CH267448A

CH267448A - Alliage.

Info

Publication number: CH267448A
Authority: CH
Inventors: Limited Electric Furna Company
Original assignee: Electric Furnace Prod Co
Priority date: 1945-06-13
Filing date: 1947-05-19
Publication date: 1950-03-31

Description


  Alliage.    La présente     invention    a pour objet mi  alliage présentant une     grande    résistance     iné-          ranique    à     tenipéi-atrire    élevée.  



  Le      < lé%-eloltpenient    des     niacbiite#@        tlieririi-          ques,    notamment des     tturbines        ii    gaz et     dc@;          réacteurs,        tiécessile    de     plus    en     fils    la fabri  cation     (l'éléments    usinés présentant     cule     grande résistance mécanique à     tenij_)éi atltr,>     élevée.     Plusierirs    alliages ont été déjà propo  sés à cette     fin;

      leur     usage    est-     cependant    resté  très limité soit. parce que leur     travail    à.     eliaud     n'est pas possible, soit du fait qu'ils devien  nent fragiles après une exposition prolongée  à haute     température.    En effet.,     une    particu  larité des     allia-es        ferreux        fortement        alliés,     qui rend le     problême        particulièrement    diffi  cile à résoudre,

   est que l'addition de compo  sants     augmentant    la résistance     mécanique    à  température élevée     entraine        une    diminution  de la stabilité, qui rend lesdits alliages fra  giles à la suite d'une exposition     prolongée    â  température élevée.  



  Le besoin d'un alliage     pouvant        étre    tra  vaillé à chaud, de grande     résislanee        Diéea-          nique    à     tenipératitre    élevée et-     possédant.    une  bonne stabilité     auxdites    températures, se fait  donc sentir.  



  On a remarqué que l'addition aux     alliages          ferreux    an     elii-ome-nickel    de petites     quantité,,     et dans de ,justes proportions de mol     ybdéne,     de tungstène et     d'au    moins un métal du  groupe     IIl    (le la table     périodique    des élément  (éventuellement également     d'un    ou plusieurs  des éléments niobium, tantale, titane et vana-         diuni    )

       provoque    une remarquable augmenta  tion de la résistance     mécanique    à haute     tem-          pérature    sans nuire à la stabilité.  



  La présente invention a pour objet. un  alliage caractérisé en ce     qu'il    contient, en       poids,        de        10    à     30%        de        chrome,        de    2 à     -100L)     de nickel, de 0,5 à.

       7,511/o    de     molzbdène,    de 0,5  à     1011/o    de     tungstène,    au moins uni métal dit  groupe III de la table périodique des     élé-          mPUts,    la teneur de l'alliage en ce ou en ces       métaux    étant comprise entre 0,1 et     311/0,    dit       manganèse,    en proportion     n'excédant    pas     ? /o,     du     silicium,    en proportion     n'excédant    pas     111/n,     du carbone,

   en proportion     n'excédant    pas 10!o,  de l'azote, en proportion     n'excédant    pas       0,25%,        et        du        fer.     



  Les métaux du     groupe    III de la table pé  riodique des éléments,     qui    entrent plues -parti  culièrement en ligne (le compte, sont le bore  et l'aluminium. Lorsque l'alliage contient du  bore, sa teneur en cet élément. sera de     préfé-          rence        inférieure    à     0,7%.        L'alliage        contiendra          de        préférence        au        moins        0,5%        d'aluminium        s'il     rie contient pas de bore.

    



  Dans certains cas, l'alliage de l'invention       peut        également        contenir        0,5        à.        2%        de        titane          out        de        vanadium,        0,5    à     :

  5%        de        niobium        ou        de          tantale,        on        0,5    à     5%        ait        total        d'au        moins          deux    des élément; suivants:     niobium,    titane.  tantale et.     vanadium,    la. teneur en titane et en       vanadium    étant cependant. au plus de     211/o.     



  Les teneurs de     l'alliage    en     molpbdéne    et  en     tun        ,:stène    sont comprises, de préférence,      entre 1 et 5% pour le     molybdène    et entre 0,5  et 5 % pour le tungstène.  



  Lorsque l'alliage est destiné à. être travaillé  à chaud, sa. teneur en carbone doit être infé  rieure à 0,35%. En général, l'alliage contien  dra également de faibles quantités d'impuretés  inévitables.  



  En se tenant     aux    données de composition  indiquées     ci-dessus,    on peut obtenir des alliages  pouvant être aisément forgés, soudés et usi  nés et. dont la résistance mécanique et la stabi  lité à haute température     (648     C.' et plus) sont  excellentes. Des éléments de machines exécu  tés en de tels alliages peuvent travailler sous  de fortes contraintes pendant un temps pro  longé à, 815  C, ou à. des températures un peu  plus élevées pendant de courtes périodes et  sans contrainte excessive.  



  Pour déterminer les qualités d'un matériel  à haute température, on procède dans les con  ditions suivantes à l'essai de rupture. Plu  sieurs échantillons du matériel sont soumis  chacun à un effort de. traction différent à, une  température     déterminée.    Le temps nécessaire  pour que la rupture ait lieu dans ces condi  tions est, relevé. Les valeurs obtenues sont re  portées sur un graphique sous forme d'une  courbe indiquant la contrainte que peut sup  porter le matériel à la température détermi  née et pour un     temps    choisi. On peut ainsi  déterminer la     contrainte    que supporte le ma  tériel pendant un temps     donné,    par exemple  1000 heures, à la température pour laquelle    la courbe a été construite.

   Cet essai donne  des renseignements pratiques sur la. résistance  mécanique du matériel. Il permet aussi de  savoir si le matériel devient fragile après  exposition prolongée à la     température    (le  l'essai. La, rupture d'un matériel     fragile        aura.     lieu sans allongement., celle     d'un        matériel   <B>duc-</B>  tile ne se produira qu'après     grande    déforma  tion.  



  L'essai de contrainte (le rupture effectué  selon les indications     ci-dessus    montre     due    les  alliages     conformes    à     l'invention    possèdent. une  grande résistance mécanique à des tempéra  tures jusqu'à 815  C, et que, même à ces     teni-          pératures    élevées, ils bénéficient. d'une     bonne     ductilité.  



  Le tableau 1 montre la     ^rande        résistance     à haute température que présentent.     de:M     alliages conformes à, l'invention     constituant     des aciers au     chrome-niekel    bonifiés     par    l'ad  dition de     molvbdène,    tungstène,     niobium.     titane et bore.

   Ce tableau indique les résultat:  d'essais de rupture     effectués    avec     cles        éclian-          tillons    sous une contrainte de     traction   <B>01,</B>  1400     kg/cm2    et. à.

       mie    température de<B>815"</B>     !'.     Le temps nécessaire à, la rupture de     l'échan-          tillon,    dans ces     conditions        très        sévùres,    est       indiqué    en     heures.    Les     alliane,#    étaient à l'état  forgé à. l'exception du dernier     qui    était     :i     l'état coulé.  



  La première ligne de la table 1 e     réfère     à un acier     chrome-niekel        courant    dont le  temps de     rupture,    dans des     conditions        ideil-          tiques,    est donné à. titre de     comparaison.     
EMI0002.0056     
  
    <I>Tableau:</I>
<tb>  Composition:

   <SEP> environ <SEP> 1,5% <SEP> Mn <SEP> et <SEP> 0,5% <SEP> Si <SEP> et <SEP> les <SEP> constituants <SEP> indiqués <SEP> Heures
<tb>  ci-dessous, <SEP> le <SEP> solde <SEP> étant <SEP> du <SEP> fer
<tb>  Cr <SEP> % <SEP> Nl <SEP> % <SEP> Mo <SEP> % <SEP> W <SEP> % <SEP> Nh <SEP> % <SEP> E <SEP> % <SEP> C <SEP> iô <SEP> N <SEP>  ,ô <SEP> Divers
<tb>  e18,5 <SEP> 8,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,07 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 0,10
<tb>  19 <SEP> 9 <SEP> 1,3 <SEP> 1,5 <SEP> 0,54 <SEP> 0,61 <SEP> 0,05 <SEP> 0,04 <SEP> 0,1 <SEP> Ti <SEP> 55,5
<tb>  19 <SEP> 9 <SEP> 1,5 <SEP> 1,8 <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> 0,07 <SEP> 0,04 <SEP> 0,2 <SEP> Ti <SEP> 95,5
<tb>  18,5 <SEP> 9 <SEP> 1,25 <SEP> 1,4 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,08 <SEP> 0,04 <SEP> 0,3 <SEP> Ti <SEP> 95
<tb>  18,5 <SEP> 9 <SEP> 1,25 <SEP> 1,4 <SEP> 0,5 <SEP> 0,4 <SEP> -0,08 <SEP> 0,04 <SEP> 0.3Ti <SEP> 55
<tb>  19 <SEP> 9,

  25 <SEP> 1,4 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> 0,07 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 66,5
<tb>  19 <SEP> 24 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 0,48 <SEP> 0,35 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 245
<tb>  * <SEP> Acier <SEP> chrome-nickel <SEP> courant.         Les valeurs indiquées dans le tableau     ci-          dessus    montrent la remarquable amélioration  de la résistance à haute température que pro  voque l'addition de petites quantités de       molybdène,        tungstène,    niobium et titane à,     lui          acier        contenant,

          environ        19%        de        chrome        et          9%        de        nickel.        La        durée        de         vie         de        l'acier,     qui était de 6 minutes à. 815 C et sous  1100     kg/C1112         < l    été portée à plus de 200 heures  par l'addition de ces éléments.  



  Lors de la production des alliages     con-          l'ormes    à l'invention, les proportions     indiquées     doivent, être     observées    avec précision en tenant  compte de la     faeon    dont elles affectent les  qualités de l'alliage et des     exigence,,    requises  par les     applications    auxquelles est- destiné le  matériel.

   Par exemple, si     l'alliage    doit être  coulé, la teneur en carbone peut dépasser  0,350/0, mais s'il doit être travaillé à     chaud.     il est très désirable que sa teneur en carbone       soit        au        plus        de        0,35%        et        de        préférence        ne        dé-          passe        pas        0,2%.     



  De même, les proportions de     molybdène,     tungstène, niobium, tantale, titane, vanadium,  aluminium et bore ne sont pas sans influence  sur l'alliage en ce qui concerne son aptitude  à être travaillé à. chaud et soudé. Les alliages  dans les limites de composition données peu  vent être soudés couramment par les méthodes  communes de soudure, par exemple arc élec  trique, soudure     oxyacétylénique    avec métal  d'apport ou par contact. Les soudures obte  nues sont saines et résistantes: elles gardent  leur résistance jusqu'à température élevée,  sans que la fragilité de la soudure elle-même  ou du métal des environs ne soit augmentée.

    Cependant, si la proportion d'un de ces élé  ments est. trop élevée, la résistance des     son-          dures    est affectée et diminue à haute tempé  rature.  



  La     présence    d'azote dans l'alliage, dans les  limites indiquées, est. importante, l'azote ayant  une action favorable sur la stabilité de       l'alliage    à haute température.  



  Les alliages conformes à     l'invention    peu  vent être travaillés à chaud, usinés, soudés et  coulés, et possèdent une grande résistance  mécanique aux températures jusqu'à environ    815  C, ils sont donc particulièrement indi  qués pour la fabrication d'articles tels que:  éléments de     surcompresseurs,    turbines à gaz,  réacteurs et autres appareils devant supporter  de fortes contraintes mécaniques à haute tem  pérature. Le fait qu'ils ne deviennent pas fra  giles après exposition prolongée à hautes tem  pératures les rend particulièrement indiqués  pour les appareils dont la sûreté de marche  est essentielle.

Claims

REVENDICATION Alliage présentant une grande résistance mécanique à température élevée, caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 10 à 300/0 de chrome, de 2 à 40% de nickel, de 0,5 à 7,5% de molybdène, de 0,5 à. 10% de tungs- tène,

au moins un métal du groupe III de la table périodique des éléments, la teneur de l'alliage en ce ou en ces métaux étant com prise entre 0,1 et 3%, du manganèse, en pro portion n'excédant pas 2%, du silicium, en proportion n'excédant, pas 1%, du carbone, en proportion n'excédant pas 1.0/0, de l'azote, en proportion n'excédant pas 0,25%,

et du fer. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal du groupe III de la table périodique des élé ments, du bore, en proportion n'excédant pas 0,7%. 2. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal du groupe III de la table périodique des éléments, de l'aluminium, en proportion d'au moins 0,5%. 3.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux du groupe III de la table périodique des élé ments, du bore et de l'aluminium, la teneur en bore n'excédant pas 0,7%. 4. Alliage selon la revendication, caracté- risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 5% de niobium. 5.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 50/0 de tantale. 6. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 2 0/0 de titane. 7. Alliage selon la revendication, caracté- risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 2 % de vanadium.

8. Alliage selon la revendication, caracté- risé en ce qu'il.. contient en outre 0,5 à 5% au total (le niobium et de tantale. 9. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, en outre 0,5 à. 5 0/0 au total de niobium et de titane, la teneur err titane n'excédant pas 2%. 10.

Alliage selon la. revendication, caracté risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à. 5 0/0 au total de niobium et de vanadium, la teneur en vanadium n'excédant pas 2%. 11. Alliage selon la revendication, cara eté- ris6 en ce qu'il contient en outre 0,5 à, 5% au total de tantale et de titane,

la teneur en titane n'excédant pas \.3%. 12. Alliage selon la. revendication, caracté risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 5 0/0 au total de tantale et de vanadium, la teneur en vanadium n'excédant pas 21/o. 13.

Alliage selon la revendication, caracté- risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 4% au total de titane et de vanadium, la teneur en chacun de ceux-ci n'excédant pas 2%. 14.

Alliage selon la revendication, caractc- r isé en ce qu'il_ conl fient E .n outre 0,5 à<B>50A</B> au total de niobium, de titane et de vanadiiinr. la teneur en titane ainsi ,que celle en. iarr@i- diunr n'excédant pas '_'%. 7.5.

Alliage selon la revendicatioir, caraetê- ris6 en ce qu'il contient e rr outre 0,:i â .-5 0/0 au total de niobium, de titane et de tantale, la teneur en titane n'excédant pas 2 0/0.

16. Alliage selon la revendication, earaeté- risé en ce qu'il contient cri outre 0,5 à. 50/0 au total de niobium, de tantale et (le vana- dium, la teneur en vanadium n'excédant pas 2%. 17.

Alliage selon la revendication, caracté- risé en ce qu'il contient en outre 0,5 à 5% au total de titane, de tantale et rle vanaîli rn, la teneur en titane a.irisi que celle en vana- diunr n'encédant pas 211/o. 18.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient tri mitre 0,5 à 50!0 au total de niobiirrri, de titane, de tantale el de vanadium, la teneur en titane ainçi qrie celle en vanadium n'excédant pas ?%. 19.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il. contient du carbone en pro- portion n'excédant pas 0,35%.