CH391302A - Alliage de nickel - Google Patents
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Description
Alliage de nickel La présente invention a pour objet un alliage de nickel. Un tel alliage peut contenir des additifs métal liques qui rendent l'alliage résistant à la corrosion et lui donnent une grande résistance mécanique .aux hautes températures.
Les alliages envisagés sont très résistants à l'oxy dation et à d'autres formes de corrosion à des tem- pératures de l'ordre de 1093 C ou plus. Il s'ensuit que ces alliages peuvent être utilisés dans la fabri cation des aubes, des ailettes et d'autres parties des turbines à gaz fonctionnant à haute température.
Ces alliages sont capables d'être facilement coulés, de sorte qu'ils sont utiles dans la fabrication des ailettes d'échappement et des tuyauteries pour moteurs à combustion interne, des échangeurs de chaleur,
et des revêtements pour les cornues et les récipients utilisés dans les industries chimique et métallurgique. D'au tres usages importants de ces alliages se rencontrent dans la fabrication de revêtements dans les parties disposées après les brûleurs des groupes moteurs à turbine des avions, des protège-flamme et des couver tures sur les bords d'attaque des ailes des avions et des missiles supersoniques.
Les alliages très résistants à hautes températures précédemment connus, tels que les alliages de nickel et/ou de cobalt, qui ont été utilisés pour faire des aubes, des ailettes ou d'autres parties de turbines à gaz fonctionnant à haute température, présentent une température de fonctionnement maximum de l'ordre de 899o C.
Par exemple, un alliage commun à base de nickel et de cobalt comprenant en outre du molybdène n'est pas utilisable, pratiquement, pour faire une pièce de résistance dans les turbines à gaz si la température du métal est supérieure à 899o C. La résistance de ces alliages disparaît au-dessus de cette température.
Les turbines à gaz peuvent fonctionner à des températures nettement supérieures à celles qui pou vaient être atteintes jusqu'ici si l'on fait les aubes et les ailettes avec l'alliage envisagé, particulièrement par suite de sa plus haute résistance à d'allongement à hautes températures comparativement aux alliages conventionnels.
Le fonctionnement d'une turbine à gaz est d'autant meilleur que la température de fonc tionnement augmente, parle fait qu'à de très hautes températures la poussée totale du groupe est aug mentée et que la quantité de combustible consommée par kilogramme de poussée est diminuée.
L'alliage de nickel faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend, en poids, de 6 à 17 % de chrome, de 5 à 20 % de tungstène, de 0,25 à 3 % de niobium,
de 2 à 8 0/0 d'aluminium, de 0,02 à 0,30 % de carbone, du bore ou du zirconium, ou les deux, à ,raison de 0,001 à 0,2 % de bore et de 0,001 à 0,
5 % de zirconium, de 2 à 15 % de cobalt, le pourcentage de chrome ne dépassant pas 15 0/0 lorsque les pourcentages de niobium et de cobalt dépassent 1 et 5 0/0, respecti- vement,
et les pourcentages de tungstène et d'alu minium étant inférieurs à 11 et 5 respectivement, le nickel formant au moins la majeure partie du reste de l'alliage.
On a .trouvé que les caractéristiques de stabilité m6tallurgiques et de résistance à haute température des alliages de ce type dépendent de la présence dans l'alliage de bore -et/ou de zirconium dans les quan- tités respectives indiquées plus haut.
Dans beaucoup de cas, on préfère maintenir le rapport des poids du zirconium et du bore dans Falliage à 4 : 1 environ, bien que d'autres rapports puissent également con venir. On a trouvé que si la teneur en bore excède 0,2 0/0, l'alliage ne donne plus satisfaction, particu- lièrement dans les applications où les exigences rela tives aux chocs thermiques sont sévères.
La présence de titane est facultative, mais avan tageuse. De préférence, le rapport du poids de l'alu minium à celui du titane est compris entre 2 : 1 et 6: 1 environ.
Le molybdène peut être toléré dans l'alliage sans affecter défavorablement ses propriétés, pourvu que la quantité de molybdène ne dépasse pas 3 % en poids.
Bien que le silicium, le manganèse et le fer ne constituent pas des composants essentiels de l'alliage, on a trouvé que l'addition de faibles pourcentages d'un ou plusieurs de ces corps, soit jusqu'à 1 0/0 de silicium, jusqu'à 2 % de manganèse et jusqu'à 5 % de fer, peut, dans certains cas, améliorer certaines propriétés de l'alliage.
Les éléments interstitiels tels que l'azote, l'hydro gène, l'étain, le plomb, etc., doivent être maintenus à une concentration aussi faible que possible dans l'alliage. En outre, il faut éviter la présence de plus de 0,5 % au total de désoxydants, tels que le calcium ou le magnésium.
Les proportions suivantes sont avantageuses pour l'alliage, les valeurs étant données .en poids : de 8,75 à 9,25 % de chrome, de 12 à 13 0/0 de tungstène, de 0,8 à 1,2 % de niobium,
de 5 à 5,5 % d'alumi- nium, de 0,12 à 0,17 % de carbone, de 1,75 à 2,25 % de titane, de 0,03 à 0,
07 % de bore, de 9 à 11 % de cobalt, de 0,03 à 0,12 % de zirconium, jusqu'à 1,5 % de fer, jusqu'à 0,
10 % de manganèse, et jusqu'à 0,10 % de silicium.
Une composition préférée, dans ces domaines de proportions, est la suivante : environ 9 % de chrome, environ 12,5 % de tungstène, environ 1 % de nio- bium,
environ 5,25 % d'aluminium, environ 2 % de titane, environ 0,03 % de bore, environ 10 % de cobalt, environ 0,12 0/a de zirconium,
une très faible concentration de fer avec un maximum de 1,5 % environ, une très faible concentration de silicium avec un maximum de 0,10 % environ,
une très faible concentration de manganèse avec un maximum de 0,10 % environ, environ 0,15 % de carbone, le solde étant pratiquement constitué de nickel.
L'expression pratiquement constitué de nickel<B> </B> signifie le nickel seul ou du nickel plus des impu retés et/ou des désoxydants qui n'affectent pas nota blement les propriétés de l'alliage.
Un second exemple de composition préférée est le suivant: de 15,5 à 16,5 % de chrome, de 9,5 à 10,5 % de tungstène, de 0,8 à 1,2 % de niobium,
de 3,4 à 3,8 0/0 d'aluminium, de 0,12 à 0,17 % de car- bone, de 3,25 à 3,75 % de titane, de 0,03 à 0,
07 % de bore, de 9 à 11 % de cobalt, de 0,03 à 0,07 % de zirconium, jusqu'à 1,5 % de fer, jusqu'à 0,
10 0/0 de silicium, et jusqu'à 0,10 % de manganèse.
Une composition préférée, dans les domaines de proportions ci-dessus, est la suivante :
environ 16 % de chrome, environ 10 % de tungstène, environ 1 0/0 de niobium, environ 3,6 % d'aluminium, environ 3,
5 % de titane, environ 0,05 % de bore, environ 10 % de cobalt, environ 0,05 % de zirconium, une faible concentration de silicium ne dépassant pas 0,10 0/0,
une faible :concentration de manganèse ne dépassant pas 0,10 0/0, environ 0,15 % de carbone, le solde étant pratiquement constitué de nickel.
On a trouvé que des résultats supérieurs sont obtenus quand la formule de l'alliage correspond aux proportions qui précèdent et, en outre, répond à l'équation suivante 1 Cr + 1,1 W + 3,4 Nb + 4,3 Ti + 6 Ad = 60-70 les coefficients représentant les pourcentages en poids des divers constituants dans l'alliage.
Par exemple, l'équivalence de composition ou valeur équivalente pour la première composition préférée indiquée plus haut est 66,25. La valeur équivalente pour la seconde composition préférée indiquée ci-dessus est 67,05.
Il est donné ci-après quelques exemples de pré paration et d'essais de diverses formules d'alliages faisant l'objet de l'invention.
<I>Exemple 1</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage fondu à base de nickel contenant 6 Vo de chrome, 15 % de tungstène, 1 % de niobium, 4 % d'aluminium, 3 % de titane, 0,
05 % de bore, 0,15 % de carbone, 10 % de co- balt, le solde étant pratiquement du nickel, en fondant un mélange chrome-nickel dans un creuset en magné sie sous un vide poussé, puis en ajoutant ,le tungstène, le niobium, l'aluminium, le titane, le bore, le cobalt et le .carbone, ce dernier sous forme de graphite. La composition présente une valeur équivalente de 62,8.
On forme un groupe de six éprouvettes d'essai à partir de 2,3 kg d'alliage fondu par la technique ordinaire de coulée sous un vide poussé. Ces éprou vettes présentent chacune une longueur de 7,6 cm et un diamètre de 0,64 cm.
A la température ambiante, les éprouvettes d'essai présentent un allongement à la rupture d'environ 3,5 % et une résistance à la traction de 10 545 kg/ cm'.
Les éprouvettes présentent un allongement de 2 % avec une durée de rupture dépassant 400 heures sous une charge de<B>1195</B> kg/cm?- à la température de 9820 C dans l'air,
et un allongement de 6 % avec une durée de rupture dépassant 300 heures sous une charge de 1406 kg/cm-' à la température de 9820 C dans l'air.
Ces barres présentent un allongement d'en- viron 3 % avec une durée de rupture dépassant <B>150</B> heures sous une charge de 879 kg/em à la tem- pérature de 1038 C,
et un allongement de 5 % avec une durée de rupture dépassant 100 heures sous une charge de 1054 kg/em-' à la température de 1038 C.
<I>Exemple 2</I> On prépare par coulée un alliage de nickel de 2,3 kg et des éprouvettes d'essai comme décrit dans l'exemple 1, l'alliage contenant 7 % de chrome, 12,5 % de tungstène, 1 % de niobium, 6 % d'alu- minium,
1 % de titane, 0,05 % de bore, 2 % de manganèse, 0,15 % de carbone, 10 % de cobalt, le solde étant pratiquement du nickel.
La valeur équi valente de cette composition est 64,5.
A la température ambiante, les éprouvettes d'es sai présentent à la rupture un allongement de 5,0 0/0 et une résistance à la traction de 8436 kg/cm2.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 6,2 % avec une durée de rupture dépassant 300 heu- res sous une charge de 1195 kg/ce à la température de 982o C dans l'air.
<I>Exemple 3</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage de nickel et les éprouvettes d'essai comme décrit dans l'exemple 1, l'alliage contenant 7 % de chrome, 12 % de tungs- tène, 1 % de niobium, 4 % d'aluminium, 3 % de titane,
3 % de molybdène, 0,05 % de bore, 0,15 0/0 de carbone, 10 % de cobalt, le solde étant pratique- ment du nickel.
La composition présente une valeur équivalente de 6.0,5.
A la température ambiante, les éprouvettes d'essai présentent un allongement à la rupture de 2,7 0/0 et une résistance à la traction de 10 545 kg/cm .
Les barres présentent un allongement de 1,9 % avec une durée de rupture dépassant 350 heures sous une charge de 1195 kg/ciW à la température de 982- C dans l'air.
<I>Exemple 4</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage de nickel et des éprouvettes d'essai comme décrit dans l'exemple 1, l'alliage comprenant 9 % de chrome, 12,5 % de tungstène, 1 % de niobium, 5,25 % d'aluminium,
2 % de titane, 0,12 % de zirconium, 0,03 % de bore, 0,15 % de carbone, 10 % de cobalt,
le solde étant pratiquement du nickel. La valeur équivalente est de 66,25.
A la température ambiante, les éprouvettes d'essai présentent un allongement à la rupture de 4,1 % et une résistance à la traction de 10 475 kg/cm2.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 7,5 % avec une durée de rupture de 398 heures sous une charge de 1406 kg/cm2 et un allongement de 3,
3 % avec une durée de rupture de 160 heures sous une charge de 1757 kg/cm2, à la température de 982o C.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 4,1 % avec une durée de rupture dépassant 192 heures sous une charge de 1054 kg/cm2 et un allon- gement de 2,
5 % avec une durée de rupture dépas- sant 99 heures sous une charge de 1230 kg/cm2, à la température de 1038,) C.
<I>Exemple 5</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage de nickel et des éprouvettes d'essai comme décrit dans l'exemple 1, l'alliage contenant 12 % de chrome, 8 % de tungs- tène, 2 % de niobium, 6 % d'aluminium,
1 % de titane, 0, 5 %- de zirconium, 0,15 % de carbone, 10 0/0 de cobalt, le solde étant pratiquement du nickel. La valeur équivalente de cet alliage est de 67,9.
A la température ambiante, les éprouvettes d'es- sai présentent un allongement à la rupture de 5 % et une résistance à la traction de 10 904 kg/cm2.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 1,6 % avec une durée de rupture dépassant 330 heu- res sous une charge de 1195 kg/ce à la température de<B>9820</B> C dans l'air, et un allongement de 2,
5 0/0 avec une durée de rupture dépassant 190 heures sous une charge de 879 kg/ce à la température de 1038 C dans l'air. <I>Exemple 6</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage de nickel et des éprouvettes d'essai comme décrit dans l'exemple 1, l'alliage comprenant 12 % de chrome, 9 % de tungs- tène,
2 % de niobium, 6 % d'aluminium, 0,025 0/0 de bore, 0,15 % de carbone, 10 % de cobalt, le solde étant pratiquement du nickel.
La composition présente une valeur équivalente de 64,7.
A la température ambiante, les éprouvettes pré- sentent un allongement de 4,9 % et une résistance à la traction de 10 545 kg/cm2.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 2,4 % avec une durée de rupture dépassant 270 heu- res sous une charge de 1195 kg/cmd à la température de 9820 C dans ,l'air, et un allongement de 2,
3 0/0 avec une durée de rupture dépassant 190 heures sous une charge de 879 kg/em@ à la température de 1038 C dans l'air. <I>Exemple 7</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage de nickel et des éprouvettes d'essai comme décrit dans .l'exemple 1, l'alliage contenant 12 % de chrome,
8 % de tungs- tène, 2 % de niobium, 6 % d'aluminium, 1 % de titane, 0,05 % de bore, 1 % de silicium, 0,
15 % de carbone, 10 % de cobalt, .le solde étant pratiquement du nickel. La composition a une valeur équivalente de 67,9.
A la température ambiante, les éprouvettes pré- sentent un allongement à la rupture de 5,2 % et une résistance à la traction de 10193 kg/ce.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 2,7 % avec une durée de rupture dépassant 260 heu- res sous une charge de 1195 kg/cm2 à la température de 9820 C dans l'air.
<I>Exemple 8</I> On prépare un alliage de nickel et des éprou vettes d'essai comme décrit dans l'exemple 1, l'alliage contenant 12 % de chrome, 8 % de tungstène, 2 % de niobium, 6 % d'aluminium, 1% de titane,
0,05 0/0 de bore, 2,5 % de fer, 0,15 % de carbone, 10 % de cobalt, le solde étant pratiquement du nickel. La composition a une valeur équivalente de 67,9.
A la température ambiante, les éprouvettes pré- sentent un allongement à 1a rupture de 5,6 % et une résistance à la traction de 9842 kg/ce.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 2,9 % avec une durée de rupture dépassant 250 heu- res sous une charge de 1195 kg/#n2 à la température de 9820 C dans l'air. <I>Exemple 9</I> On prépare 2,3 kg d'un alliage de nickel et des éprouvettes comme décrit dans l'exemple 1,
l'alliage contenant 12 % de chrome, 8 % de tungstène, 2 % de niobium, 6% d'aluminium, 1% de titane, 0,05% de bore,
5 % de fer, 0,15 % de carbone, 10 % de cobalt, le solde étant pratiquement du nickel. La composition a une valeur équivalente de 67,9.
A la température ambiante, les éprouvettes pré- sentent un allongement à la rupture de 2,5 % et une résistance à la traction de 9842 kg/cm2.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 5 % avec une durée de rupture dépassant 185 heures sous une charge de 1195 kg/cm2 et un allongement de 6,
6 % avec une durée de rupture dépassant 98 heures sous une charge de 1406 kg/em2, à la tem pérature de<B>9820</B> C.
Ces éprouvettes présentent un allongement de 10,8 % avec une durée de rupture dépassant 39 heures sous une charge de 879 kg/cm2 et un allongement de 10,
8 % avec une durée de rupture dépassant 20 heures sous une charge de 1054 kg/em , à la température de 1038o C.
Claims (1)
- REVENDICATION Alliage de nickel, caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 6 à 17 % de chrome, de 5 à 20 0/0 de tungstène, de 0,25 à 3 % de niobium,de 2 à 8 % d'aluminium, de 0,02 à 0,30 % de carbone, du bore ou du zirconium, ou les deux, à raison de<B>0,001</B> à 0,2 % de bore et de 0,001 à 0,5 % de zirconium, de 2 à 15 % de cobalt,le pourcentage de chrome ne dépassant pas 15 % lorsque les pourcentages de nio- bium et de cobalt dépassent 1 et 5 %respectivement et les pourcentages de tungstène et d'aluminium étant inférieurs à 11 et 5 respectivement, le nickel formant au moins la majeure partie du reste de l'alliage. SOUS-REVENDICATIONS 1.Alliage selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient du titane en proportion d'au plus 4 % mais ne dépassant pas le poids de l'aluminium. 2.Alliage selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient au moins l'un des corps suivants jusqu'à 3 % de molybdène, jusqu'à 5 % de fer,jus- qu'à 1 % de silicium et jusqu'à 2 % de manganèse. 3. Alliage selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient des désoxydants en quantité ne dépassant pas 0,5 % en poids. 4.Alliage selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient de 8,75 à 9,25 % de chrome, de 12 à 13 % de tungstène, de 0,8 à 1,2 % de niobium,de 5,0 à 5,5 % d'aluminium, de 0,12 à 0,17 % de car- bone, de 0,03 à 0,07 % de bore, de 0,03 à 0,12 % de zirconium, de 9 à 11 % de cobalt, de 1,75 à 2,25% de titane, jusqu'à 1,5% de fer, jusqu'à 0,1% de manganèse et jusqu'à 0,1 % de silicium, le .reste étant pratiquement constitué de nickel. 5.Alliage selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient de 15,5 à 16,5 % de chrome, de 9,5 à 10,5 % de tungstène, de 0,8 à 1,2 % de nio- bium, de 3,4 à 3,8 % d'aluminium, de 0,12 à 0,17 % de carbone, de 0,03 à 0,07 % de bore,de 0,03 à 0,07 % de zirconium, de 9 à 11 % de cobalt et de 3,25 à 3,75 % de titane,le reste étant pratiquement constitué de nickel. 6. Alliage selon la revendication, caractérisé en ce que le chrome, le tungstène, le niobium, le titane et l'aluminium sont présents dans des pourcentages, en poids, qui correspondent à l'équation 1Cr+1,1W+3,4Nb+4,3Ti+6A1=60à70. 7.Alliage selon la sous-revendication 4, carac- térisé en ce qu'il comprend 9 % de chrome, 12,5 0/0 de tungstène, 1 % de niobium, 5,25 % d'aluminium,2 % de titane, 0,03 % de bore, 10 % de cobalt, 0,12 % de zirconium, 0,15 % de carbone, au plus 1,5 % de fer, au plus 0,10 % de manganèse et au plus 0,10 % de silicium. 8.Alliage selon la sous-revendication 5, carac- térisé en ce qu'il contient 16 % de chrome, 10 0/0 de tungstène, 1 % de niobium, 3,6 % d'aluminium,3,5 % de titane, 0,05 % de bore, 10 % de cobalt, 0,05 % de zirconium, 0,15 % de carbone,au plus 1,5 % de fer, au plus 0,10 % de manganèse et au plus 0, 10 % de silicium.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH129360A CH391302A (fr) | 1960-05-25 | 1960-05-25 | Alliage de nickel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH129360A CH391302A (fr) | 1960-05-25 | 1960-05-25 | Alliage de nickel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH391302A true CH391302A (fr) | 1965-04-30 |
Family
ID=4207032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH129360A CH391302A (fr) | 1960-05-25 | 1960-05-25 | Alliage de nickel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH391302A (fr) |
-
1960
- 1960-05-25 CH CH129360A patent/CH391302A/fr unknown
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