CH266150A

CH266150A - Procédé de fabrication d'une pièce métallique destinée à résister à un effort continu sous de hautes températures et pièce métallique fabriquée par ce procédé.

Info

Publication number: CH266150A
Authority: CH
Inventors: Limited The Mond Nicke Company
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1943-09-17
Filing date: 1946-03-29
Publication date: 1950-01-15

Description

Proegd6 de fabrieation d'une pii#ee mggtallique destin#e ä r#sister ä un effort eontinu sous de hautes temp6ratures et pi#ce m6tallique fabriqu#e par ce proegd6. Vinvention comprend un proe6d6 de iabri- eation d'une pike m6tallique destin6e ä r6sis- ter ä un effort eontinu sous de hautes temp6- ratures, et une pike m6tallique fabriqu6e par ce proc6d6.

Le proegd6 selon Pinvention est earaetgrisg en ce qu'on forme eette pikeä partir d'un alliage contenant au moins du nickel, de10 ä 25 % de ehrome, du fer en proportion n'exegdant pas 30wo, de1,5 ä 5 70 de titane et de Faluminium, la teneur en titane plus1,25 fois la teneur en aluminium donnant ensemble une valeur eomprise entre2,5 et10 110#' de Palliage, ledit alliage pr6sentant alors une phase sus- ceptible de passer en solution solideä une temp6rature glev6e et de se reprgeipiter si, apr#s refroidissement, Falliage est soumis ä un noii.- veau ehauffage, et la teneur en ler 6tant ini6- rieure ä eelle ä Iaquelle il se forme une quantit6 apprgeiable dune phase ä m%e de provo- quer une fissuration de Palliage, si, apr#s le refroidissement, on ehauffe de nouveau Fal- liage pendant un temps prolongg ä une tem- pgrature se trouvant entre650 et900' C, et en ce qu'on soumet eet alliage A un traitement thermique comprenant un chauffage prolong6 ä une temp6rature sup6rieure A 1000' C suivi d'un refroidissement jusquä la temp6rature ordinaire, ä une allure assez rapide pour ein- pecher toute repr6eipitation notable de la phase pass6e en solution solide. Le dessin annexe repr#sente par sa figure unique la relation liant les teneurs en ehrome et les quantit6s maximum de èr, admissibles sans que la phase ä m%e de provoquer une figsuration de Falliage se forme en une quan- tit6 appr6eiable.

Dans eette figure, les ordonnges reprgsen- tent en 125 les teneurs en ehrome et les abs- eisses indiquent, en% #galement, les quanti- tgs maximum de fer admissibles, correspon- dant aux diverses teneurs en ehrome.

11 est bien connu qu'en ajoutant du ehrome au nickel, on obtient des alliages ayant une haute r6sistanee ä Poxydation et que, par une autre addition de titane et d'aluminium ou d'un #Mment tel que le niobium ou le tantale, on leur conflre, en leur falsant subir un traitement thermique appropri6, du genre de eelui RTI ID="0001.0270" WI="5" HE="4" LX="1153" LY="1726"> qui est indiqug dans ce qui prgc#de, une Hsistance exeeptionnelle permettant de les utiliser pouir fabriquer des pikes m6talliques destin6es ä r6sister A un effort continu sous de hautes temp6ratures, par exemple de600' C et plus.

La durge et la temp6rature du traitement thermique sp6eili6 dgpendent de la composi- tion de Palliage, en parti eulier de sa teneur en titane et aluminium et de la tempgrature de serviee de la pike fabriqu6e ä partir de eet illiagge. De prUgrence, ladite tempgrature s'approche, mais sans Patteindre, de celle ä Iaquelle eommence la fusion de Palliage. La quantit6 de titane et d'aluminium qui doit etre contenue dans Valliage däpend des propri6t6s requises et des conditions de tra- vail de la pike qui doit kre fabriqLik. Quand une pike de ee genre est soumise, sous une temp6rature glevge, ä un eifort suffisaimnent grand, elle s'6tire d'une mani#re continue A un de,-rg qui est d6termin6 par la temp#rature et 19eIfort qui lui est appliqug, et enfin elle se rompt. Les propri6tAs de la mati#re pe-Livent Atre earaet6ris6es dune mani#re approprige par le taux de fluage exprimg par le taLix minimum d'allongement et par le tenips jus- qu'ä la rupture, qui exprime le temps qui s'geoule avant que Fgehantillon ne finisse par se rompre. Avee un alliage dont la composl- tion de base est donnge, on a trouv6 que le taux de fluage, sous une temp6rature de tra- vail donnge et sous un effort donng, eom- mence par d6croitre pour s'aecroitre ensuite, au fur etä mesure que la proportion de titane, et d'aluminium augmente, pourvu que Palliage ait gtg mis dans I'gtat physique favo- rable r6sultant d'un traitement ä ehaud, tel que dgerit plus haut.. D'autre part, le temps jusq-u'ä la rupture commence par s'aecroitre, quand cette mgme proportion s'aecroit, et en- suite il diminue, de sorte qu'on obtient une composition optimum pour laquelle le temps jusqu'ä la rupture est maximum et le taux de iluage minimum, et cette eomposition se tient entre les Umites relativement kroites de ladite proportion. La valeur la plus favorable de cette dern2re nest pas toujours la Mime pour le meine alliage de base, mals, d'une mani#re gWrale, elle est plus haute si la teinp6rature de travail est plus glevge, et au contraire plus basse, si cette tempgrature est plus faible.

Vincorporation dun ou plusieurs autres gle- ments peut faire augmenter ou diminuer le taux de fluage ou le temps jusqu'A la rupture, so-Lis des conditions de travail donn6es dun alliage avee une proportion donn6e de titane et d'alu- minium. Elle peLit aussi faire monter ou des- cendre la proportion de titane et d'aluininii-im qui produit l'6quilibre optimum des proprig- tgs. Si l'adjonetion dun, 916ment fait en mAme temps diminuer le taux de fluage et au( gmen- ter le temPs jusqu'ä la ruptare pour une pro- portion eonstante de titane et d'aluminium et si elle fait aussi eroitre la quantit# de titane et d'aluminium qui peut Atre eniployk avee avantage, elle permet d'obtenir des alliages ayant des propriKs spgeialement bonnes. 11 doit kre bien entendu que le titane et Paluminium sont consid6r#s eomme la eause essentielle des bonnes proprigt6s mgeaniques aux temp6ratiires 61ev6es.

On a reconnu en partieulier que des addi- tions de eobalt ou de molybd#ne exereent des infl-Lienees favorables sur le taux de flaage et sur le temps jusqu'ä la rupture et se tradui- sent par une augmentation de la proportion optimum de titane et d'aluminium, et que le ehrome, qui exeree une influenee spgeialement favorable sur la rgsistanee ü, Foxydation et dont la prAsence est, par cons#quent, particii-- li#rement ne'eessaire quand les eonditions de travail sont telles q-Li'il faille Wattendre h, de Poxydation, diminue le temps jusqu'ä la rup- ture et la proportion optim-Lim de titane et d'alumini-Lim qui peut Atre employge, quand les tempgratures de travail sont en dessous de 700' C, mais exeree une influence favorable sur le taux de fluage et sur le temps jusqu'ä la rupture, quand les tempgratures de travail sont en dessus de 70011 C et sp6eialement quand elles sont de Pordre de grandeur de800 ä 850' C. Par eonsgquent, il est possible d'obtenir des alliages a.yant sous une tempgrature glev6e une rgsistanee ä Poxydation spgeialement bonne et sous des temp6ratures 61evges une bonne rgsistanee mkanique, en ajoi--ita.nt au nickel une quantit6 de ehrorne telle que la teneur de Palliage en eet glgment soit eomprise dans les limites sp6eiii6es et soit proportion- nee A. l'importance de Poxydation quon ren- eontrera sans doute en ajoutant du eobalt. ou du molybdAne en une quantitg qui permette de satisfaire aux eonditions m6ca.niq-Lies de tra- vail, en rgglant la pro-Portion de titane et d'aluminium sur la quantitg qui est la meil- leure pour la composition de base ä Iaquelle on est arriv6 de cette mani#re pour les condi- tions de travail qui doivent #tre attendues, et en eifeetuaiit un traitement ä ehaud tel qu'on l'a d6fini plus haut.

On a dbouvert aussi que, dans les alliages contenant du titane et exempts de fer, la pr6ei- pitation par ehauffage prolongg ä des temp#- ratures de650 ä 9001 C de la phase qui a pass6 en solution solide se fait autrement que dans des alliages qui contiennent du fer meine en de faibles proportions, de3 A 4 % par exemple. Tandis que dans des alliages exempts de fer eontenant 20% de ehroine, la prgeipitation consiste enti#rement en une phase ayant une structure rgtieulaire eentrge sur les faees eristallines, dans beaucoup d'al- liages eontenant du fer et du titane, la pr6eipi- tation eonsiste en eette phase rgtieulaire avee, en plus, une phase ä Mime de provoquer une fissuratIon. Cette phase peut #tre identifik par le fait qu'elle donne un speetre de rayons X, semblable ä celui qui est attribug ä la phase sigma des alliages de fer et de ehrome et de eertains alliages ternaires ou plus complexes eontenant ees glgments. Bien qu'elle ne pLiisse Atre vue quavee une eer- taine diffieultg dans la mierostructure, Mime apr#s des traitements thermiques prolongM ä des teinpgratures de650 ä 700'C, elle peut & tre vue avee faeilitg dans la mierostrue.ture d'alliages eontenant du fer, qui ont gtg vieillis ä de-, temp6ratures plus glevees, par exemple par un traitement thermique de500 heures A 850' C. Apr#s tin traitement thermique de ce genre, la phase ä m6me de provoquer une fissuration a une apparence laminaire dis- tinetive. Quand on augmente la proportion de fer des alliages, la quantitg de la phase lami- naire s'aeeroit et eelle de la phase rgtieulai.re diminue.

Or, en dgpit du fait que, dans beauco-Lip de deseriptions pr6c9dentes d'alliages du genre auquel se rapporte Pinvention, on a expos6 que les alliages peuvent Atre exempts de fer ou pauvres en fer, c'est-ä,-dire que le fer est mentionng comme un 916ment qui peut Atre prgsent en des proportions allant de0 ä par exemple 30 7, ou plus; dans la pratique commereiale rgelle, les alliages eontiennent toujours un peu de èr. La raison primordiale de ce fait est que les mati#res brutes les ineil- leur marehg et les plus faeiles ä obtenir eontiennent du fer. En partieulier, on se sert le plus commun#ment de ferro-titane comme source de titane et on emploie RTI ID="0003.0277"WI="12" HE="4" LX="1664" LY="367"> souvent le ferro-chrome, le ferro-molybd#ne et d'autres ferro-alliages comme sourees de ehrome, de molyb & ne, ete. Le ferro-titane eontient d'ha- bitude plus de50 517, de fer, de sorte que, de cette source seulement, la teneur en fer de Falliage r6sultant peut Atre de3,5 % si eelle du titane est de 21wo. En outre, on introduit souvent du èr en se servant de dgehets pour la fabrieation des alliages.

Conform6ment A la prgsente invention, la teneur en fer de Palliage doit Atre assez faible pour qu'il ne se produise pas en quantiM apprgeiable une phase qui soit ä Mime de pro- voquer une fissuration de Falliage, quand la pike, apr#s un traitement thermique du genre dkrit, est soumise A un ehauffage prolongg dans les limites de650 ä 9000 C.

Les alliages dont nous no-Lis sommes oeeu- pgs en premier lien sont eeux dans lesquels le nickel domine et qui contiennent de10 ä 25/0"' de ehrome. Ces alliages contiennent d'habitude de petites quantit6s de silicium et d'aluminium provenant des alliages origi- na-Lix et des additions finales qu'on emploie. En eons6quenee, en plus des q-Liantit6s ajou- tges volontairement, les alliages eontiendront eommun6ment de0 -,5 ä1,0 9,1# de silicium. et une quantit6 d'aluminium, 6gale ä un quart ou un eiiiqiii#me de la teneur en titane. Au point de vue de sa eapaeitg de produetion d'une phase rgtieulaire suseeptible de se pr6- eipiter, 1 /11,/ d'alLiminium est I'gquivalent de 1,25 lw, de titane, Quand Faluminium et, le eas Ach6ant, d'autres 616ments sont pAsents en des quantitgs aLitres que celles qui viennent dkre mentionnges, la teneur rgelle en titane peLit & tre plus faible que 3,0,1, mais eomnie on vise ä d6velopper des propriffls de fluage rgellement honnes, eombinges avee de bonnes pro-Prigtgs m6eaniques ggngrales, la teneur minimum en titane est en tout eas de1,5 lwo. Des autres glgments suseeptibles d'Ure ajou- t6s ä Falliage, 17, de niobium est 6quivalent ä 0,5 70 de titane et1 ro de tantale ä 0,25 /1IÖ de titane. Dans les alliages -Litilisables pour rAaliser Vinvention, le contenu total en titane et ees autres 616ments peut Atre mesurä en pourcentage de titane, apr#s conversion des pourcentages des autres 616ments, selon les chiffres qui viennent d'Atre donngs; il peut Atre alors de3 001 au moins, mais sans de- passer 10%.

*II s'ensuit que le pourcentage j.,gel du titane, aussi bien que cel-Lii du ehrome doivent Atre port6s en compte pour d6terminer la teneur iiiaxim-Lim admissible du èr, ce dernier po-tivant Atre tolgr6 en des quantites d'autant plus grandes que les poureentages du titane sont plus faibles. Pour des teneurs reelles en titane de2,7% ou plus, avee 0,3% d'ahimi- nium et 1,0"' de silicium, mais avee diverses teneurs en ehrome, la teneur maximum en fer pour une teneur donnge de ehrome, pour garantir qu'il ne se produit pas de constituant de fissuration, est donnge par une eourbe du genre de celle repr6sent6e au dessin annexg. On voit, par exemple, que quand ily a 20% de ehrome dans Palliage, il ne doit pas y avoir plus de2,5 % de fer. Lorsque, la proportion de ehrome diminue, la teneur en fer peut Alever au-dessus de2,5 06' sans affeeter dune ma- nihe d6favorable la combinaison optimum de la rgsistance au fluage et du temps jusqu'A la rupture et, par exemple, ä 10 % de ehrome, on Naturellement, pe-Lit toMrer jusqu'ä afin 6,5 de % de produire ler' ' des alliages dans lesquels la teneur en fer est con- forme A Pinvention, on doit choisir les ma- ti#res preinPres dune mani#re appropriee. Le titane, par exemple, peut Atre ajout6 d'une mani#re approprige sous la forme de nickel- titane. Lusage de lerro-chrome devrait natu- rellement gtre tout ä fait gvitg et, dans des alliages contenant du molybd#ne, par exemple, le lerro-molybd#ne ne devrait kre util!s6 que si la teneur en molybd#ne doit Atre faible et si- la quantit6 de fer provenant d'autres sources est bien en dessous du maximum admissible dans Palliage.

II est prgfgrable que, dans les alliages mis en cetivre, la teneur reelle en titane ne dgpasse pas 4ro, paree que des quantit#s plus grandes r6duisent la possibilitg de forger en diminuant la RTIID="0004.0279" WI="13" HE="4" LX="1187" LY="312"> duetilit6 aux temp6ratures glevges; elle ne doit jamais Ure supgrieure A 5 % dans aneun des alliages utilisables pour rgaliser Finven- tion.

Les proprigt6s des alliages se modifient, quand on remplace une partie du niekel par du cobalt. Ce dernier augmente la to16ranee pour le ler, paree q-Lt'il tend A supprimer la formation de la phase A Mime de provoquer une fisstiration. En cons#quenee, les alliages -Litilisables pour rgaliser Finvention pe-Livent "ant, jLisqLi3ä 60 0` de Atre modiii6s en remplae /0 la masse m6tallique du niekel par une quan- tit6 6gale de cobalt, de faeon que les alliages aient -tine base de niek-el-eobalt, au lieu d2une base de nickel. La teneur en fer doit eneore Atre mainten-Lie stil-fisamment basse pour ein- pkIler la phase ä mAme de provoquer une fis- suration de se dgvelopper dans Falliage r6sul- tant, mais elle peut Atre plus glevge que dans des alliages de eomposition Aquivalente, mais exempts de eobalt.

En plus d'glgments qui ne sont que des im- puretgs ou des restes de produits de purifiea- tion, dautres 616ments peuvent Atre pr#sents dans les alliagges, sans que pratiquement leurs proprigt6s soient modifiAes en ee qui eoneerne la tolgranee pour le fer. En partie-Lilier, on peut y ineorporer ainsi du tungst#ne, du man- ga " n#se, du euivre et du vanadium, chae-Lin en une quantitg poLivant atteindre 2%, du moly-b- dhe jusquä 5 % et de Fazote jiisqu'ä, 1 La teneur en silieium ne dgpasse par 15,r,.

Pour mettre en evidenee les ameliorations obtenues, les indieations suivantes peuvent Atre donn6es: Tout d'abord -tin alliage avait 6t6 iabriq-Li6 avee du niekel pur, du ferro- chrome et, du ferro-titane du eommeree. A l'analyse, on trouva qii'il eontenait 20,75 % de ehrome, 6,72 % de fer, 2,35 c!" de titane, 0,44,17,' d'ahiminium et0,98 % de siliei-Lim. Son taux de fluage, pendant le ehaaffage de preeipi- tation, ee q-Lion appelle eomni-iingment le taux miniinum de fluage, en po-Lir-eent par heure, etait de0,0055 et le temps j-Lisq-Li'ü, la rupture n'etait que de 54 heures. En se servant de chrome pur du commerceà la place de ferro- chrome dans la fabrication d'un alliage sem blable (dont l'analyse fut20,19% de chrome, 3,70% de fer, 2,45%1 de titane, 0,46% d'alu minium. et0,87% de silicium), on lut conduit à une légère amélioration, mais la teneur en fer était encore trop haute et le taux mini mum de fluage atteignait encore0,0095 % par heure et le temps jusqu'à la rupture était de 120 heures. L'utilisation de nickel-titane au lieu de ferro-titane, avec du nickel et du chrome purs du commerce, conduisità une grande amélioration. L'alliage résultant (dont l'analysef uit 21,76 % de chrome, 0,43Il',' de fer, /0 2,46% de titane,0,78 % d'aluminium et 0,54 % de silicium) avait été chaufféà 1050' C pen dant8 heures, puis refroidià l'air et ensuite réchaufféà 700' C pendant16 heures. Le taux minimum. de fluage fut réduità 0,0007 ?/0 par heure et le temps jusqu'à la rupture monta à 790 heures. Dans tous les cas, les propriétés de fluage furent déterminées sous un effort d'environ3800 kg par em2 et une tempéra ture de650' C, et naturellement le complé ment de chaque alliage était du nickel.

Enfin, un autre alliage contenant18,99 de chrome,3,98% de fer,19,6% de cobalt, 2,6% de titane et 1,22% d'aluminium fut essayé sous environ3000 kg/cm# à 750'C; il donna un temps de 24 heures jusqu'audé- but du fluage avec un taux minimum de fluage de 0,0052 % par heure et un temps de 44 heures jusqu'à la rupture.

Le traitementà chaud appliqué dans la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est de préférence le même que celui qui a été décrit dans le brevet No 261677. Par exemple, pour obtenir les propriétés optimi-uïi à 650' C, on peut faire consister ce traitement à maintenir 15alliage pendant8 heuresà -une température de10501 C età le refroidir en suite assez rapidement pour empêcher toute reprécipitation notable de la solution solide formée pendant le chauffage età le chauffer de nouveau après cela jusqu'à une tempéra ture de7001 C pendant une période de 12 heures. On a trouvé cependant que la tem.- pérature à laquelle il faut chauffer l'alliage pendant un temps donné oule temps pendant lequel il faut chauffer Falliage à -une tempé rature donnée, afin d'obtenir le résultat,dé- siré, s'accroissent quand on augmente la quan titéde titane et d'aluminium présente dans l'alliage ou quand on augmente la quantité de chrome ou de molybdène présente dans l'al liage, et qu'il est aussi avantageux de les éle ver, quand la température de travail de la pièce est plus haute. Les traitements qui con viennent avec des alliages ayant d'autres coni- positions, seront indiqués clairement par ce, qui précèdeà ceux qui sont experts en la matière.

Claims

REVENDICATIONS: I. Procédé de fabrication d'une pièce nié- tallique destinéeà résisterà un effort continu sous de hautes températures, caractérisé en ce qu'on forme cette pièceà partir d'un alliage contenant au moins du nickel, de10 à 25 % de chrome, du fer en proportion n'excédant pas30 %, de1,5 à 5 % de titane et de l'alu minium, la teneur en titane plus1,25 fois la teneur en aluminium donnant ensemble une valeur comprise entre2,5 et10 % de l'alliage, ledit alliage présentant alors une phase sus ceptible de passer en. solution solideà une tem pérature élevée et de se reprécipiter si, après refroidissement, l'alliage est soumisà un nou veau chauffage, et la teneur en fer étant infé- ricure à, celleà laquelle il se forme une quan tité appréciable d'une phaseà même de provo quer une fissuration de l'alliage, si, après le refroidissement, on chauffe de nouveau l'al liage pendant un temps prolongéà une tem- pératare se trouvant entre650 et9000 C, et en ce qu'on soumet cet alliageà un traitement thermique comprenant un chauffage prolongé a une température supérieureà 10000 C suivi d'un refroidissement, jusqu'à la température ordinaire,à une allure assez rapide pour em pêcher toute reprécipitation notable de la phase passée en solution solide pendant le chauffage. IL Pièce métallique fabriquée par le pro cédé selon la revendication I. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Procédé selon la revendication1, carac térisé en ce que l'alliage contient aussi du cobalt, en proportion n'excédant pas60%. 2. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'alliage contient aussi du niobium. 3. Procédé selon la revendication1, carac- térisé en ce que l'alliage contient aussi du tantale. 4. Procédé selon la revendication1, earac- térisé en ce que, après le refroidissement, on chauffe de nouveau l'alliage pendant un temps prolongéà une température se trouvant entre 650 et900' C.