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Procédé pour l'amélioration des propriétés mécaniques des alliages.
On sait qu'on peut utiliser l'azote ;comme élément d'alliage dans des aciers au chrome, au chrome-nickel ou au chrome-manganèse en vue d'influencer favorablement la struc- ture austénitique et de la stabiliser, pour réaliser ainsi des économies en nickel ou en manganèse et obtenir les pro- priétés favorables inhérentes à la structure austénitique.
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D'autre part, on a déjà, proposé d'ajouter aux alliages de ce genre d'autres élements d'alliages, tels que le niobium, le tantale, le titane, le tungstène, le molybdène et/ou le vani- dium, pour obtenir un grain fin ou améliorer la résistance à la ccrrosion ou la ténacité.
On 9 constaté maintenant qu'on peut améliorer les propriétes mécaniques des alliages austénitiques au chrome, au moins celles des alliages au chrome à, caractère austéni- tique prépondérant, en ajoutant, d'une part, de l'azote et, d'autre part, des éléments d'alliages qui, aux températures élevées, forment dans ces alliages de grandes quantités de nitrures solubles, ce qui fait subir à ces alliages un dur- cissement par précipitation.
Cette amélioration se manifeste particulièrement lorsqu'on ajoute le métal vanadium et/ou le métal tungstène qui, aux températures élevées, forment dans l'acier de grandes quantités de nitrures solubles, alors que les nitrures, par exemple, de titane, d'aluminium et de zir- conium sont si peu solubles qu'en cas d'emploi de ces élé- ments il devient impossible d'aboutir, par la précipitation, à un durcissement pratiquement utile. Par conséquent, les al- liages à traiter selon l'invention doivent être complètement exempts d'éléments de ce genre ou du moins en contenir seule- ment de faibles quantités.
D'autre part, la composition de ces alliages doit varier,autant que possible, entre les limi- tes suivantes : Carbone de 0,01 à 1,0 %, de préference de 0,05 à 0,6 %; Chrome de 9 à 35 %, de préférence de 12 à 25 %; nickel de 2,5 à 50 %, de préférence de 4 à 30 vanadium et/ou tungstène de 0,2 à 5 %, de préférence de 0,5 à 2 azote de 0,05 à 1,5 %, de préference de 0,07 à 0,5 %; le reste étant du fer avec les impuretes ordinaires. Pour des teneurs moindres en chrome et des teneurs plus elevees en ni- ckel, les alliages absorbent, à l'état liquide ou à l'état
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solide, trop peu d'azote, pour que celui-ci provoque un dur- cissement suffisant''par précipitation.
En outre, on a consta- té que le nickel peut, dans les alliages dont il est ques- tion, être remplacé en totalitéou en partie par une même quantité de manganèse et/où de cobalt; mais dans ce cas, on doit,tenir compte de ce que, contrairement aux hautes teneurs en nickel, les hautes teneurs en manganèse font augmenter la solubilité de l'azote dans ces alliages. De plus, une addition allant jusqu'à 5 % de molybdène et/ou de silicium, de préfé- rence jusqu' à 2 % de molybdène-ou jusqu'à 3,5 % de silicium, agit d'une façon avantageuse pour l'obtention d'une grande résistance aux acides ou aux gaz chauds ou.bien d'une grande résistance mécanique aux températures élevées, sans que le durcissement par précipitation en soit défavorablement influ- encé.
Le durcissement par précipitation peut, par exem- ple, être exécuté en.refroidissant brusquement les alliages à partir de températures supérieures à 850 C et en les lais- sant revenir à des températures inférieures à 850 C ou bien en les laissant refroidir lentement à partir de températures supérieures à 850 C. En particulier, dans les cas où il s'a- git de pièces de'faibles dimensions, ce traitement thermique peut aussi être combiné.: avec les opérations de forgeage ou de laminage, en mettant à profit l'effet favorable que le tra- vail de déformation exerce sur le durcissement par précipita- tion.
La température choisie à laquelle on laisse revenir l'alliage et la durée de cette opération après la,trempe, peu- vent varier considérablement suivant la composition de l'al- liage utilisé dans 'cha'que cas et suivant les caractéristi- ques mécaniques désirées.
Le tableau 1 dressé ci-après montré le progrès technique atteint, en ce qui concerne l'augmentation de la
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dureté, par un traitement de durcissement par précipitation, d'une part, d'alliages contenant selon l'invention aussi bien de l'azote que du vanadium ou du tungstène (alliages 2,4,6 et 8) et, d'autre part, d'alliages analogues contenant soit uniquement de l'azote soituniquement du vanadium ou du tungstène (alliages 1,3,5 et 7).
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Tableau numérique 1
EMI5.1
<tb> Alliage <SEP> O <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> V <SEP> W <SEP> W2 <SEP> trempé <SEP> Dureté <SEP> Brinell <SEP> (5/750) <SEP> Accroissement <SEP> de <SEP> la
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> à <SEP> 1200 <SEP> C <SEP> à <SEP> l'état <SEP> dureté <SEP> Brinell
<tb>
EMI5.2
huile revenu unités au ma- traiteirert unités au ma- traitement Brinell
EMI5.3
<tb> ximum <SEP> %
<tb> 1 <SEP> 0,04 <SEP> 1,76 <SEP> 0,82 <SEP> 15,1 <SEP> 13,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,23 <SEP> 179 <SEP> 187 <SEP> 10 <SEP> h/750 <SEP> C <SEP> 8 <SEP> 4,5
<tb> 2 <SEP> 0,04 <SEP> 2,0 <SEP> 0,74 <SEP> 15,7 <SEP> 13,5 <SEP> 2,53 <SEP> - <SEP> 0,08 <SEP> 156 <SEP> 220 <SEP> 10 <SEP> h/650 <SEP> C <SEP> 64 <SEP> 41,0
<tb> 3 <SEP> 0,19 <SEP> 1,93 <SEP> 1,29 <SEP> 19,8 <SEP> 7,9 <SEP> 1,
07 <SEP> - <SEP> - <SEP> 180 <SEP> 197 <SEP> 5 <SEP> h/750 <SEP> C <SEP> 17 <SEP> 8,6
<tb> 4 <SEP> '0,10 <SEP> 1,96 <SEP> 1,31 <SEP> 20,0 <SEP> 10,0 <SEP> 1,13 <SEP> - <SEP> 0,17 <SEP> 216 <SEP> 276 <SEP> 5 <SEP> h/750 <SEP> C <SEP> 60 <SEP> 27,8
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP> 0,84 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> 30,1 <SEP> 30,7 <SEP> 4,1 <SEP> - <SEP> 177 <SEP> 200 <SEP> 10 <SEP> h/800 <SEP> C <SEP> 23 <SEP> 13, <SEP> 0
<tb> 6 <SEP> 0,18 <SEP> 0,75 <SEP> 0,60 <SEP> 30,4 <SEP> 28,8 <SEP> - <SEP> 2,09 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> 220 <SEP> 277 <SEP> 10 <SEP> h/750 <SEP> C <SEP> 57 <SEP> 26, <SEP> 0
<tb> 7 <SEP> 0,05 <SEP> 2,55 <SEP> 17,2 <SEP> 9,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,94 <SEP> - <SEP> - <SEP> 210 <SEP> 223 <SEP> 5 <SEP> h/750 <SEP> C <SEP> 13 <SEP> 6,2
<tb>
EMI5.4
.,,8 0,05 2,5 17, o 9,1 - 0, go, 0,15 244 298 5 h/700 C 54 22,
1
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Du tableau 2 donné ci-après il ressort que l'inven- tion permet non seulement de réaliser un accroissement consi- dérable de la dureté et de la résistance, mais aussi d'ame- liorer sensiblement la limite élastique et le rapport entre celle-ci et la résistance à la traction, pour autant qu'il s'agisse d'alliages selon l'invention.
Tableau 2
EMI6.1
<tb> A <SEP> = <SEP> refroidi <SEP>
<tb>
<tb> brusque- <SEP> Essai <SEP> de <SEP> traction <SEP> à <SEP> 20 <SEP> C.
<tb>
<tb>
Alliage <SEP> ment.
<tb>
<tb>
N
<tb>
<tb> B <SEP> = <SEP> durci <SEP> par <SEP> limite <SEP> resis- <SEP> allonge- <SEP> stric-
<tb>
<tb> précipita- <SEP> élastique <SEP> tance <SEP> ment <SEP> tion
<tb>
<tb> tion. <SEP> à <SEP> la
<tb>
<tb> kg/mm2 <SEP> traction <SEP> % <SEP> %
<tb>
<tb> kg/mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> A <SEP> 36 <SEP> 71,5 <SEP> 53 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 32 <SEP> 69,6 <SEP> 48 <SEP> 59
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 26 <SEP> 60,4 <SEP> 38 <SEP> 47
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 45 <SEP> 71,9 <SEP> 24 <SEP> 31
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> A <SEP> 32 <SEP> 71,6 <SEP> 60 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 31 <SEP> 71,8 <SEP> 50 <SEP> 62
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> A <SEP> 45 <SEP> 82,5 <SEP> 44 <SEP> 59
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 68 <SEP> 94,
4 <SEP> 32 <SEP> 52
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> A <SEP> 29 <SEP> 84,6 <SEP> 53 <SEP> 69
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 26 <SEP> 83,3 <SEP> 46 <SEP> 55
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> A <SEP> 43 <SEP> 86 <SEP> 50 <SEP> 64
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 44 <SEP> 93 <SEP> 39 <SEP> 56
<tb>
Les alliages composes et traités suivant l'inven- tion ont, malgré l'amélioration de leur résistance 'à la trac- tion, un bon allongement, une bonne striction et une bonne résilience.
Le durcissement par précipitation ne nuit pas à la résistance chimique à l'oxydation, aux acides ou aux gaz chauds. par conséquent, ces alliages façonnés à
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chaud ou coulés conviennent pour toute application où des al- liages résistant à la corrosion et à l'oxydation à chaud doi- vent en outre posséder de meilleures propriétés mécaniques; ils conviennent donc, par exemple, pour les bagues non-magné- tiques de retenue de bobinage, pour les tubes de périscope, pour les haubane d'avions, pour les hélices marines et pour les aubes des turbines à vapeur.
Revendications.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Process for improving the mechanical properties of alloys.
It is known that nitrogen can be used as an alloying element in chromium, chromium-nickel or chromium-manganese steels in order to favorably influence the austenitic structure and to stabilize it, thus achieving savings in nickel or manganese and obtain the favorable properties inherent in the austenitic structure.
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On the other hand, it has already been proposed to add to the alloys of this kind other alloying elements, such as niobium, tantalum, titanium, tungsten, molybdenum and / or vanidium, to obtain a fine grain or to improve corrosion resistance or toughness.
It has now been observed that the mechanical properties of austenitic chromium alloys, at least those of chromium alloys with a predominant austenitic character, can be improved by adding, on the one hand, nitrogen and, on the other hand. On the other hand, alloying elements which, at elevated temperatures, form large quantities of soluble nitrides in these alloys, which causes these alloys to undergo precipitation hardening.
This improvement is particularly evident when the metal vanadium and / or the metal tungsten is added which, at high temperatures, form large quantities of soluble nitrides in steel, while nitrides, for example, of titanium, aluminum and zirconia are so poorly soluble that when these elements are used it becomes impossible to achieve, by precipitation, practically useful hardening. Therefore, the alloys to be treated according to the invention must be completely free of such elements or at least contain only small amounts thereof.
On the other hand, the composition of these alloys should vary, as much as possible, between the following limits: Carbon from 0.01 to 1.0%, preferably from 0.05 to 0.6%; Chromium from 9 to 35%, preferably from 12 to 25%; nickel from 2.5 to 50%, preferably from 4 to 30 vanadium and / or tungsten from 0.2 to 5%, preferably from 0.5 to 2 nitrogen from 0.05 to 1.5%, preferably from 0.07 to 0.5%; the rest being iron with the ordinary impurities. For lower chromium contents and higher nickel contents, the alloys absorb, in the liquid state or in the
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solid, too little nitrogen to cause sufficient hardening by precipitation.
In addition, it has been observed that nickel can, in the alloys in question, be replaced in whole or in part by the same quantity of manganese and / or of cobalt; but in this case, it must be taken into account that, unlike the high nickel contents, the high manganese contents increase the solubility of nitrogen in these alloys. In addition, an addition of up to 5% molybdenum and / or silicon, preferably up to 2% molybdenum - or up to 3.5% silicon, works in a beneficial manner for the production of the product. high resistance to acids or hot gases or good mechanical resistance to high temperatures, without precipitation hardening being adversely affected.
Precipitation hardening can, for example, be carried out by suddenly cooling the alloys from temperatures above 850 C and allowing them to return to temperatures below 850 C or by allowing them to cool slowly from temperatures above 850 C. In particular, in cases where parts of small dimensions are involved, this heat treatment can also be combined: with forging or rolling operations, taking advantage of the The favorable effect which the deformation work has on the precipitation hardening.
The temperature chosen to which the alloy is allowed to return and the duration of this operation after quenching can vary considerably according to the composition of the alloy used in each case and according to the mechanical characteristics. desired.
Table 1 below shows the technical progress achieved in terms of increasing the
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hardness, by a precipitation hardening treatment, on the one hand, of alloys containing according to the invention both nitrogen and vanadium or tungsten (alloys 2,4,6 and 8) and, on the other on the other hand, analogous alloys containing either only nitrogen or only vanadium or tungsten (alloys 1,3,5 and 7).
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Numerical table 1
EMI5.1
<tb> Alloy <SEP> O <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> V <SEP> W <SEP> W2 <SEP> quenched <SEP> Hardness <SEP> Brinell <SEP > (5/750) <SEP> Increase <SEP> of <SEP> the
<tb>% <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> to <SEP> 1200 <SEP> C <SEP> to <SEP> state <SEP> hardness <SEP> Brinell
<tb>
EMI5.2
oil tempered units at the ma- traitirert units at the ma- treatment Brinell
EMI5.3
<tb> ximum <SEP>%
<tb> 1 <SEP> 0.04 <SEP> 1.76 <SEP> 0.82 <SEP> 15.1 <SEP> 13.0 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.23 <SEP > 179 <SEP> 187 <SEP> 10 <SEP> h / 750 <SEP> C <SEP> 8 <SEP> 4,5
<tb> 2 <SEP> 0.04 <SEP> 2.0 <SEP> 0.74 <SEP> 15.7 <SEP> 13.5 <SEP> 2.53 <SEP> - <SEP> 0.08 <SEP> 156 <SEP> 220 <SEP> 10 <SEP> h / 650 <SEP> C <SEP> 64 <SEP> 41.0
<tb> 3 <SEP> 0.19 <SEP> 1.93 <SEP> 1.29 <SEP> 19.8 <SEP> 7.9 <SEP> 1,
07 <SEP> - <SEP> - <SEP> 180 <SEP> 197 <SEP> 5 <SEP> h / 750 <SEP> C <SEP> 17 <SEP> 8,6
<tb> 4 <SEP> '0.10 <SEP> 1.96 <SEP> 1.31 <SEP> 20.0 <SEP> 10.0 <SEP> 1.13 <SEP> - <SEP> 0, 17 <SEP> 216 <SEP> 276 <SEP> 5 <SEP> h / 750 <SEP> C <SEP> 60 <SEP> 27.8
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP> 0.84 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> 30.1 <SEP> 30.7 <SEP> 4.1 <SEP> - <SEP> 177 <SEP> 200 <SEP> 10 <SEP> h / 800 <SEP> C <SEP> 23 <SEP> 13, <SEP> 0
<tb> 6 <SEP> 0.18 <SEP> 0.75 <SEP> 0.60 <SEP> 30.4 <SEP> 28.8 <SEP> - <SEP> 2.09 <SEP> 0, < SEP> 40 <SEP> 220 <SEP> 277 <SEP> 10 <SEP> h / 750 <SEP> C <SEP> 57 <SEP> 26, <SEP> 0
<tb> 7 <SEP> 0.05 <SEP> 2.55 <SEP> 17.2 <SEP> 9.6 <SEP> 0.6 <SEP> 0.94 <SEP> - <SEP> - <SEP > 210 <SEP> 223 <SEP> 5 <SEP> h / 750 <SEP> C <SEP> 13 <SEP> 6,2
<tb>
EMI5.4
. ,, 8 0.05 2.5 17, o 9.1 - 0, go, 0.15 244 298 5 h / 700 C 54 22,
1
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From Table 2 given below, it emerges that the invention makes it possible not only to achieve a considerable increase in hardness and strength, but also to significantly improve the elastic limit and the ratio between it. ci and tensile strength, provided that they are alloys according to the invention.
Table 2
EMI6.1
<tb> A <SEP> = <SEP> cooled <SEP>
<tb>
<tb> abrupt- <SEP> Test <SEP> of <SEP> traction <SEP> to <SEP> 20 <SEP> C.
<tb>
<tb>
Alloy <SEP> ment.
<tb>
<tb>
NOT
<tb>
<tb> B <SEP> = <SEP> hardened <SEP> by <SEP> limit <SEP> resis- <SEP> elongation- <SEP> strict-
<tb>
<tb> precipita- <SEP> elastic <SEP> tance <SEP> ment <SEP> tion
<tb>
<tb> tion. <SEP> to <SEP> the
<tb>
<tb> kg / mm2 <SEP> traction <SEP>% <SEP>%
<tb>
<tb> kg / mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> A <SEP> 36 <SEP> 71.5 <SEP> 53 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 32 <SEP> 69.6 <SEP> 48 <SEP> 59
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 26 <SEP> 60.4 <SEP> 38 <SEP> 47
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 45 <SEP> 71.9 <SEP> 24 <SEP> 31
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> A <SEP> 32 <SEP> 71.6 <SEP> 60 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 31 <SEP> 71.8 <SEP> 50 <SEP> 62
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> A <SEP> 45 <SEP> 82.5 <SEP> 44 <SEP> 59
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 68 <SEP> 94,
4 <SEP> 32 <SEP> 52
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> A <SEP> 29 <SEP> 84.6 <SEP> 53 <SEP> 69
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 26 <SEP> 83.3 <SEP> 46 <SEP> 55
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> A <SEP> 43 <SEP> 86 <SEP> 50 <SEP> 64
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> 44 <SEP> 93 <SEP> 39 <SEP> 56
<tb>
The alloys composed and treated according to the invention have, despite the improvement in their tensile strength, good elongation, good necking and good resilience.
Precipitation hardening does not adversely affect chemical resistance to oxidation, acids or hot gases. therefore, these alloys shaped at
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hot or cast are suitable for any application where alloys resistant to corrosion and hot oxidation must additionally have better mechanical properties; they are therefore suitable, for example, for non-magnetic winding retaining rings, for periscope tubes, for aircraft struts, for marine propellers and for the blades of steam turbines.
Claims.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.