CH393749A - Alliage de nickel - Google Patents

Alliage de nickel

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Publication number
CH393749A
CH393749A CH390360A CH390360A CH393749A CH 393749 A CH393749 A CH 393749A CH 390360 A CH390360 A CH 390360A CH 390360 A CH390360 A CH 390360A CH 393749 A CH393749 A CH 393749A
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CH
Switzerland
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sep
alloy
hardness
nickel
cobalt
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Application number
CH390360A
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English (en)
Inventor
Kenneth Elbaum Jerome
Lee Wagoner Edwin
Original Assignee
Union Carbide Corp
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/053—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 30% but less than 40%

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Description


  Alliage de nickel    La présente invention a pour objet un     alliage    de       nickel        résistant    à l'usure.  



  La propriété     spéciale    de     résistance    à l'usure et à  l'abrasion est     désirée        pour        les        .éléments        d        e        machines     soumis au     frottement    continu avec     d'autres    pièces     en     mouvement. Comme     exemple    de     tels        éléments.,    on  peut citer les sièges de soupape     des    moteurs à com  bustion interne.

   En raison de     l'intérêt    de la résis  tance à l'usure dans de nombreuses     applications    sem  blables, on a     développé    des     alliages        présentant    tout  particulièrement cette propriété. Ces     alliages    se    distinguent pair leur dureté; leur -résistance mé  canique et leur     faculté    de conserver leur dureté  aux     :températures    élevées.

   Ces     alliages    résistant à  l'usure, dont la plupart sont à base de     cobalt,    sont       utilisés        principalement    sous forme de     moulages    ou de       dépôts    de     surfaçage        dur    formés par soudage.  



  Cependant, les     alliages,de    ce type ont été     affectés     jusqu'ici d'un coût élevé,     d%    ne     faible        résistance    aux       chocs    et -d'une teneur élevée en     éléments        dits      stra  tégiques  .

   On donne dans le tableau I     Ses    composi  tions d'alliages commerciaux     typiques        résistant    à  l'usure, à base de cobalt et à basse     de        nickel.     
EMI0001.0049     
  
    <I>Tableau <SEP> 1</I>
<tb>  Constituants <SEP> Alliage <SEP> A, <SEP> o/o <SEP> Alliage <SEP> B, <SEP> %
<tb>  Chrome <SEP> ........ <SEP> 30,5 <SEP> 29
<tb>  Tungstène <SEP> ...... <SEP> 12,5 <SEP> 15
<tb>  Carbone <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,5 <SEP> 2,4
<tb>  Silicium <SEP> ........ <SEP> 0,4 <SEP> 0,6
<tb>  Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>...</B> <SEP> 0,7 <SEP> 0,2
<tb>  Bore <SEP> .......... <SEP> 0,1 <SEP>   Cobalt <SEP> ........

   <SEP> complément <SEP> 10
<tb>  Nickel <SEP> <B>...</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2 <SEP> complément
<tb>  Fer <SEP> <B>.....</B> <SEP> . <SEP> <B>......</B> <SEP> 3,0 <SEP> max <SEP> 7,0 <SEP> max       Les alliages à base de     nickel    ne se sont pas ré  pandus     dans    une mesure comparable aux     alliages    de  cobalt, en     dépit    de leur coût moins élevé,

   car les  alliages de nickel     produits        jusqu'ici        n'ont    pas la du  reté des alliages de     cobalt.        L'alliage    de     cobalt    A du  tableau I a une dureté     Rockwell    C     die    51-53, alors  que l'alliage de nickel B a     une    dureté de 42-44     seu-          lement.    Il convient de relever     que    la     dureté    d'une ma  tière est en général liée à ses     caractéristiques    de ré  sistance à l'usure.

   La figure unique du     dessin        donne       les caractéristiques de dureté ,en fonction de la     tem-          pérature    de plusieurs     alliages,    y compris les alliages  A     et    B. Les graphiques montrent la     caractéristique        dë     dureté à chaud supérieure de     l'alliage    à base<B>de</B> co  balt.

   Comme les     alliages    de     nickel        sont    en général  moins coûteux et ont une teneur plus     faible    ,en     élé-          ments        stratégiques        que    les     alliages        de    cobalt, le be  soin de nouveaux     alliages        résistant    à     l'usure    à     base     de     nickel    se fait fortement sentir.

        L'invention     vise    donc     principalement    un     alliage          résistant    à l'usure à base de nickel     qui        présente        une     résistance     mécanique.    et une dureté     élevées        tant    à  température     oardinaire-qu'à    chaud,

       et    qui contient     une     plus     faible        proportion    de .matières     coûteuses    et stra  tégiques que     les        alliages        commerciaux    actuels.  



       L'invention    vise     encore    un     alliage        résistant    à  l'usure à base de nickel,     possédant    une     bonne    résis  tance aux     chocs;

      à la     corrosion    et à l'oxydation,     et     une bonne     stabilité        thermique,    pouvant     être        utilisé     sous     forme        de        moulages        et        sous        forme    de dépôt     de          surfaçage    dur     formé    par soudage.  



       L'invention    vise     encore    un     alliage    de     nickel    résis  tant à     l'usure        utilisable        pour    da fabrication de sièges       de    soupape de moteurs à     combustion    interne.  



       L'alliage        faisant    l'objet de     l'invention        est        caracté-          risé    en ce     qu'il    consiste     pratiquement,        en        plus    .d'au       moins        20        %        de        nickel,        en        25    à     30        %        de        chrome,

      8  à     12        %        de        cobalt,    5 à     12        %        detungstène,        10    à     15,%          de        fer,        0,8    à     1,

  6        %        de        carbone        et    5 à     12        %        de        molyb-          dène    en poids de l'alliage.    On indique     dans    le tableau II des compositions  préférées de cet alliage, désignées alliage 1 et  alliage 2.

    
EMI0002.0095     
  
    <I>Tableau <SEP> 11</I>
<tb>  Constituants <SEP> Alliage <SEP> 1 <SEP> (o/o) <SEP> Alliage <SEP> 2 <SEP> (o/o)
<tb>  Chrome <SEP> ........ <SEP> 28 <SEP> 26
<tb>  Tungstène <SEP> ...... <SEP> 10 <SEP> 10
<tb>  Fer <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 12,5 <SEP> 12,5
<tb>  Carbone <SEP> .. <SEP> ... <SEP> .. <SEP> . <SEP> 1,6 <SEP> 1,4
<tb>  Cobalt <SEP> ........ <SEP> 10 <SEP> 10
<tb>  Molybdène <SEP> <B>.......</B> <SEP> 5,3 <SEP> 10
<tb>  Silicium <SEP> .......... <SEP> 0,6 <SEP> 0,7
<tb>  Manganèse <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,4 <SEP> 0;

  2
<tb>  Nickel <SEP> ........ <SEP> complément <SEP> complément       Les     propriétés        mécaniques    de     cet        alliage        let        de          l'alliage    de cobalt     ancien        commercial,    désigné     ci-des-          sus          alliage    A  , sont comparées au tableau III.

    
EMI0002.0108     
  
    <I>Tableau <SEP> 1l1</I>
<tb>  Propriétés <SEP> mécaniques <SEP> Alliage <SEP> 1 <SEP> Alliage <SEP> 2 <SEP> Alliage <SEP> A
<tb>  Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction, <SEP> kg/mm2 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .-. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 45,10 <SEP> 63,27 <SEP> 38,67
<tb>  Dureté
<tb>  210 <SEP> C, <SEP> dureté <SEP> Rockwell <SEP> C <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 45 <SEP> - <SEP> 52 <SEP> 53
<tb>  427o <SEP> C, <SEP> dureté <SEP> Brinell <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 425 <SEP> 410
<tb>  538o <SEP> C, <SEP> dureté <SEP> Brinell <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .

   <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 420 <SEP> 395
<tb>  649o <SEP> C, <SEP> dureté <SEP> Brinell <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 385 <SEP> 385
<tb>  760o <SEP> C, <SEP> dureté <SEP> Brinell <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> 315 <SEP> 330
<tb>  Résistance <SEP> au <SEP> choc <SEP> kgm <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0;

  4-0,7 <SEP> 0,3-0,4       La figure du     dessin        permet    de comparer graphi  quement la-     caractéristique    die la dureté en     fonction     de la     température    du nouvel     alliage    2 avec     celles    des  deux     alliages        commerciaux        anciens        décrits    précédem  ment,     l'alliage    A et     l'alliage    B.

   On voit que     l'alliage     de     :nickel    selon     l'invention    présente     presque    la même  dureté à     température        ordinaire    que     l'alliage    de     cobalt     connu A, et a     une        caractéristique.    do dureté à     chaud:

            équivalente    à celle de l'alliage de     cobalt.    En fait,  entre     les        températures    de     260o        C    et     593o    C,     l'alliage     de     ,nickel        selon    l'invention     présente    une     dureté    légè  rement     supérieure.     



       Le    chrome     présent        dans        l'alliage        selon    l'inven  tion     contribue    à la :résistance à     l'oxydation,    à la     résis-          tance    .mécanique     -et    à la     dureté,    -tant à température       ordinaire    qu'aux     températures        élevées.    Le tungstène,  le molybdène,

   le fer et le     cobalt        renforcent    -la     résis-          tance    et la dureté de     l'alliage,    de même que     1e    chrome  surtout grâce à la formation de     carbures    des, types       M230    et     MOC,    où M désigne     les        atomes    de métaux  du groupe du     chrome,    du     cobalt,    du molybdène, du       tungstène    et du fer.  



       Én    ce     qui        concerne    les carbures     durs.        présents          comme        constituants,    il convient- de     relever    que la  teneur     en        carbone    ne doit     pas    varier     notablement    en         dehors        des        limites        de        0,8    à     1,

  6        %.        Bien        que        le        car-          bone    soit     essentiel    dans     l'alliage,    de     nombreux    alliages       connus    ont des teneurs en carbone supérieures qui     ne     seraient pas avantageuses     dans    le     présent        alliage.     Dans     celui-ci,

      une     teneur    en carbone dépassant     sen-          siblement        environ        1,6        %        conduirait    à     un        changement     des     carbures    durs     dans    la     microstructure    des     types          M23C0    et     M6C    au .type     M7C3.        Bien        que    le     carbure    du  type  <RTI  

   ID="0002.0226">   M7C3    soit     utile    du     point    de vue de la     résistance     à l'usure, sa présence est une cause de     fragilité        de     l'alliage et     abaisse        donc    sa     résistance    au choc.

       En     outre,     les        teneurs    en     carbone   RTI ID="0002.0239" WI="17" HE="4" LX="1604" LY="2119">  supérieures    changent le       caractère    de la solution solide qui forme da     matrice     da     l'alliage,    provoquant un affaiblissement et     unie          diminution    de la     ductilité    de     l'alliage.     



  Le     manganèse    et le     silicium        pleuvent    être     présents     en     minimes    proportions dans la composition     préfé-          rée,        mais        ne        doivent        pas        dépasser        2'%        et        1,5        %,        res-          pectivement.     



  Parmi     les    deux     compositions        préférées        décrites,     on voit que     l'alliage    2 est plus dur que     l'alliage    1.

    Ceci est dû à la plus     forte        meneur    en     molybdène    de  l'alliage 2, le molybdène     étant    un     durcisseur        parti-          culièrement        efficace.         L'alliage salon     l'invention        peut    être     préparé    par  les     techniques    métallurgiques     courantes,

      et peut être       utilisé    sous forme     moulée    ou     sous        forme    dune ma  tière de     surfaçage    dur     déposée    par     une    opération     de     soudage dans     laquelle    la     baguette        d'apport        est        formée     de     l'alliage.     



  Cet     alliage    convient pour tout usage     nécessitant     de la résistance à     l'usure    et .à l'abrasion, et     convient          particulièrement    pour le     service    sous     forme    de siège  de soupape de moteur à     combustion        interne.    Grâce à  sa     résistance    élevée à la corrosion et à     l'oxydation,

       ainsi qu'à sa     grande        dureté    aux     températures.        élevées     et sa bonne résistance au choc,     l'alliage        assure    un  service prolongé des sièges de     soupape        rapportés,          exposés    à     l'atmosphère        corrosive        très    chaude     régnant     d'ans les moteurs à     combustion        interne.     



  Une autre -propriété     utile    de     cet        alliage    est une  grande     stabilité        thermique,        grâce    à laquelle     les        pièces       formées de cet alliage     peuvent        supporter        une        expo-          sition        prolongée    aux     températures    élevées sans chan  gement de dimensions ou de perte de la qualité de la  surface.

   Pour     illustrer    cette propriété     de        l'alliage,        des     moulages d'une     composition        correspondant    à     l'alliage     2 ont été exposés à un milieu d'une température de       982o    C     pendant    20 h. Des moulages     semblables,    for  més d'un     alliage        .de        .nickel    commercial ancien corres  pondant à     l'alliage    B,     ont    été     également    essayés.

   Les       résultats    de ces     essais    sont montrés     dans    le tableau  IV. La     stabilité    thermique d     e    cet     alliage    est     attribuée     à la     dimension    et à la     distribution    des     carbures.        dans     la     microstructure.       <I>Tableau IV</I>  Changement de dimension et de dureté après  exposition de 20 h dans un milieu à 9820 C  
EMI0003.0089     
  
    Alliage <SEP> Dimensions <SEP> Essais <SEP> Rockwell <SEP> C
<tb>  Dureté <SEP> Dureté
<tb>  Avant <SEP> Après <SEP> Changement 

  <SEP> avant <SEP> après <SEP> Change  Changement <SEP> chauffage <SEP> chauffage <SEP> chauffage <SEP> ment
<tb>  mm <SEP> mm <SEP> mm
<tb>  Elément <SEP> formé <SEP> de <SEP> l'alliage <SEP> 2 <SEP> <B>....</B> <SEP> 41,364 <SEP> 41,377 <SEP> <B>+0,013</B> <SEP> 51-52 <SEP> 51-52 <SEP> 0
<tb>  Elément <SEP> formé <SEP> de <SEP> l'alliage <SEP> B <SEP> .. <SEP> . <SEP> . <SEP> 41,351 <SEP> 41,377 <SEP> <B>+0,026</B> <SEP> 42-43 <SEP> 45-46 <SEP> -I- <SEP> 3

Claims (1)

  1. REVENDICATION I Alliage résistant à l'usure à base de nickel, carac- térisé en ce qu'il consiste .pratiquement, en plus d',au moins 20 % de nickel, en 25 .à 30 1% de chrome,
    8 à 12 -% de cobalt, 5 à 12 % de tungstène, 10 à 15,% de fer, 0,8 à 1,
    6 % de carbone et 5 à 12 fl/o -de mo- lybdène en poids de l'alliage. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il consiste pratiquement, en plus. du nickel, en 28 % de chrome, 10% de tungstène, 12,5 % de fer, 1,
    6 % de carbone, 10 % de cobalt, 5,3 % de molyb- dène; 0;6% de silicium et 0,4'% de manganèse en poids de l'alliage. 2.
    Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste pratiquement, en plus du ;
    nickel, en 26'% de chrome, 10% .de tungstène, 12,5 % -de fier, 1,4 % de carbone, 10 % @de cobalt, 10% de molyb- dène,
    0,7 % de silicium, 0,2'% de manganèse. REVENDICATION II Utilisation de l'alliage selon la revendication 1 pour la fabrication d'un siège de -soupape d'un mo teur à combustion interne.
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