CH313819A - Alliage propre à la fabrication d'articles ou parties d'articles destinés à être soumis, lors de leur emploi, à des efforts prolongés à des températures élevées, procédé de préparation d'un tel alliage, et utilisation de celui-ci à la fabrication desdits articles ou parties d'articles - Google Patents

Description

  Alliage propre à la     fabrication        d'articles    ou     parties    d'articles  destinés à être soumis, lors de leur emploi, à des     efforts    prolongés  à des températures élevées, procédé de préparation d'un tel alliage,  et utilisation de celui-ci à la     fabrication    desdits articles ou parties     d'articles       Il est bien connu que des alliages formés  de façon     prédominante    de nickel et de chrome,  ou de nickel, cobalt et chrome, et contenant  de l'aluminium et du titane,

   possèdent des  propriétés de résistance à la chaleur et au       fluage    assez élevées pour les rendre propres  à former des aubes de turbines à gaz ou autres  articles ou parties d'articles soumis à des ef  forts importants à de hautes températures. Il  est aussi connu que le titane et l'aluminium  forment une phase     précipitable    consistant en  un complexe     nickel-aluminium-titane,    et que  la résistance au     fluage    dépend de la précipi  tation de cette phase à partir de la solution  solide. D'autres éléments ont été proposés  comme constituants de ces alliages, parmi les  quels le zirconium et le bore. Le bore a été  considéré principalement comme addition  convenable en vue de la désoxydation et de la  purification.

   En fait, jusqu'à présent, les allia  ges contenant du bore ont été trouvés non  forgeables, de sorte qu'on a dû prendre  toujours des précautions pour assurer que  les alliages façonnés soient exempts de  bore.  



  Nous avons maintenant trouvé que si ces    alliages contiennent aussi du zirconium et du  bore ensemble, en quantités critiques; la résis  tance au     fluage    est sensiblement augmentée.  Le bore est un élément fortement réactif, de  sorte qu'il est d'ordinaire ajouté à     l'alliage     fondu après désoxydation de celui-ci par un  élément autre que le bore, en vue d'assurer  qu'il reste dans l'alliage en une proportion  comprise dans les     limites    critiques. Si l'on  ajoutait le bore plus tôt, il prendrait part à la  désoxydation, et quoique des traces puissent  en rester dans l'alliage, la proportion ne pour  rait être contrôlée. Le zirconium est aussi ré  actif mais pas à un même degré que le bore ;  il est aussi de préférence ajouté après désoxy  dation.  



  La proportion critique pour le bore est de  0,001 à 0,01 0/0, et pour le zirconium, de 0,01  à 0,2 0/0.  



  Basée sur les constatations ci-dessus, la  présente invention comprend un alliage con  tenant de 4 à 30 0/0 de chrome, au moins       40        %        d'au        moins        un        métal        du        groupe        cobalt-          nickel,        0,5    à 8     %        de        titane,        0,3    à 8     %        d'alu-          minium,        0,

  01    à     0,2        %        de        zirconium        et        0,001     à     0,01        %        de        bore.        Cet        alliage        peut        encore         contenir, si désiré, du fer jusqu'à 40 0/0, du  carbone jusqu'à 0,5 0/0, du molybdène jus  qu'à 20 0/0, du tungstène jusqu'à 5 0/0, du  manganèse jusqu'à 1 0/0,

   du     silicium    jusqu'à  2     %        et        du        niobium        ou        du        tantale,        ou        les          deux        jusqu'à    1     %.        Il        peut    y     avoir        encore        de     très faibles quantités d'impuretés ou de  désoxydants résiduaires.

   Le titane et l'alumi  nium ont pour but de pourvoir à une phase       précipitable    produisant une amélioration des  propriétés de résistance au     fluage.     



  Comme métal du groupe cobalt-nickel,  l'alliage peut ne contenir que du nickel ; il  peut aussi     contenir    ces deux métaux, le cobalt  étant alors en une     quantité    ne dépassant pas       55%.     



  L'invention comprend aussi un procédé de  préparation de l'alliage ci-dessus, caractérisé  en ce que le bore est ajouté à un alliage formé  d'une partie au moins des autres éléments que  doit contenir l'alliage final après désoxydation  de cet alliage intermédiaire par un élément  autre que le bore, le bore étant ajouté en une  quantité suffisante pour qu'il y en ait 0,001 à       0,01        %        dans        l'alliage        final.     



  L'invention comprend encore une utilisa  tion de l'alliage à la fabrication d'articles ou  parties d'articles destinés à être soumis, lors  de leur emploi, à des efforts prolongés à des  températures élevées, après traitement thermi  que de durcissement par précipitation d'une  phase de l'alliage.  



  La détermination de faibles quantités de  bore et de zirconium par les méthodes ordi  naires d'analyse chimique constituant un pro  cédé difficile et imprécis, il est opportun de  spécifier la méthode selon laquelle les pour  centages indiqués de bore et de zirconium ont  été constatés. On a employé des méthodes  spectrographiques, des alliages standard à te  neurs définies de bore et de zirconium étant  utilisés comme bases de comparaison.

   Ces al  liages standard sont préparés synthétiquement,  et comme il se produit une perte indéterminée  de bore et de zirconium durant cette syn  thèse, les alliages résultants ne peuvent être  considérés comme   standards absolus      ,    mais  seulement comme   standards relatifs      ,    et    c'est à partir de ces standards que les pour  centages donnés ici sont déterminés.

   La mé  thode de préparation d'un tel alliage standard  comprend d'abord la fusion d'un alliage     inter-          médiaire        contenant    1     %        de        zirconium,        0,12        0/0     de bore, le reste étant du     nickel,    cette fusion  étant effectuée par chauffage par induction à  haute fréquence des ingrédients     spectrographi-          quement    purs, dans un creuset revêtu d'alu  mine avec une atmosphère d'hydrogène et à  une pression de 1-2 cm de mercure.

   Des quan  tités prédéterminées de l'alliage ainsi préparé  sont alors ajoutées, par le même procédé de  fusion, à des bains d'alliages complexes     nickel-          chrome    du type en question, en formant ainsi  des alliages standard d'une série de composi  tions nominales, avec lesquels tout autre       alliage    peut être comparé     spectrographi-          quement.     



  La désoxydation préliminaire peut être ef  fectuée de toute manière convenable. Les  désoxydants ordinaires pour des alliages du  genre en question sont le calcium, le siliciure  de calcium et le magnésium, et l'un quelcon  que de ceux-ci peut être employé.  



  Le bore peut être ajouté sous toute  forme commode ; le manganèse-bore,     con-          tenant        25        %        de        bore,        convient        particuliè-          rement.     



  Il est bien connu que les alliages du genre  en question ne manifestent de bonnes proprié  tés de résistance au     fluage    qu'après traitement  par la chaleur. Dans la fabrication d'articles  ou parties d'articles en ces alliages, ceux-ci  sont donc traités de façon appropriée par la  chaleur, ce traitement variant avec la compo  sition (en particulier les teneurs en cobalt et  en carbone).  



  En vue de montrer la nature critique des  teneurs en bore et zirconium, on indiquera  maintenant les propriétés de     fluage    obtenues  avec divers alliages. Dans chacune des tables  qui suivent, les alliages étaient de même com  position nominale, sauf en ce qui concerne les  teneurs en bore et zirconium, et tous les allia  ges dans chaque table avaient été soumis au  même traitement par la chaleur, approprié  dans chaque cas, à la composition nominale.

      
EMI0003.0001     
  
    <I>TABLE <SEP> 1</I>
<tb>  Composition <SEP> nominale <SEP> : <SEP> 10 <SEP>  /o <SEP> Cr, <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Co, <SEP> 4 <SEP>  /o <SEP> Ti, <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Al, <SEP> 0,1 <SEP>  /o <SEP> C, <SEP> le <SEP> reste <SEP> étant <SEP> du <SEP> Ni.
<tb>  <I>Propriétés <SEP> de <SEP> fluage, <SEP> sous <SEP> 1416 <SEP> kg <SEP> par <SEP> cm2, <SEP> à <SEP> 8700 <SEP> C</I>
<tb>  <I>' <SEP> Vitesse <SEP> minimum <SEP> Temps <SEP> jusqu'au <SEP> Temps <SEP> jusqu'à</I>
<tb>   /o <SEP> B <SEP> % <SEP> Zr <SEP> <I>du <SEP> fluage <SEP> fluage <SEP> tertiaire <SEP> rupture</I>
<tb>  <I>en <SEP> '/o <SEP> / <SEP> heure <SEP> (en <SEP> heures) <SEP> (heures)

  </I>
<tb>  0 <SEP> 0 <SEP> 0.0038 <SEP> - <SEP> 135
<tb>  0.0014 <SEP> 0 <SEP> 0.0018 <SEP> 199 <SEP> <B>238</B>
<tb>  0 <SEP> 0.052 <SEP> 0.0036 <SEP> 100 <SEP> 171
<tb>  0.0015 <SEP> 0.102 <SEP> 0.0012 <SEP> 206 <SEP> 296     
EMI0003.0002     
  
    <I>TABLE <SEP> 2</I>
<tb>  Composition <SEP> nominale <SEP> :

   <SEP> 20 <SEP>  /o <SEP> Cr, <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Co, <SEP> 3 <SEP>  /o <SEP> Ti, <SEP> 1,8 <SEP> % <SEP> Al, <SEP> 0,1 <SEP>  /o <SEP> C, <SEP> le <SEP> reste <SEP> étant <SEP> du
<tb>  nickel.
<tb>  <I>Propriétés <SEP> de <SEP> fluage <SEP> sous <SEP> 1416 <SEP> kg <SEP> par <SEP> cm2, <SEP> à <SEP> 8701, <SEP> C</I>
<tb>  <I>Vitesse <SEP> minimum <SEP> Temps <SEP> jusqu'au <SEP> Temps <SEP> jusqu'à</I>
<tb>  % <SEP> B <SEP> <I> /o <SEP> Zr <SEP> du <SEP> fluage <SEP> fluage <SEP> tertiaire <SEP> rupture</I>
<tb>  <I>en <SEP> '/o <SEP> / <SEP> heure <SEP> (en <SEP> heures) <SEP> (heures)

  </I>
<tb>  0 <SEP> 0 <SEP> 0.0023 <SEP> 64 <SEP> 80
<tb>  0.005 <SEP> 0 <SEP> 0.0030 <SEP> 76 <SEP> 162
<tb>  0 <SEP> 0.096 <SEP> 0.0042 <SEP> 90 <SEP> 125
<tb>  0.003 <SEP> 0.090 <SEP> 0.0012 <SEP> 150 <SEP> 219     
EMI0003.0003     
  
    <I>TABLE <SEP> 3</I>
<tb>  Composition <SEP> nominale <SEP> :

   <SEP> 20 <SEP>  /o <SEP> Cr, <SEP> 2,5 <SEP>  /o <SEP> Ti, <SEP> 1,3 <SEP> % <SEP> Al, <SEP> 0,05 <SEP> % <SEP> C, <SEP> le <SEP> reste <SEP> étant <SEP> du <SEP> nickel.
<tb>  <I>Propriétés <SEP> de <SEP> fluage <SEP> sous <SEP> 2675 <SEP> kg <SEP> par <SEP> cm2, <SEP> à <SEP> 7500 <SEP> C</I>
<tb>  <I>Vitesse <SEP> minimum <SEP> Temps <SEP> jusqu'au <SEP> Temps <SEP> jusqu'à</I>
<tb>  <I> /o <SEP> B <SEP>  /o <SEP> Zr <SEP> du <SEP> fluage <SEP> fluage <SEP> tertiaire <SEP> rupture</I>
<tb>  <I>en <SEP>  /o <SEP> / <SEP> heure <SEP> (en <SEP> heures) <SEP> (heures)</I>
<tb>  0 <SEP> 0 <SEP> 0.0059 <SEP> 24 <SEP> 29
<tb>  0.005 <SEP> 0 <SEP> 0.0035 <SEP> 41 <SEP> 53
<tb>  0 <SEP> 0.1 <SEP> 0.0035 <SEP> 47 <SEP> 67
<tb>  0.005 <SEP> 0.1 <SEP> 0.0035 <SEP> 50 <SEP> 100       Si la teneur en bore dépassait 0,01 %, ou si la teneur en zirconium dépassait 0,2 0/0,

   on  rencontrerait des difficultés     dans    le façonnage à chaud de ces     alliages    ; en particulier, ils ten  draient à se briser lorsqu'on les forge.

Claims (1)

1. REVENDICATION I Alliage propre à la fabrication d'articles ou parties d'articles destinés à être soumis, lors de leur emploi, à des efforts prolongés à s des températures élevées, caractérisé en ce qu'il contient 4 à 30 % de chrome,

   au moins 40 % d'au moins un métal du groupe cobalt- nickel, 0,5 à 8 % de titane, 0,3 à 8 % d'alu- minium, 0,

   01 à 0,2 % de zirconium et 0,001 io à 0,01 % de bore. SOUS-REVENDICATIONS 1. Alliage selon la revendication I, conte nant seulement du nickel comme métal du groupe cobalt-nickel. 1s 2. Alliage selon la revendication I, conte nant les deux métaux du groupe cobalt-nickel, le cobalt étant en une quantité ne dépassant pas 55 %. 3.

   Alliage selon la revendication I, conte- 20 riant encore du fer, jusqu'à 40 0/0. REVENDICATION II Procédé de préparation de l'alliage selon la revendication I, caractérisé en ce que le bore est ajouté à un alliage formé d'une par tie au moins des autres éléments que doit con- 2s tenir l'alliage final après désoxydation de cet alliage intermédiaire par un élément autre que le bore, le bore étant ajouté en une quantité suffisante pour qu'il y en ait 0,001 à 0,01 dans l'alliage final. 30 SOUS-REVENDICATION 4.

   Procédé selon la revendication II, dans lequel le bore et le zirconium sont ajoutés à l'alliage des autres éléments après que cet al liage a été désoxydé. 3s REVENDICATION III Utilisation de l'alliage selon la revendica tion I pour la fabrication d'articles ou parties d'articles destinés à être soumis, lors de leur emploi, à des efforts prolongés à des tempéra- 40 tures élevées, après traitement thermique de durcissement par précipitation d'une phase de l'alliage.