CH338026A - Alliage de nickel présentant une résistance à la rupture et une ductilité élevées aux hautes températures et procédé de fabrication d'un tel alliage - Google Patents

Description

  Alliage de nickel présentant une résistance à la rupture  et une ductilité élevées aux hautes températures  et procédé de     fabrication    d'un tel     alliage       La présente invention a trait à des alliages pour  utilisation à hautes températures, contenant d'impor  tantes quantités de nickel, de cobalt et de chrome et  des quantités moindres, mais notables d'aluminium,  de titane et/ou de zirconium.  



  Il y a actuellement une forte demande pour des  alliages à point de fusion élevé et conservant une  grande résistance aux températures élevées. Ils trou  vent, par exemple, leur application dans des pales  de turbines à gaz pour moteurs à réaction.  



  Dans cette industrie, la tendance a consisté à  construire des moteurs de poussée de plus en plus  élevée. Un moyen courant pour obtenir une poussée  plus élevée sans perte de rendement ou même avec  une amélioration du rendement consiste à élever  la température des gaz au contact des pales de la  turbine. La température extrêmement élevée re  quiert une résistance accrue du matériau des pales  de turbine, étant donné que tous les métaux et al  liages voient leurs propriétés physiques diminuer dans  les domaines de température élevée.

   On peut affir  mer, par conséquent, que la mise au point de moteurs  présentant une poussée plus grande dépend de la  création de nouveaux alliages présentant des pro  priétés physiques et plus particulièrement une ré  sistance à la rupture et une ductilité     suffisantes     pour supporter les tensions qui leur sont appliquées à  des températures toujours plus élevées.  



  L'invention a pour objet un alliage de nickel  présentant une résistance à la rupture et une duc  tilité élevée aux hautes températures.  



  Cet alliage est caractérisé en ce     qu'il    contient du       nickel,        15    à     30        %        de        chrome,        14    à     30        %        de    co-         balt,        2,75    à 5     %        d'aluminium        et        2,5    à     7,5        %        de     titane et/ou de zirconium.

      Cet alliage est de     préférence    préparé par fusion de  ses divers     composants    dans un four sous vide.    L'alliage, selon l'invention, peut contenir, en  outre, un peu de fer, mais pas plus de 20 0./0, un  peu de silicium, mais pas plus de 0,75 0/0, et un  peu de manganèse, mais pas plus de 0,5 0/0. Du  molybdène et du tungstène peuvent être présents en  quantités combinées d'environ 1,5 à 10 0/0, à moins  que l'un ou l'autre ne soit seul présent dans cette  proportion.  



  Les éléments importants sont l'aluminium, le  titane et/ou le zirconium. C'est la présence simul  tanée de ces deux éléments qui confère à l'alliage  ses propriétés exceptionnelles à haute température.  



  Ces propriétés très favorables seront rencon  trées à un degré exceptionnel dans l'alliage ci-des  sous de formule mieux     déterminée       Carbone<B>..........</B> 0,10%     maximum          Soufre    . . .

       .........        0,01        %        maximum     Aluminium<B>........</B> 2,75 à 3,25%       Titane        ............        2,75    à     3,25'%     Molybdène  (ou Tungstène)<B>....</B> 3,5 à 4,5  Chrome<B>..........</B> 19 à 22     ' /o     Cobalt<B>............</B> 14 à 16 0/0  Fer<B>........</B> jusqu'à , 5     a/o    maximum       Silicium    . . .     jusqu'à        0,75        %        maximum     Manganèse ..

   jusqu'à 0,5      /o         Nickel: le solde, si l'on ne tient pas compte des  impuretés pouvant être présentes en petites  quantités.  



  Un essai utile pour déterminer si des alliages con  viennent à des applications à haute température est  l'essai de rupture sous tension. Dans cet essai, des  échantillons de l'alliage à essayer sont soumis à une  tension appliquée de façon continue, tandis qu'ils  sont maintenus à une température élevée déterminée  jusqu'à ce que la     rupture    se produise. La tension  appliquée au moment de la rupture est calculée en kg  par cm-, comme d'habitude et également en pourcen  tage d'élongation de façon à mesurer la ductilité  Au point de vue statistique, ce qui est important  est évidemment la période de temps pendant lequel  l'échantillon a résisté à la tension     avant    de se rompre.  



  Un grand nombre d'essais de ce genre, à des  températures variables fourniront des données pour  le tracé d'une courbe grâce à laquelle pourra être  prédit le comportement d'un alliage donné à n'im  porte quelle température.  



  Afin de démontrer les propriétés très favorables  d'un alliage conforme à la présente invention, l'al  liage suivant a été préparé et fondu dans un four  à fusion sous vide, les chiffres indiqués représentant  le pourcentage en poids : carbone 0,8 0/0, soufre  0,004 0/0, aluminium 2,94 0/0, titane 2,79 0/0,     mo-          lybdène        3,75        %,        chrome        19,5'0/0,        cobalt        14,8        0/0,          fer        0,27        %,        silice        0,

  5        0/0,        manganèse        0,17        0/0,        le     solde étant du nickel. Les résultats des essais aux  températures indiquées, et les tensions à la rupture  sont indiqués ci-dessous  
EMI0002.0022     
  
    Temp.

   <SEP> en <SEP> Tensions <SEP> Nombre <SEP> d'heures <SEP> Elongation
<tb>  degrés <SEP> C <SEP> en <SEP> kg/cm2 <SEP> avant <SEP> la <SEP> rupture <SEP> Vo
<tb>  732 <SEP> 4583 <SEP> 340,8 <SEP> 12,3
<tb>  816 <SEP> 2461 <SEP> 434,4 <SEP> 11,4
<tb>  816 <SEP> 2648 <SEP> 250,4 <SEP> 8,7
<tb>  871 <SEP> 1765 <SEP> 214,2 <SEP> 11,6
<tb>  97<B>1</B> <SEP> 918 <SEP> 42,6 <SEP> 24,6       A titre comparatif, les résultats d'une série d'es  sais     effectués    avec un alliage voisin mais présentant  une teneur en aluminium et cobalt inférieure, sont  indiqués ci-dessous  Cet alliage a la composition suivante:

   Carbone  0,09 0/0, soufre 0,005     a/o,        aluminium    1,38 0/0, titane       2,98'%,        molybdène        3,75        0/0,        chrome        19        %,        cobalt          13,5        0/0,        fer        0,64'%,        silicium        0,54        %,        manga-          nèse    0,35 0/0.

           Différentes    valeurs de la tension de rupture pour  ce dernier alliage sont indiquées ci-dessous  
EMI0002.0044     
  
    Temp. <SEP> en <SEP> Tensions <SEP> Nombre <SEP> d'heures <SEP> Elongation
<tb>  degrés <SEP> C <SEP> en <SEP> kg/cm2 <SEP> avant <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 1/o
<tb>  732 <SEP> 4589 <SEP> 111,4 <SEP> 23,8
<tb>  816 <SEP> 2648 <SEP> 61,9 <SEP> 26,8
<tb>  871 <SEP> 1765 <SEP> 35,4 <SEP> 35,8       Si l'on compare les deux séries d'essais indi  quées ci-dessus, on peut noter que, par exemple,  à une température de     732,1    centigrades et sous une  tension de 4589 kg par cm -, l'alliage conforme à  la présente invention a résisté à la tension à laquelle  il était soumis pendant 340,8 heures, tandis que  l'alliage cité à titre de comparaison n'a résisté que  pendant 111,

  4 heures dans des conditions iden  tiques. On peut noter, d'autre part, qu'à une tem  pérature de     816,)    centigrades et sous une tension de  2648 kg par cm-, l'alliage conforme à la présente       invention    a résisté à la     rupture    pendant 250,4 heures  alors que l'alliage cité à titre de comparaison n'a ré  sisté que 61,9 heures. Finalement, on peut noter  qu'à une température de 8710 C et sous une tension  de 1765     kg/cm'    l'alliage conforme à la présente in  vention a résisté à la rupture pendant 214,2 heures,  tandis que dans des conditions identiques, l'alliage  cité à titre comparatif, n'a résisté que 35,4 heures.

      L'amélioration produite par la combinaison de  quantités relativement élevées d'aluminium et de ti  tane, l'alliage étant préparé par fusion sous vide, est  frappante. Les alliages comparés ci-dessus ont été  soumis à des traitements thermiques standards du  type dissolution, stabilisation et vieillissement.    Comme résultat de ces traitements, des quantités  optima d'aluminium et de titane sont dissoutes et     re-          précipitées.    Le traitement de dissolution a lieu pen  dant 4 heures à une température de 1079 Cet est  suivi d'un refroidissement à l'air. Le traitement de  stabilisation est effectué à une température de 8380 C  pendant 24 heures et est suivi d'un refroidissement à  l'air.

   Le traitement de vieillissement a lieu à une tem  pérature de     760     C pendant 16 heures et est suivi  d'un refroidissement à l'air.  



  Quoique les alliages conformes à l'invention pré  sentent des propriétés améliorées à haute tempé  rature, même s'ils sont fondus dans les conditions  habituelles, les meilleurs résultats sont obtenus  lorsque la fusion a lieu dans un four sous vide à  des pressions très basses de l'ordre de 5 à 10 mi  crons.  



  Dans les alliages décrits, une quantité égale de  zirconium peut être substituée à une partie ou à tout  le titane, cette substitution maintenant toutefois dans  une large mesure les avantages de l'invention.    Il y a, d'autre part, avantage à maintenir la te  neur en carbone, soufre, fer et manganèse de ces  alliages à un niveau inférieur ou égal à environ 1 0/0  au total.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Alliage de nickel présentant une résistance à la rupture et une ductilité élevées aux hautes tem pératures, caractérisé en ce qu'il contient du nickel, 15 à 30 % de chrome, 14 à 30 % de cobalt, 2,75 à 5 % d'aluminium et 2,5 à 7,

   5 % de titane et/ou de zirconium. II. Procédé de fabrication de l'alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fond en semble les divers composants de l'alliage. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il contient encore 1,5 à 10 % de molybdène et/ou de tungstène. 2.

   Alliage selon la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en- core du fer en quantité inférieure à 5 '% et des quantités minimes de carbone et de soufre. 3.

   Alliage selon la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend encore du carbone, du soufre, du fer et du manga- nèse en quantité au plus égale à 1 % au total. 4.

   Alliage selon la revendication I et les sous- revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il com- prend 19 à 22 % de chrome, 14 à 16 % de cobalt, 2,75 à 3,

   25 % de titane et/ou de zirconium, 2,5 à 4,5 % de molybdène et/ou de tungstène, 2,75 à 3,25 % d'aluminium,

   une quantité de fer inférieure à 5 % et des quantités minimes de carbone et de soufre, le solde étant constitué essentiellement par du nickel. 5.

   Alliage selon la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend environ 19,5'% de chrome, environ 14,8 % de cobalt, environ 3,75,% de molybdène, environ 2,79:

   % de titane et environ 2,94 % d'aluminium. 6.

   Alliage selon la revendication I et les sous- revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il com- prend environ 19,5 % de chrome, environ 14,8 % de cobalt, environ 3,75 % de molybdène,

   environ 2,79 % de titane, et environ 2,94 0/0 d'aluminium, ainsi que du carbone, du soufre, du fer et du manganèse en quantité totale au .plus égale à 1%, le solde étant du nickel. 7.

   Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce que la fusion est effectuée sous vide.