Alliage à base de nickel, et utilisation de cet alliage On sait que les alliages avec lesquels on confec tionne des articles et des pièces soumis à des. efforts prolongés aux températures élevées doivent non seu lement résister à la corrosion aux températures éle vées et jouir de propriétés mécaniques satisfaisantes, mais doivent encore résister au fluage. Un type d'al liage utilisé couramment à cet effet a pour consti tuant principal du nickel ou du nickel -I- cobalt, et contient en outre du chrome, de l'aluminium et du ti tane,
ces deux derniers éléments formant une phase précipitable avec une partie du nickel. La composi tion exacte de l'alliage adopté pour un article donné varie avec les conditions d'utilisation et avec les pro priétés mécaniques requises sous ces conditions.
La titulaire décrit et revendique dans le brevet britannique No 733489 des alliages aptes à être uti lisés à des températures de service très élevées, de l'ordre de 850o C ou davantage, et sous des charges importantes. Ces alliages contiennent de 4 à 12 % de chrome, de 10 à 55 % de cobalt, de 0,5 à 8 % de titane, de 0,3 à 8 % d'aluminium, de 0 à 15 % de molybdène, de 0 à 5 % de carbone, de 0,001 à 0,01 % de bore et de 0,01 à 0,2 % de zirconium, le solde étant constitué par du nickel (avec les impure tés et les désoxydants résiduels).
La présente invention a pour objet un alliage à base de nickel doué d'une bonne résistance à la rup ture à 980o C, soit à une température considérable ment supérieure à celles que les alliages courants peuvent supporter durablement.
L'alliage selon l'invention contient de 7,5 à 15 % de chrome, de 5 à 40 % de cobalt; de 7 à 10,5 % de titane plus aluminium, le rapport du titane à l'alu minium étant compris entre 0,6 et 1,4, de 0,005 à 0,1 % de bore et de 0,05 à 0,5 % de carbone. L'alliage selon l'invention contient de préférence de 8 à 9,5 % de titane -I- aluminium.
Lorsque la teneur en bore augmente, il devient de plus en plus difficile de forger l'alliage sans le rompre, mais cet inconvénient ne joue bien entendu aucun rôle lorsque l'alliage est destiné à la produc tion d'articles moulés.
Il est avantageux de désoxyder l'alliage avec du calcium immédiatement avant l'adjonction de bore. Un alliage ainsi traité contient généralement une fai ble teneur de calcium résiduel. La teneur en chrome est de préférence comprise entre 9,5 et 11,5 %. La teneur en cobalt est de pré férence comprise entre 15 et 25 %. L'alhage con tient généralement du molybdène en teneur ne dépas sant pas 15 %, et de préférence comprise entre 4 et 7 %, ou encore mieux entre 4,5 et 6,0 %. La teneur en carbone est de préférence de 0,1 à 0,25 %. L'al liage peut contenir au plus 0,2 % de zirconium.
Le silicium et le manganèse sont habituellement pré sents ; la teneur en silicium ne dépassant pas 0,8 % et la teneur en manganèse ne dépassant pas 1 %. Le fer est habituellement présent en proportion pouvant atteindre 10 %, mais ne dépassant de préférence pas 5%.
Outre les éléments cités ci-dessus, l'alliage peut encore contenir au plus 5 % de tungstène, et du niobium et/ou du tantale en teneur totale ne dépas sant pas. 3 %.
On donne ci-dessous des exemples de l'alliage selon l'invention, en mentionnant le temps. de rupture sous une charge de 11 kg/mm2 à 980o C. Il est très difficile de doser avec précision de faibles propor tions de bore au moyen des méthodes analytiques chimiques habituelles. Lorsqu'on ajoute le bore à l'alliage en fusion, il se produit en général des pertes de bore. Toutefois, si l'alliage est désoxydé à fond avant l'addition, on constate que, dans des conditions d'addition identiques, la perte est assez uniforme.
En particulier, si on complète la désoxydation à l'aide d'un .désoxydant puissant tel que le calcium, la perte de bore est faible, et la proportion ajoutée peut être utilisée comme mesure du bore retenu dans l'alliage moulé. Les proportions de bore mentionnées dans les exemples sont celles du bore ajouté. La méthode standard d'adjonction du bore a été la suivante.
On fond une charge de 5 kg de l'alliage dans un four à induction à haute fréquence à revêtement ba sique. On règle la température à la valeur de 1560o C et on désoxyde l'alliage en fusion tout d'abord avec du silicium et du manganèse, puis avec du calcium sous forme de siliciure de calcium contenant<B>30%</B> de calcium en poids, la proportion de calcium ajouté étant égale à 0,03 % du poids de l'alliage. Après avoir terminé la désoxydation,
on écume la surface pour la débarrasser des scories et on dépose sur la surface du bain le bore sous forme de boro-manga- nèse contenant 20 % en poids de bore. On laisse l'ad jonction se dissoudre, après quoi on coule rapide ment l'alliage. Dans tous les exemples ci-dessous, la composition de l'alliage figure dans un tableau et les résultats de l'essai dans le tableau suivant. Dans tous les alliages le complément à 100 % est du nickel. <I>Exemple 1</I> Cet exemple montre l'influence de la variation du rapport du titane à l'aluminium, la teneur Ti -I- Al étant maintenue sensiblement constante.
Dans, l'alliage No 1, le rapport est trop bas et dans l'alliage No 4 il est trop élevé. On a ajouté 0,01 % de bore à chaque alliage.
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<I>Exemple 2</I> Cet exemple montre l'influence de la variation de la teneur Ti -f- Al dans des alliages auxquels on a ajouté 0,01 % de bore, tout en maintenant le rapport du titane à l'aluminium sensiblement constant. Dans l'alliage No 7, la teneur Ti -I- Al est trop élevée.
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Tableau <SEP> 3
<tb> <I>Composition <SEP> chimique <SEP> (%)</I>
<tb> AlliageN <SEP> C <SEP> si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Co <SEP> Fe <SEP> Mo <SEP> Ti <SEP> A1 <SEP> Ti+Al <SEP> <B>Ti/Al</B> <SEP> B
<tb> 5 <SEP> 0,22 <SEP> 0,50 <SEP> 0,42 <SEP> 10,6 <SEP> 21,3 <SEP> 1,41 <SEP> 5,06 <SEP> 3,18 <SEP> 4,30 <SEP> 7,48 <SEP> 0,7 <SEP> 0,01
<tb> 6 <SEP> 0,23 <SEP> 0,45 <SEP> 0,40 <SEP> 10,3 <SEP> 21,1 <SEP> 1,45 <SEP> 4,95 <SEP> 3,60 <SEP> 4,85 <SEP> 8,45 <SEP> 0,7 <SEP> 0,01
<tb> 7 <SEP> 0,21 <SEP> 0,78 <SEP> 0,44 <SEP> 10,2 <SEP> 21,0 <SEP> 1,78 <SEP> 5,06 <SEP> 4,90 <SEP> 6,05 <SEP> 10,95 <SEP> 0,8 <SEP> 0,01
EMI0003.0001
<I>Exemple 3</I> L'effet obtenu par l'accroissement de la teneur en bore,
tout en maintenant sensiblement constants la teneur en Ti -I- Al et le rapport du titane à l'aluminium ressort de la comparaison de l'alliage No 2 avec les alliages Nos 8 et 9 ci-dessous.
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Tableau <SEP> 5
<tb> <I>Composition <SEP> chimique <SEP> (%)</I>
<tb> Alliage <SEP> N <SEP> C <SEP> si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Co <SEP> Fe <SEP> Mo <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> <B>Ti+Al <SEP> Ti/Al</B> <SEP> B
<tb> 8 <SEP> 0,19 <SEP> 0,64 <SEP> 0,23 <SEP> <B>1</B>0,1 <SEP> 20,6 <SEP> 1,54 <SEP> 4,95 <SEP> 3,90 <SEP> 5,05 <SEP> 8,95 <SEP> 0,8 <SEP> 0,05
<tb> 9 <SEP> 0,20 <SEP> 0,60 <SEP> 0,41 <SEP> 10,1 <SEP> 20,2 <SEP> 1,59 <SEP> 4,49 <SEP> 3,77 <SEP> 5,10 <SEP> 8,87 <SEP> 0,7 <SEP> 0,
1
EMI0003.0007
Tableau <SEP> 6
<tb> Résultats <SEP> des <SEP> essais <SEP> de <SEP> rupture
<tb> Alliage <SEP> N <SEP> sous <SEP> charge <SEP> de <SEP> 11 <SEP> kg/mmE <SEP> à <SEP> 980 <SEP> C
<tb> Temps <SEP> de <SEP> Allongement <SEP> à
<tb> <U>rupture <SEP> (heures) <SEP> la <SEP> r</U>up<U>t</U>u<U>re <SEP> <I>( </I></U><I>/o)</I>
<tb> 8 <SEP> 77 <SEP> ; <SEP> 81 <SEP> 5,4 <SEP> ; <SEP> 3,2
<tb> 9 <SEP> 89 <SEP> ; <SEP> 90 <SEP> 5,5 <SEP> ;
<SEP> 5,0 <I>Exemple 4</I> L'effet d'une variation de la teneur Ti -I- Al, le rapport du titane à l'aluminium étant maintenu sensi blement constant, dans des alliages auxquels on a ajouté 0,1 % de bore, ressort de la comparaison de l'alliage NI, 9 avec les alliages <B>Nos</B> 10 et 11 ci-dessous.
L'alliage No 11 présente une teneur Ti -i- A1 trop élevée, en sorte que ses propriétés sont médiocres.
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Tableau <SEP> 7
<tb> <I>Composition <SEP> chimique <SEP> (%)</I>
<tb> AlliageN <SEP> C <SEP> si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Co <SEP> Fe <SEP> Mo <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> <B>Ti+Al <SEP> Ti/Al <SEP> B</B>
<tb> 10 <SEP> 0,22 <SEP> 0,62 <SEP> 0,42 <SEP> 10,2 <SEP> 20,0 <SEP> 1,47 <SEP> 5,20 <SEP> 3,22 <SEP> 4,28 <SEP> 7,50 <SEP> 0,8 <SEP> 0,1
<tb> 11 <SEP> 0,20 <SEP> 0,73 <SEP> 0,46 <SEP> 10,3 <SEP> 19,9 <SEP> 1,80 <SEP> 4,41 <SEP> 4,85 <SEP> 5,75 <SEP> 10,60 <SEP> 0,8 <SEP> 0,
1
EMI0003.0019
Tableau <SEP> 8
<tb> Résultats <SEP> des <SEP> essais <SEP> de <SEP> rupture
<tb> sous <SEP> charge <SEP> de <SEP> 11 <SEP> kg/mm' <SEP> à <SEP> 980 <SEP> C
<tb> Alliage <SEP> N <SEP> Temps <SEP> de <SEP> Allongement <SEP> à
<tb> rupture <SEP> (heures) <SEP> la <SEP> rupture <SEP> (1/o)
<tb> 10 <SEP> 35 <SEP> ; <SEP> 31 <SEP> 6,6 <SEP> ; <SEP> 3,4
<tb> 11 <SEP> 24; <SEP> 3 <SEP> 3,9 <SEP> ;
<SEP> 2,3 <I>Exemple 5</I> L'effet de la désoxydation au calcium apparait dans les alliages Nos 12 et 13. Dans l'élaboration de l'al- liage No 12, on a modifié la méthode standard d'addition du bore dans ce sens que l'on n'a pas ajouté de calcium, alors que l'alliage No 13 a été préparé par la méthode standard, c'est-à-dire avec désoxydation au calcium.
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La moulabilité de l'alliage selon l'invention est très favorable, tant du point de vue de la fluidité que de l'aptitude à reproduire de manière satisfai sante une configuration de moule donnée. Cela est surprenant pour des alliages comportant des teneurs aussi élevées de titane et d'aluminium, car on admet généralement que, toutes choses égales, un accrois sement des proportions de ces éléments exerce une influence défavorable sur la moulabilité.