CH320441A

CH320441A - Procédé de traitement par la chaleur d'articles en alliage nickel-chrome-cobalt

Info

Publication number: CH320441A
Authority: CH
Inventors: Betteridge Walter; William Franklin Arthur; Alfred Smith Ronald
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1952-07-09
Filing date: 1953-07-08
Publication date: 1957-03-31

Description


  Procédé de traitement par la chaleur     d'articles    en     alliage        nickel-chrome-cobalt       Il est bien connu que les alliages avec les  quels on forme des articles ou des parties des  tinés à être soumis à des efforts prolongés à  de hautes températures doivent non seulement  posséder de la résistance à la corrosion aux  hautes températures, et de bonnes propriétés  mécaniques générales, mais encore doivent pos  séder, de par leur nature, de la résistance au  fluage.

   Les alliages usuellement employés dans  ces cas sont du genre dans lequel le constituant  principal est du nickel ou du nickel     -f-    cobalt,  et qui contient aussi du chrome, de l'alumi  nium et du titane, ces deux derniers éléments  formant une phase     précipitable    avec un peu de  nickel. La composition précise de ces alliages  varie avec les conditions dans lesquelles ils doi  vent être employés, et les propriétés requises  dans ces conditions. En particulier, la tempé  rature de l'emploi est importante, et lorsqu'il  est nécessaire d'avoir une bonne résistance au       fluage    à hautes températures de service, par  exemple 750 à     850     C, on utilise des alliages  contenant du cobalt, malgré le prix élevé de ce  dernier.

   La composition préférée des alliages  employés jusqu'à présent pour des     températu-          res        de        service        élevées        est    :

       de        18    à     21        %        de          chrome,        de        15    à     21        %        de        cobalt,        de        1,8    à         2,7        %        de        titane,        de        0,8    à     1,

  8        %        d'aluminium,          de    0 à     0,10        %        de        carbone,        de    0 à     1,0,%        de          manganèse,        de    0 à     1,5        %        de        silicium,        de    0 à  5     %        de        fer,

          le        reste        étant        du        nickel,    à     l'excep-          tion    des désoxydants     résiduaires,    tels que le  magnésium et le calcium, et des impuretés.  



  Pour développer de bonnes propriétés  quant au     fluage,    ces alliages sont soumis à un  traitement par la chaleur ; le traitement appli  qué jusqu'à présent comprenait un     chauffage     de l'alliage pendant 8 à 12 heures à 1050 C   11800 C, un refroidissement à l'air, et un  chauffage subséquent pendant 12 à 16 heures  à environ 700  C pour provoquer un durcisse  ment par précipitation, ou vieillissement.  



  L'invention est basée sur la constatation  qu'il est possible, en modifiant le traitement  par la chaleur,     d'améliorer    les propriétés d'ar  ticles fabriqués en     alliages    à base de nickel, de  chrome et de cobalt.  



  Elle concerne un procédé pour le traite  ment par la chaleur d'articles fabriqués en un       alliage        contenant        de        15    à     25        %        de        chrome,        de     5 à     40        %        de        cobalt,        de        1,5    à     2,5        %        d'alumi-          nium,

          de        2,8    à 4     %        de        titane,        du        nickel,        des     désoxydants résiduaires et des impuretés, ca  ractérisé en ce qu'il comprend un chauffage           initial    à une température de<B>1150</B> à     1250     C,  la durée de ce chauffage étant de 1/2 heure à  12 heures à 11500 C et de 1/4 à 4 heures à  12500 C, avec durées intermédiaires à des tem  pératures intermédiaires, les durées minimum  et maximum susdites variant     linéairement    de  1150 C à     1250o    C,

   un traitement intermé  diaire par la chaleur d'au moins 4 heures à  une température de 1000 à     11000C,    et fina  lement un traitement de durcissement par pré  cipitation.  



  Attendu que, même avec des alliages d'une  même composition nominale, les propriétés des  articles obtenus varient d'une coulée à l'autre,  les propriétés d'un article traité conformément  à l'invention peuvent n'être pas aussi bonnes  que celles d'un autre article qui a été soumis  au traitement usuel par la chaleur ; cependant,  pour tout alliage donné, les propriétés de l'ar  ticle seront améliorées.  



  La durée du traitement de durcissement  peut être de 16 heures à 7000 C. Entre le chauf  fage initial et le     chauffage    intermédiaire, et  entre ce dernier et le chauffage pour durcisse  ment par précipitation,     l'alliage    peut être re  froidi à l'air ou à toute autre vitesse convena  ble ; cependant, ces traitements par la chaleur  peuvent se suivre directement l'un l'autre sans  refroidissement intermédiaire quelconque. La  durée du     chauffage    initial ou de dissolution  varie avec la température parce que, à mesure  que cette température s'élève, la quantité de  matière de déchet qui se forme en surface de  vient excessive si l'on prolonge le     chauffage.     



  Lors de la fabrication d'articles en     alliages     du genre en question, on applique usuellement  des phases de travail à chaud, et celles-ci peu  vent comprendre un     chauffage    de l'alliage à  une température entre 1150 et     1250o    C. Ce  travail laisse l'alliage     dans    un état de tension,  et ce     chauffage    n'est pas     équivalent    au chauf  fage initial de dissolution     appliqué    dans le pré  sent procédé, en ce qui concerne la mise de       l'alliage    à l'état physique désiré.

   Lorsque le       chauffage    de dissolution que comprend le pro  cédé selon l'invention a été effectué, il ne doit  pas y avoir de distorsion de     l'alliage,        cependant     un simple usinage est permis. Il en résulte que    l'alliage doit avoir été amené à la forme de  l'article avant d'appliquer le chauffage de dis  solution. Par l'expression   article  , on entend  cependant englober non seulement un produit  ou une partie terminés (par exemple une aube  de turbine), mais aussi une barre, une bande,  une pièce forgée ou estampée, à partir desquel  les un article peut être usiné.  



  Les alliages auxquels le procédé de traite  ment par la chaleur selon l'invention est     appli-          qué        peuvent        contenir        de        15    à     25        %        de        chrome,     5 à     40        %        de        cobalt,    0 à     0,2        %        de        carbone,          1,5    à     2,

  5        %        d'aluminium,        2,8    à 4     %        de        titane,     0 à     10        %        de        fer,    0 à     1,0        %        de        manganèse,    0  à     1,5        %        de        silicium,    0 à     5,%        de        molybdène,

       0 à 5     %        de        tungstène,    0 à 1     %        en        tout        de          niobium        ou        de        tantale        ou        des        deux,    0 à     0,2        %          de        zirconium,        et    0 à     0,

  01        %        de        bore,        le        reste     étant du nickel, à l'exception des désoxydants  résiduaires et des impuretés. On remarquera  que les teneurs en aluminium et titane sont  plus élevées que ce n'est usuel. La raison en  est que, aux hautes températures de service,  c'est-à-dire au-dessus de 8150 C, la quantité du  complexe durcissant formé par précipitation,  constitué de nickel, d'aluminium et de     titane,     qui peut précipiter, n'est pas suffisante lorsque  les teneurs en aluminium et titane sont celles  usuelles indiquées précédemment du fait que,  à ces hautes températures, l'alliage retiendra  en solution davantage de ce complexe.

   Il est  donc désirable d'augmenter ces deux teneurs.  De préférence, la teneur en titane est de 2,8 à       3,2        %        et        celle        en        aluminium        de        1,5    à 2     0/0.     Des articles fabriqués en alliages ayant de tel  les teneurs peuvent être employés à des tem  pératures de service de l'ordre de     8700    C.  



  De préférence, les alliages ne diffèrent de  ceux actuellement en usage (tels qu'indiqués     ci-          dessus)    que par leurs teneurs augmentées en  aluminium et titane et par la présence de très  faibles quantités de zirconium et de bore.  



  Le perfectionnement résultant de l'inven  tion, en comparaison avec les propriétés obte  nues par le traitement usuel par la chaleur en  deux étapes dont il est parlé précédemment, est  illustré par les résultats d'essais sur des alliages           de        composition        nominale    :

       20,0        %        de        chrome,          17,0        %        de        cobalt,        2,92        %        de        titane,        1,93        %          d'aluminium        et        0,08        %        de        carbone,

          le        reste     étant du nickel, des désoxydants résiduaires et  des impuretés ; ces alliages ont été essayés sous  une tension de 1420     kg/cm2,    à 8700 C. Des  spécimens de chaque alliage ont été soumis à  un chauffage initial à 1080 C pendant 8 heu  res, refroidis à l'air, puis chauffés pendant 16  heures à     700o,    c'est-à-dire ont été soumis au  traitement usuel jusqu'à présent ;

   d'autres spé-         cimens    de chaque alliage ont été chauffés pen  dant 1 1/2 heure à 1200 , transférés dans un  autre four et maintenus dans celui-ci pendant  8 heures à     1080()    C, refroidis à l'air, puis chauf  fés pendant 16 heures à 7000 C, c'est-à-dire  ont été traités conformément à l'invention.     Les     résultats obtenus sont indiqués dans la table 1  ci-dessous qui donne les compositions réelles  des alliages telles que déterminées par analyse  (abstraction faite des désoxydants et impure  tés)  
EMI0003.0031     
  
    <I>TABLE <SEP> 1</I>
<tb>  11/2 <SEP> heure <SEP> à <SEP> <B>12001C;</B>
<tb>  8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1080  <SEP> C <SEP> ; <SEP> transfert <SEP> ;
<tb>  ANALYSE <SEP> refroidissement <SEP> à <SEP> l'air <SEP> ;

   <SEP> 8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> <B>10801C;</B>
<tb>  16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 700  <SEP> C <SEP> refroidissement <SEP> à <SEP> l'air <SEP> ;
<tb>  <U>16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 700  <SEP> C</U>
<tb>  Vitesse <SEP> Temps <SEP> Vitesse <SEP> Temps
<tb>  minimum <SEP> jusqu'à <SEP> minimum <SEP> jusqu'à
<tb>  de <SEP> fluage <SEP> rupture <SEP> de <SEP> fluage
<tb>  l <SEP> rupture
<tb>  Co <SEP> Cr <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> C <SEP> <U>parheure)</U> <SEP> (heures) <SEP> <U>par <SEP> heure)</U> <SEP> (heures)
<tb>  16,8 <SEP> 19,8 <SEP> 2,83 <SEP> 1,51 <SEP> 0,05 <SEP> 0,0068 <SEP> 68 <SEP> 0,0017 <SEP> 114
<tb>  18,2 <SEP> 19,9 <SEP> 2,80 <SEP> 1,51 <SEP> 0,05 <SEP> 0,0056 <SEP> 76 <SEP> 0,0022 <SEP> 167
<tb>  17,7 <SEP> <B>1</B>9,7 <SEP> 3,04 <SEP> 1,90 <SEP> 0,06 <SEP> 0,0074 <SEP> 89 <SEP> 0,0040 <SEP> 114
<tb>  17,0 <SEP> 19,5 <SEP> 3,06 <SEP> 2,14 <SEP> 0,

  05 <SEP> 0,0067 <SEP> 110 <SEP> 0,0066 <SEP> 159
<tb>  <B>1</B>7,2 <SEP> 20,2 <SEP> 2,<U>80 <SEP> 1,71 <SEP> 0,0</U>7 <SEP> 0,0054 <SEP> 69 <SEP> 0;0026 <SEP> 135       L'emploi d'une étape intermédiaire de  chauffage dans le traitement par la chaleur  d'alliages nickel-chrome est connu<I>per se,</I> quoi  qu'un tel chauffage n'ait pas été appliqué en  pratique dans le traitement des alliages em  ployés pour des aubes de turbines à gaz ou  autres     articles    soumis à de hautes températu  res de service.

   Dans la présente invention, la  haute température de 1000 à 1100  C pour le  chauffage intermédiaire est critique, ainsi qu'on  peut le voir dans la table qui suit, indiquant les  résultats obtenus dans les mêmes conditions  d'essai de 1420     kg/cm2,    à 8700 C, avec un al  liage de la même composition nominale.

    
EMI0003.0034     
  
    <I>TABLE <SEP> 2</I>
<tb>  Vitesse
<tb>  minimum <SEP> Temps
<tb>  Tsqu's
<tb>  Traitement <SEP> intermédiaire <SEP> de <SEP> fluage <SEP> uage <SEP> rupture
<tb>  (
<tb>  <U>par <SEP> heure)</U> <SEP> (heures)
<tb>  8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1080<B>0</B> <SEP> C <SEP> 0,0020 <SEP> 181
<tb>  16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 0,0034 <SEP> 134
<tb>  16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 950o <SEP> C <SEP> 0,0105 <SEP> 81
<tb>  16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 900o <SEP> C <SEP> 0,0100 <SEP> 44       L'importance des températures spécifiées  pour le chauffage initial est montrée par la  table suivante, qui donne les résultats obtenus  aussi avec un alliage de même composition no- 6s  minale, sous les mêmes conditions d'essai.

    
EMI0003.0035     
  
     On doit observer que si la teneur en car  bone excède 0,10/0,     l'alliage    doit être, soit  transféré directement du four de chauffage ini  tial au four de chauffage intermédiaire, soit     re-          froidï    très rapidement, en passant d'une tem  pérature d'un peu au-dessus à un peu au-des  sous de 9500 C, mettons de 975 à 9250 C.      Les articles traités par la chaleur confor  mément à l'invention sont particulièrement  précieux dans leur emploi comme aubes de  turbines à gaz dans les appareils d'aviation.

Claims

REVENDICATION I Procédé de traitement par la chaleur d'ar ticles fabriqués en un alliage contenant de 15 à 25 % de chrome, de 5 à 40 % de cobalt, de 1,5 à 2,5 % d'aluminium, de 2,8 à 4 % de titane, du nickel,

des désoxydants résiduaires et des impuretés, caractérisé en ce qu'il com prend un chauffage initial à une température de 1150 à 1250o C, la durée de ce chauffage étant de 1/2 heure à 12 heures, à 11500 C, et de 1/4 d'heure à 4 heures, à 12500 C, avec durées intermédiaires à des températures inter médiaires, les durées minimum et maximum susdites variant linéairement de 1150e C à 1250 C, un traitement intermédiaire par la chaleur d'au moins 4 heures, à une tempéra ture de 1000 à 1100 C, et finalement un trai tement de durcissement par précipitation.

SOUS-REVENDICATION Procédé selon la revendication, dans lequel l'alliage contient de 18 à 21 % de chrome, de 15 à 21 % de cobalt, de 2,8 à 3,2 % de titane,

de 1,5 à 2,0 % d'aluminium, et de très petites quantités de zirconium et de bore. REVENDICATION II Article traité par la chaleur par le procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'une aube de turbine à gaz.