CH272004A - Pièce métallique fondue et procédé pour sa fabrication. - Google Patents

Description

  Pièce métallique fondue et procédé pour sa fabrication.    Pour les pièces     métalliques    fondues desti  nées à être utilisées à des températures éle  vées, particulièrement comme parties de tur  bines à gaz, de moteurs à propulsion, de     sur-          compresseurs    d'échappement, etc., on re  cherche une haute résistance au fluage et à  l'oxydation et une haute résistance à la rup  ture, associées à l'aptitude à donner lieu à  une déformation plastique importante sous  des     surcharges    temporaires, qualités qui sont  mises en évidence par l'allongement à la rup  ture dans les     essais    de fluage.

   Lorsqu'une ma  tière présente une bonne résistance à la rup  ture, aux hautes températures, il ne s'ensuit  pas     nécessairement    qu'elle possède une bonne  résistance au fluage sous les faibles efforts  rencontrés     normalement    lorsqu'elle est en ser  vice, mais comme les deux propriétés sont  nécessaires, l'absence de l'une d'entre elles  compromet l'utilité de la matière.  



       Ires    pièces métalliques moulées devant être  soumises à des efforts à de hautes tempéra  tures étaient faites ordinairement en certains  alliages standard à base de fer, tels que ceux       comprenant        environ        25        %        de        chrome,        12        0lo        de          nickel        et        0,

  35        %        de        carbone.        Ces        alliages        s'étant     en général révélés inaptes à fournir     des    pièces       présentant    la combinaison désirée de proprié  tés, on a proposé récemment de former les  pièces du type en cause avec des     alliages     fondus à haute teneur en nickel.  



  Il a été     constaté    que des propriétés excep-         tionnellement    bonnes peuvent. être obtenues à  l'aide d'alliages contenant des proportions dé  terminées de nickel, de chrome et de fer en  tant qu'éléments de base, et de petites quan  tités d'un     certain    nombre .d'éléments d'alliage,  et que ces alliages peuvent être facilement  traités à chaud pour assurer des propriétés à  haute température qui sont, supérieures à       celles    obtenues avec les alliages fondus d'un  prix comparable utilisés jusqu'ici.  



  La présente invention se rapporte: à une  pièce métallique fondue, faite en un alliage       qui        contient        de        45    à     55        %        de        nickel,        de        17    à       23        %        de        chrome,        de        0,25    à     10lo        de        niobium,

            de        0,05    à     0,5        %        de        titane,        de        0,01    à     0,04        %          de        calcium        et        de        0,3    à     0,6%        de        carbone,        le     solde étant     pratiquement    tout du fer.

   Cet  alliage peut évidemment contenir encore d'au  tres éléments, le plus souvent sous forme  d'impuretés, pour autant que les proportions  de ces autres éléments soient suffisamment       faibles    pour ne pas affecter défavorablement  les propriétés     cherchées.    Une telle pièce mé  tallique, lorsqu'elle a été soumise à un traite  ment     thermique    approprié, présente à un haut  degré     l'ensemble    de propriétés     susmentionné.     



  La teneur en chrome est importante, car  elle confère la résistance optimum à l'oxyda  tion dans un     domaine,    de température com  pris entre 700 et 815  C, et elle est de pré  férence de 19 à 210/0. La meilleure combinai-      son     des    propriétés de résistance au fluage, de  résistance à la rupture et d'allongement à la       rupture    est obtenue quand la teneur en nickel  est de 48 à 52 0/0.

   La manière dont     certaines          s    propriétés varient avec la     teneur    en nickel est  montrée dans la table suivante, qui donne les    résultats obtenus avec des alliages soumis aux  mêmes traitements thermiques, les alliages  <B><I>NI,</I></B> 1 et 3, dont la teneur en nickel est     respec-          tivememt    au-dessous et     au-dessus    des limites  spécifiées; étant donnés à titre de comparai  son.

    
EMI0002.0009     
  
     Une teneur en nickel supérieure à 55% a  pour effet non seulement de réduire la charge  -de rupture à une valeur inférieure à celle qui  est désirable pour un service à haute tempé  rature, mais encore d'abaisser la     résistance    au  fluage. Une teneur en nickel inférieure à  45 010, bien que compatible avec une bonne  résistance à la rupture, entraîne     néanmoins     un     allongieiment    faible quand la rupture se  produit pour cause de fluage.  



  Une variation de la teneur en carbone  dans les     limites.    spécifiées n'a que très peu  d'effet sur les propriétés,     pourvu    que les élé  ments de l'alliage soient présents dans les pro  portions fixées. Au-dessus     dei    la limite supé  rieure de     0,6 /o    de carbone, les alliages ten-    dent à être cassants, tandis qu'au-dessous de       0,3%        de        .carbone,

          la        charge        de        rupture        est          inférieure    à la valeur désirable pour un ser  vice à haute température. Il est préférable       d'assurer    une teneur en carbone de 0,4 à  0,55%.  



  Pour obtenir la plus grande déformation  plastique du métal avant la rupture par trac  tion, les teneurs en titane, niobium et cal  cium sont     importantes.    Cela apparaît nette  ment en comparant le grand     allongement    à la  rupture de l'alliage N  2 de la table précé  dente avec l'allongement d'un ordre inférieur  d'alliages exempts d'un ou de deux de ces élé  ments, indiqués ci-dessous  
EMI0002.0029     
  
     En ce qui concerne     maintenant    la     teneur     en     calciiun,    on a trouvé que pour la     teneur     de 0,

  010  /o     il    se     produit    une forte     augmen-          tation    soudaine et inattendue de l'allongement  à la rupture des     alliages,        qui    est particulière  ment perceptible à     environ    0,025 /o de cal-         cium    et s'étend jusqu'à 0,04  /o.

   Les valeurs  données ci-dessous montrent les     effets    de la  présence de calcium en quantités variant de       zéro    à     0;036        %,        dans        des        alliages        qui        sont        tous     malléables à chaud.

      
EMI0003.0001     
  
     La teneur en calcium préférée est de 0,02  à     0,030/0,        celle        en        niobium        0,4    à     0,8%        et        celle     en titane 0,2 à 0,3 0/0.  



  L'invention permet, d'obtenir un grand  avantage en ce sens que les pièces fondues à  partir d'un alliage de la composition spéci  fiée présentent une heureuse combinaison de  propriétés, bien qu'une haute valeur de la  résistance au fluage ne soit obtenue seule  ment que si la pièce est, traitée     thermique-          ment    d'une manière appropriée. Un traite  ment thermique ayant donné     d'excellents    ré  sultats consiste à chauffer la pièce coulée  pour faire passer le on les constituants de  durcissement en solution solide, à une tempé  rature d'au moins 1200  C, à la refroidir  rapidement     au-dessous    de 815  C et à la sou  mettre à un durcissement par vieillissement  entre 700 et 870  C.

   La pièce fondue est de  préférence soumise à deux traitements de dur  cissement par vieillissement, le second à une  température plus élevée que le premier. Pour  la plupart des alliages, un second traitement.  de vieillissement à une température     plats     élevée que le premier efface tous les effets  (lu premier vieillissement, et le résultat  final est. le même que si la plus haute tem  pérature a été seule utilisée. Pour les alliages  utilisés pour réaliser l'invention cependant,  on a constaté que le vieillissement à une  température donnée, suivi d'un vieillissement  à une température plus élevée, produit en  permanence une dureté améliorée qui ne peut  pas être obtenue par un vieillissement à la  température supérieure seulement.

   On a    constaté qu'un traitement consistant en un  chauffage à environ 1250  C pour faire pas  ser le ou les constituants de durcissement en  solution solide, et en une trempe à l'eau,  suivis d'un vieillissement à environ 7000 C  pendant environ 12 heures, et finalement  d'un vieillissement à environ 815  C pendant  environ 18 heures, est particulièrement effi  cace en diminuant l'importance du premier  stade de fluage. Cependant, les pièces fon  dues présentent, déjà après un seul traite  ment de vieillissement, les propriétés dési  rées et sont approximativement de même va  leur, sous     presque    tous les rapports, à celles  qui ont subi un double traitement de vieillis  sement.

   Il. suffit, pour s'assurer le plein  avantage des propriétés propres aux alliages  utilisés pour réaliser l'invention, que la pièce  fondue ait subi un traitement thermique ame  nant la précipitation, sous une forme forte  ment dispersée, d'une phase que l'on suppose  être en grande partie des carbures complexes.  Un des avantages saillants des pièces coulées  en lesdits alliages, même     lorsqu'elles    sont  grandes et de forme compliquée, est. leur  aptitude à subir un traitement à haute tem  pérature faisant passer le ou les constituants  de durcissement en solution solide, sans subir  de dommage. Un tel traitement, appliqué à  une pièce fondue ordinaire résistante à la     eha-          leur,    entraînerait une fragilité qui rendrait  la pièce impropre à L'usage.

   Au contraire, il  est possible de soumettre des pièces fondues  conformes à l'invention de toutes formes et  de toutes dimensions à  < les traitements éner-      gigues à haute température, traitements ayant  pour but de faire passer en solution solide  le ou les constituants de durcissement.  



  Cette aptitude à subir sans     dommage    un  tel chauffage est importante car, sans un  traitement thermique approprié, le taux de  fluage est égal à cent fois celui de la ma  tière traitée     thermiquement    pour un effort       qui        produit        un        fluage        de        1%        en        100000          heures    dans la matière traitée     thermiauement.  

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Pièce métallique fondue, .caractérisée en ce qu'elle est formée d'un alliage conte- nant de 45 à 55 % de nickel, de 17 à 23 % de chrome, de 0,25 à 1% de niobium,

   de 0,05 à, 0,5% de titane, de 0,01 à 0,04% de calcium et de 0,3 à 0,611/o de carbone, pratiquement tout le solde étant du fer. II.

   Procédé pour da fabrication de la pièce fondue selon la revendication I, carac térisé en ce que l'on .coule la pièce en un alliage de la composition susdite, en ce que l'on chauffe cette pièce à une température d'au moins 1200 C, en vue de faire passer le ou les constituants de durcissement en solu tion solide, en ce qu'on la refroidit ensuite rapidement en dessous de 815 C et en ce qu'on la soumet à un traitement de durcisse ment par vieillissement entre 700 et 870 C. SOUS-REVENDICATIONS 1. Pièce selon la revendication I, dans la quelle la teneur en calcium de l'alliage est de 0,02 à 0,03 0/0. 2.

   Pièce selon la revendication I, caracté risée en ce qu'elle est faite d'un alliage con- tenant de 48 à 52 % de nickel, de 19 à 21% de chrome, de 0,4 à 0,8 % de niobium,

   de 0,2 à 0,3 % de titane, de 0,02 -à 0,03 % de calcium et de 0,40 à 0,55 % de carbone,

   pra- tiquement tout le solde étant du fer. 3. Procédé selon la revendication II, ca ractérise, .en ce que la pièce fondue est sou mise à deux traitements de durcissement par vieillissement, le second étant fait à une tem pérature plus élevée que le premier.