aller jusqu'à     15%.     



  On peut. dire en bref que de bonnes pro  priétés de résistance au fluage sont obtenues  par la présence d'aluminium et de titane dans  les alliages au nickel     contenant    1.2 à     355,v    de  chrome. La fonction précise de ces deux élé  ments n'est pas certaine, mais il est connu que  lorsque ces éléments sont présents dans les  limites spécifiées, l'alliage, s'il est traité ther-         iniquement    d'une manière appropriée, pré  sente une phase de précipitation telle que ce  traitement thermique produit de bonnes pro  priétés de résistance au fluage.  



  La présente invention est basée sur la dé  couverte que les propriétés de résistance au  fluage améliorées peuvent être obtenues dans  de tels alliages par l'addition de petites quan  tités de zirconium. Le zirconium a été  mentionné comme un élément admissible  dans de nombreuses descriptions se rap  portant aux alliages au     nickel-chrome     résistant au fluage, cet élément étant.  regardé en général comme équivalent au       titane    et utilisable dans les mêmes propor  tions que le titane.

   L'alliage objet de la pré  sente invention, contenant les quantités rela  tivement grandes d'aluminium et de titane  indiquées ci-dessus, est caractérisé par la pré  sence d'une petite quantité de zirconium, c'est  à-dire de<B>0,001</B> à 0,2%, mais de préférence  la teneur en zirconium ne dépassera pas  <B>0,05%.</B>  



  En fabriquant un tel alliage, il est avan  tageux d'ajouter le zirconium sous forme de       ferro-zireonium    à une masse fondue des prin  cipaux constituants de l'alliage. Souvent, le  zirconium ajouté ne se retrouve pas totale  ment dans le métal coup, à cause des pertes à.  la fonte, et les pourcentages de zirconium  donnés plus haut sont ceux du métal coulé.  



  On peut tolérer plus d'aluminium et de  titane dans les alliages qui doivent être uti-      usés sous forme     moulée    que dans ceux qui  sont usinés après avoir été coulés. Dans les       alliages    qui sont     directement    coulés sous forme  d'objets ou de pièces, les teneurs en alumi  nium et en titane pourront être de' 2,5     %    et  3,5 %, respectivement. Dans les alliages qui  doivent être usinés, les valeurs correspon  dantes     pourront    être respectivement de 1,5  et 2,5     %.     



  Les éléments mentionnés ci-dessus ne sont  pas les     seuls    que les     palliages    peuvent contenir,  et en fait, la présence du niobium en petites  quantités, par exemple de 0,002 à 5     %v    est  avantageuse. En plus, le     siliciiun,    le molybdène  et le tungstène peuvent être présents en quan  tités relativement petites, par exemple jusqu'à  2     %    de     silicium    et 5 % de molybdène et de  tungstène respectivement.  



  Les alliages préférés ont la composition  suivante:  
EMI0002.0013     
  
    Chrome <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> %
<tb>  Aluminium <SEP> 1,0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb>  Titane <SEP> 1,0 <SEP> à <SEP> <B>3,5%</B>
<tb>  Niobium <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb>  Zirconium <SEP> 0,002 <SEP> à <SEP> 0,2
<tb>  Fer <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 15
<tb>  Silicium <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 2
<tb>  Molybdène <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb>  Tungstène <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb>  Nickel <SEP> -+- <SEP> Cobalt <SEP> Solde       Ces alliages peuvent encore évidemment  contenir des impuretés et d'autres éléments en  petites quantités.

   Ainsi, ils peuvent contenir  des traces, ou même un peu plus, des métal  loïdes des groupes V et VI du système     p6rio-          dique,    des éléments non nuisibles tels que le       cuivre,    et les désoxydants     manganèse,    magné  sium, bore et les métaux     alcalins    et     alcalino-          terreux,    en quantité totale ne dépassant pas  3 %. Les     teneurs    en métalloïdes des groupes  du soufre et de l'arsenic et en plomb doivent  être aussi basses que possible, comme doit  l'être la teneur en bore, à moins que l'alliage  contienne, par exemple, 5 % ou plus de fer.

    Le soufre doit être de préférence au-dessous  de<B>0,007%.</B> Le phosphore ne doit pas dépas  ser     0,025, ô    de préférence. Le carbone est habi-         tuellement    présent à un taux de 0,02 à 0,50     %     par exemple.  



  La teneur en manganèse pourra être de  2,5     %    et elle sera de préférence comprise entre  0,1 et 0,8 %, par exemple de 0,5 %     environ.     Les alliages peuvent pratiquement être  exempts de cuivre ou peuvent contenir jus  qu'à 2     %    de cuivre, mais de préférence pas  plus de 0,5     %.    Ordinairement, le cuivre est  présent     comme    impureté et ne dépasse pas       0,15%.     



  Du magnésium et du calcium, ou les deux,  peuvent avantageusement être présents en pe  tites quantités dans l'alliage quand celui-ci  doit être travaillé à chaud. Il est préférable  que ni la teneur en magnésium ni celle en  calcium de l'alliage ne dépassent 0,15 %, car  de plus grandes quantités rendent l'alliage  très difficile à .forger ou à laminer. Une très  petite quantité de magnésium et de calcium,  par exemple 0,002%, améliore les propriétés  de résistance au fluage et est donc présente  de préférence; habituellement, cette quantité  est comprise entre 0,001 et<B>0,03%.</B>  



  Le fer peut être avantageux     quelquefois.,     quand de bonnes propriétés d'usinage à chaud  sont spécialement désirées.  



  Comme exemple d'alliage à base de nickel  et de cobalt, on peut citer le suivant:  20% de chrome,<B>0,96%</B> d'aluminium,  2,48% de titane,<B>0,05%</B> de zirconium, 0,42%  de fer,<B>0,57%</B> de silicium,<B>0,39%</B> de manga  nèse, 20 % de cobalt et le solde de nickel.  



  En général, le cobalt peut remplacer jus  qu'à 40% du nickel.  



  Le niobium est un constituant qui devient  de plus en plus nécessaire à mesure que la  teneur en chrome décroît ou que la teneur en  fer augmente, ou que ces deux éventualités  se produisent. Lorsqu'on réalise un alliage  contenant simultanément du niobium et du  carbone, il convient de régler la teneur en       niobium    en fonction de la teneur en carbone.  La teneur en niobium sera augmentée quand  la teneur en carbone augmente. Ainsi, l'alliage  pourra contenir<B>0,15%</B> de niobium quand sa  teneur en carbone est basse, par exemple de  <B>0,01%</B> environ. La teneur en niobium est de      préférence d'au moins dix fois la teneur en  carbone.

   Pour de bonnes qualités d'usinage à  chaud combinées avec de bonnes propriétés  aux hautes températures, il est toutefois essen  tiel que la teneur en niobium ne dépasse pas       3,%,    que la teneur en aluminium ne dépasse  pas 1,5     j    et que la somme des teneurs en  aluminium et en titane soit au moins de 2,5      Jo,     mais pas supérieure<I>à 4</I>      0o   <I>.</I> Tandis que des  quantités de molybdène atteignant 5 ô en  viron peuvent être présentes dans les alliages  destinés à être coulés et leur confèrent d'avan  tageuses propriétés aux hautes températures,  la teneur en cet élément, qui diminue les qua  lités d'usinage à chaud,

   ne dépassera habi  tuellement pas 1     %    dans les alliages destinés  à être usinés à chaud. Le silicium contribue  à la fluidité et à la facilité de coulée et amé  liore les propriétés aux hautes températures  des alliages, mais agit défavorablement sur  l'aptitude à la soudure. En général, 0,2 à  0,8% de silicium donne des résultats satis  faisants.  



  On peut développer des propriétés de résis  tance au fluage satisfaisantes en soumettant  l'alliage selon l'invention à un traitement  thermique. Celui-ci peut être du type     usuel     pour les alliages résistants au fluage; il peut  comprendre, par exemple, le chauffage à  haute température en vue de faire passer le  constituant de durcissement en solution solide,  suivi par un vieillissement ou un chauffage  de précipitation, le chauffage indiqué en pre  mier étant effectué de 1060 à 1200  C (de  préférence de 1120 à 1175  C) pendant  1 heure au moins et de préférence 2 heures  ou plus, par exemple jusqu'à 24 heures, et  étant suivi par un refroidissement suffisam  ment rapide pour éviter la     reprécipitation    de  la phase qui a passé en solution solide.

   Ce  refroidissement rapide peut être effectué par  trempage dans l'eau ou l'huile, mais le refroi  dissement par l'air peut être suffisamment  rapide pour de petites pièces, spécialement  quand les températures de     service    sont de  735'C ou moins. Quand la température de  service est de 815' C, il est préférable de  refroidir de grosses pièces de l'alliage par    trempage. Le vieillissement ou le traitement  thermique de précipitation comprendra, par  exemple, le maintien de l'alliage entre 700  à 815  C pendant au moins 4 heures, de pré  férence pendant 8 à 24 heures ou plus.  



  Particulièrement si la température de ser  vice est basse, par exemple 650  C, le traite  ment à haute température peut être effectué  simultanément avec d'autres opérations.  Ainsi, quand la température finale après l'usi  nage à chaud, par exemple pour les grands       forgeages,    est élevée, il est possible de com  biner le traitement à haute température avec  une opération d'usinage à chaud.  



  Les propriétés les plus satisfaisantes sont  obtenues à des températures de service de  650 à     900     C, quand le chauffage de précipi  tation est conduit à une température proche  de la température de service à laquelle l'al  liage doit être soumis, mais dans les limites  de 700 à 850  C. Le chauffage de précipita  tion pendant 8 à 20 heures environ donne  d'excellents résultats.  



  Bien que le traitement thermique décrit  ci-dessus, qui est en général similaire aux  traitements communément     employés    actuelle  ment pour développer de bonnes propriétés  de fluage, puisse être utilisé, on     petit    obtenir  des résultats encore meilleurs par un traite  ment plus complexe. Celui-ci comprend l'exé  cution, entre le traitement à haute tempéra  ture et le chauffage de précipitation, d'un  chauffage intermédiaire à une température  supérieure à 750  C, mais inférieure à 1010  C.

    Un traitement approprié comprend le chauf  fage de l'alliage à l.150  C pendant 4 heures,  le trempage ou le refroidissement à. l'air, le  chauffage pendant environ 24 heures à 870' C,  le trempage ou le refroidissement à l'air, et  le chauffage à une température inférieure,  mais de préférence pas inférieure à 650' C  pendant 16 à 20 heures, par exemple à 735' C,  si c'est la température de service, ou à 700' C,  si la température de service est de 650' C.  



  Les alliages conformes à l'invention con  viennent pour réaliser un     grand    nombre d'ob  jets soumis pendant leur emploi à un effort  prolongé à des températures élevées ou aux      températures ordinaires. De tels objets com  prennent des plaques, des feuille, des bandes,  des tiges, des fils, des barres, des tubes, des  pièces forgées, des pièces poinçonnées, des piè  ces estampées, des pièces coulées, etc., telles que  des pièces de turbines à vapeur, de turbines  à gaz (y compris des     surcompresseurs),    de  machines à propulsion par réaction, etc.

Claims

REVENDICATION: Alliage de nickel contenant de 12 à 35 % de chrome, de 0,5 à<B>57,</B> d'aluminium, de 1,0 à 5 % de titane et dont la teneur globale en aluminium et titane est au moins égale à 2,5 %, mais non supérieure à 6%, caractérisé par une teneur en zirconium comprise entre 0,001 et 0,2%. SOUS-REVENDICATIONS 1. Alliage selon la revendication, dans le quel la teneur en zirconium est comprise entre 0,002 et 0,05 %. 2. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, en outre, de 0,002 à 5 % de niobium. 3.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, en outre, du silicium jusqu'à 2 %, du molybdène jusqu'à 5 % et du tungstène jusqu'à 5 %. 4. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient du magnésium et du calcium, en quantité totale allant jusqu'à 0,15%. 5. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il ne contient pas plus de 2,5 70 d'aluminium et pas plus de 3,5 % de titane. 6. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il ne contient pas plus de 1,5 % d'aluminium et pas plus de 2,5 % de titane.

r. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, en outre, jusqu'à 15 % de fer.