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"Perfectionnements aux articles et pièces soumis à des ten- sions aux températures élevées".
La présente invention est relative aux articles et pièces soumis à des tensions aux températures élevées, c'est- à-dire à des températures de l'ordre de 600 C. et davantage.
De tels articles et pièces doivent non seulement posséder la
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résistance à la corrosion' aux températures élevées et de bonnes propriétés mécaniques générales, mais posséder également, de par leur nature, la résistance au fluage. Des exemples de tels arti- cles et pièces sont les aubes de turbines à gaz et les éléments de fours qui doivent posséder de bonnes propriétés de fluage 'eux températures élevées, propriétés qui ne sont pas nécessaires dans les articles ou pièces qui, bien qu'ils soient soumis à des tensions, n'ont à travailler qu'à des températures basses, comme c'est le cas, par exemple, pour les arbres de turbines à vapeur.
La présente invention est fondée sur cette découverte que des propriétés combinées fortement améliorées, y compris une bonne résistance au fluage aux températures élevées, peuvent être obtenues si l'on soumet des alliages appropriés à. un traitement thermique particulier pendent ou après la fabrication, à partir desdits alliages, des articles ou pièces.
Les alliages auxquels se réfère la présente invention sont ceux qui ont une structure réticulaire et plus particulièrement du type réticulaire cubique à faces centrées, alliages ayant une composition de base comprise entre les larges limites :nickel de 5 à 100%, fer de 0 à 85 %, chrome de 0 à 35 %, cobalt de 0 à 70 %, molybdène de 0 à 30 %, deux parties de molybdène pou- vant être remplacées par une partie de tungstène, et de 0 à 10 % de certains autres éléments tels que, par exemple, le sili- cium, le manganèse, le vanadium et le ouivre qui peuvent soit être présents à l'état d'impuretés, soit être introduits pour une raison particulière quelconque.
A partir de ces compositions de base, on forme les alliages en question par addition de l'un au moins des éléments suivants : titane, alumium, niobium, tanta- le et glucinium en quantité totale comprise entre 0,5 et 10 % (à la condition que ni la teneur en titane, ni la teneur en aluminium ne dépasse 5 %). Toutefois, si la composition de base contient plus de 5 % dé molylbdène, elle peut être utilisée seule, si on le désire, sans aucune autre addition, le moly beène agissant alors comme élément éjouté.
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Voici des exemples de compositions de base appropriées :
1 nickel au moins 30 %, aveo de,0 à 70 % de cobalt, de 0 à 30 lieu de molybdène et de 0 à 70 % de fer;
2 nickel de 90 à 65 %, chrome de 10 à 35 %, des pouroenta- ges égaux de nickel pouvant être remplacés par de 0 à 30 % de molybdène et/ou par de 0 à 60 % de oobalt, mais avec une teneur minimum en nickel de 30 %;
3 nickel de 25 à 65 %, chrome de 10 à 35%, le reste étant du fer, des pourcentages égaux de fer pouvant être remplacés par de 0 à 30 % de molylbdène et/ou par 0 à 65 % de cobalt;
4 Acier austénitiques contenant de 10 à 35 % de chrome, de 7 à 25 % de nickel, de 0 à 30 % de molylbdène, de 0 à 60 % de cobalt, le reste (40 % au moins) étant du fer.
En général, on préfère maintenir la teneur en carbone à une valeur inférieure à 0,05 %, en particulier dans les compositions de base du type nickel-chrome 80/20, mais il peut y avoir jusqu'à 1 % de carbone.
Dans cette gamme de compositions, on choisit un alliage ayant une structure réticulaire du type cubique à faces centrées d'après les propriétés mécaniques générales requises et le gen- re de corrosion auquel l'article ou pièce doit avoir à résister pendant sa durée de service. Les considérations dont il s'agit sont bien connues et ne seront pas décrites ici.
L'invention consiste d'une manière générale à fabriquer un article ou pièce qui, d'après sa nature, doit posséder la résis- tance au fluage, à partir de l'alliage choisi et, au cours de la fabrication, ou ultérieurement, à soumettre l'alliage à un traitement thermique comprenant le chauffage pour la mise en solution de l'alliage à une température allant de 1000 à 1300 C pendant une période de temps correspondant à 48 heures au moins pour 1000 C à 3 heures au moins pour 1050 C, à 2 heures 1/2 au moins pour 1100 C, à 2 heures au moins pour 1150 C, à une heure
EMI3.1
au moins pour 122500, ou à unedemi-heure au moins pour 127500.
ou pour des températures plus élevées, refroidir l'alliage à par- @
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tir de cette température et à le réchauffer à une température comprise entre 850 C et 600 C. pendant une période de temps allant de 2 à 100 heures pour développer de bonnes propriétés de fluage et d'autres bonnes propriétés mécaniques. Pour les températures intermédiaires, les durées minima de chauffage pour la mise en solution peuvent être déterminées par tracé d'une courbe temps-température à partir des valeurs données plus haut.
En général, on utilise des durées de chauffage plus longues que les périodes minima précisées. Par exemple, on peut obtenir d'excellentes combinaisons de propriétés, en particulier avec les alliages contenant au moins 70 % de nickel et de 12 à 25 % de chrome avec de 2,5 à 3 % de titane en chauffant pendant 8 heures au moins à 1050 C. pendant 4 heures au moins à 1100 C, pendant 2 heures 1/2 au moins à 1150 C. ou pendant 1 heure 1/2 au moins à 1225 C ou à une température plus éLevée.
Il est clair que ce chauffage, dans lequel les périodes de temps données sont celles pendant lesquelles l'alliage est réellement maintenu à la température considérée diffère du traitement de solution à chaud couramment appliqué aux alliages du type défini dans les procédés comportant le durcissement par précipitation, par le fait que l'on doit utiliser soit une température plus élevée, soit une durée de chauffage plus longue, soit les deux à la fois.
Bien que l'on ait déjà proposé divers procédés utilisant des températures élevées dans les traite- ments de solution à chaud, on croit que les combinaisons de temps et de température utilisées dans la fabrication d'arti- cles ou de pièces qui, en raison de leur nature, doivent possé- der la résistance au fluage, sont nouvelles ; sont essen- tielles si l'on veut obtenir les combinaisons améliorées de propriétés.
Le réchauffage subséquent avant la mise en service de l'ar- ticle ou pièce n'est pas indispensable. On préfère y reoourir pour être sûr que la température de réchauffage est supérieure - 4-
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à celle qui est atteinte lorsque l'article ou pièce est mis en service et, par exemple, quand un alliage du type défini doit résister en service à des températures de 650 C., le réchauf- fage peut avantageusement être exéouté à 700 C pendant 16 heu- res par exemple.
Dans les paragraphes suivants, on donnera des exemples de traitements appliqués à un alliage ayant une composition de base du type 80 % de nickel - 20 % de chrome contenant 2,3 % de ti- tane et 0,35 % d'aluminium. Comme exemple de l'effet de la variation de la durée du chauffage, des échantillons de l'allia- ge ont donné les résultats suivants après essai sous forme de barres laminées à chaud sous la traction très élevée de .37,8 kg/ par m2 12 à une température de 650 .
Durée de chauffage Taux minimum de fluage Temps de rupture
EMI5.1
<tb> à <SEP> 1050 C. <SEP> pour <SEP> cent <SEP> par <SEP> heure <SEP> heures.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> heure <SEP> 0,11 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> heures <SEP> 0,03 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> heures <SEP> 0,005 <SEP> 120
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> heures <SEP> 0,004 <SEP> 170
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> heures <SEP> 0,003 <SEP> 135
<tb>
On remarquera que le chauffage pendant une heure seulement à 1050 C.,temps qui serait normalement adopté pour une telle température dans le durcissement par précipitation ou dans tout autre procédé connu (recuit par exemple) comportant le chauffa- ge pour la modification des propriétés d'un alliage est tout-à- fait impropre pour la production de la résistance élevée au flua- ge mais que, lorsque la darée du chauffage est augmentée, la résistance au fluage est notablement augmentée aussi,
bien que le taux d'augmentation soit faible pour des périodes de chauf- fage dépassant quatre heures*
Comme autre exemple, le même'alliage a été essayé sous une traction de 28, 35 kg/m2 à une température de 650 C.
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après différents traitements de mise en solution avec réchauf- fage pendant 16 heures à 700 C., les résultats obtenus ont été les suivants :
EMI6.1
<tb> Traitement <SEP> thermique <SEP> Taux <SEP> minimum <SEP> de <SEP> fluage
<tb>
<tb> pour <SEP> cent <SEP> par <SEP> heure.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
12 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1000 C. <SEP> 0,004
<tb>
<tb> 8 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1050 C. <SEP> 0,00009
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1050 C. <SEP> 0,00002
<tb>
Les propriétés de fatigue à température élevée, qui sont contrôlées par les mêmes facteurs que ceux qui déterminent le temps de rupture dans les conditions de fluage sont souvent importantes aussi et peuvent déterminer la limite supérieure de la durée du chauffage qu'il peut être désirable d'adopter.
Le premier tableau donné ci-dessus montre que le limnet où la rupture s'est produite, moment qui donne une indication de la capacité de l'alliage de résister aux tensions de fluage pendant un laps de temps donné et aussi les propriétés de fatigue de l'alliage sons de telles tensions, passe par un ma- ximum et décroît ensuite.
Pour cette raison, si la résistance à la fatigue présente de l'importance, on préfère à un traite- ment comportant le chauffage pendant 16 heures au moins *-- 1050 C. traitement qui, tout en donnant un taux de fluage bas, communi- que à l'alliage des propriétés inférieures de fatigue, un trai- tementtal que le chauffage pendant huit heures à 1050 G., trai- tement qui communique à l'alliage une bonne résistance à la fatigue en même temps que la capacité de résister aux tensions de fluage pendant de longues périodes de temps.
Bien entendu, étant donné que la combinaison de la résistance au fluage et des propriétés de fatigue qui peuvent être obtenues est une
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fonction de la température et de la durée du chauffage de mise en solution, le traitement précis dépend des besoins.
Le taux de fluage admissible et la période de temps pen- dant laquelle l'article ou pièce doit résister aux conditions de service sont importants aussi et jouent un rôle dans la détermination du traitement thermique qui doit être appliqué. Si un taux de fluage bas à une température relativement basse sous une traction élevée est de première importance et si ni les propriétés élevées de fatigue, ni la possibilité d'une longue période de service (par exemple 500 heures ou davantage) ne sont essentielles, on a oonstaté qu'une longuei période de chauffage à bEsse température donne de meilleur propriétés qu'une période de chauffage plus courte à une température plus élevée.
C'est ainsi que, pour conférer à un article ou pièce fabriqué à partir d'un alliage nickel-chrome du type précité une capacité de résistance à une tension d'au moins 31,50 kg/mm2, à 650 C,. pendant 300 heu- res, sans plus de 0, 1 % d'allongement, on préfère chauffer l'alliage à une température de 1050 C. pendant 30 heures.
;SI l'article ou pièce doit résister à des tensions à tempé- rature élevée, par exemple si les conditions telles qu'elles ont été indiquées dans le paragraphe précédent sont modifiées dans une mesure telle que la tension à laquelle il faudra résister soit de 4,72 kg/mm2 à 800 C. (tension qui, à la température, élevée, est comparable en rigueur à la tension plus élevée à la température plus basse), des températures plus élevées peuvent être adoptées pour le chauffage sans nuire à la combinaison de propriétés obtenue; par exemple, l'alliage en question peut être chauffé à 1225 C. pendant deux heures.
Lorsque la résistancemaximum au fluage n'est pas exigée, mais si la résistance élevée à la fatigue et la suppression de la possibilité de rupture brusque en service sont désirables, on préfère des traitements quelque peu différents de ceux décrits dans le paragraphe précédent. Par'exemple, les conditions peuvent
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être modifiées en demandant une capacité de résistance de seule- ment 18, 90 kg/mm2 à 650 C.
pendant 300 heures sans plus de 0,1 % d'allongement et en ajoutant la condition supplémentaire que l'alliage doit être capable de s'allonger de 0,5 % sans amor- ce de fissure dans le cas où la tension monterait en service au- dessus de 18,90 kg/mm2 à 650 C. ou dans le cas où il serait sou- mis pendant plus de 300 heures à une telle tension ou encore dans le cas où la température monterait à 700 C. Pour obtenir les propriétés permettant de donner satisfaction à ces exigen- ces, on recourt à un traitement intermédiaire qui comporte essentiellement le chauffage pendant une période de temps plus courte que celle indiquée plus haut lorsqu'un faible taux de fluage est la considération primordiale.
Un tel traitement peut, par exemple, être de 4 heures à 1050 C. dans le cas de l'alliage 80 % de nickel - 20% de chrome précédemment décrit.
Si un forgeage à chaud ou tout autre traitement de travail à chaud est appliqué à l'alliage au cours de la fabrica- tion, il est désirable de réchauffer-ensuite l'alliage à la température de formation de solution pendant un temps relative- ment court, une heure par exemple, pour éliminer tous effets contraires aux propriétés de fluage qui auraient pu prendre naissance par l'effet du travail à chaud.
Bien que les exemples donnés plus haut se rapportent tous à des alliages ayant une composition de base du type bien connu 80% de nickel - 20 % de chrome, ils peuvent être appliqués aux autres alliages auxquels l'invention se réfère; toutefois, une certaine modification des températures exactes et des durées de chauffage peut, bien entendu, être nécessaire pour l'obten- tion d'une combinaison particulière quelconque de propriétés.
Les alliages qui donnent des combinaisons de propriétés particu- lièrement bonnes sont ceux ayant comme composition de base :
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EMI9.1
<tb> nickel <SEP> + <SEP> cobalt <SEP> 70 <SEP> % <SEP> au <SEP> mpins
<tb>
<tb> chrome <SEP> de <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> %.
<tb>
De plus, ,on obtient les meilleurs résultats lorsque les éléments ajoutés à la composition de base sont le titane et l'aluminium ou un de ceux-ci.
Des exemples de résultats obtenus avec certains de ces autres alliages en les chauffant pendant 3 heures à 1150 C. et en les réchauffant pendant 16 heures à 700 C. sont les suivants :
EMI9.2
<tb> Alliage <SEP> tension <SEP> Taux <SEP> de <SEP> fluage <SEP> mi- <SEP> Temps <SEP> de <SEP> rupture
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg/mm2 <SEP> minimum <SEP> % <SEP> par <SEP> heure <SEP> en <SEP> heures.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
53% <SEP> Ni <SEP> 20+ <SEP> Or
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> 20% <SEP> Co <SEP> +
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,3% <SEP> Ti
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,4% <SEP> Al <SEP> 28,35 <SEP> 0,0002 <SEP> 1850
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 78%Ni, <SEP> laµ <SEP> Or
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> 5% <SEP> Mo <SEP> +
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,3% <SEP> Ti <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,4% <SEP> Al <SEP> 28,35 <SEP> 000005 <SEP> 1400
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 81%Ni, <SEP> 12% <SEP> Or
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 2,3% <SEP> Ti <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,4% <SEP> Al <SEP> 28,35 <SEP> 0,0002 <SEP> 1600
<tb>
Dans tous ces alliages, le reste est formé de diverses impuretés, en particulier de manganèse,
de silicium et de fer.-
Les artioles ou p&èoes pouvant être fabriqués avec des avantages particuliers conformément à l'invention et qui consti- tuent des produits industriels nouveaux comprennent des pièces de moteurs à combustion interne, de turbines à vapeur ou d'au- tres moteurs, des éléments de tours et, par dessus tout, des pièces de turbines à gaz. '
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"Improvements to articles and parts subjected to tensions at high temperatures".
The present invention relates to articles and parts subjected to stresses at high temperatures, that is to say at temperatures of the order of 600 ° C. and more.
Such articles and parts must not only possess the
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corrosion resistance at elevated temperatures and good general mechanical properties, but also inherently possess creep resistance. Examples of such articles and parts are gas turbine blades and furnace elements which must have good creep properties at high temperatures, properties which are not required in articles or parts which, although they are subjected to tensions, only have to work at low temperatures, as is the case, for example, for the shafts of steam turbines.
The present invention is based on the finding that greatly improved combined properties, including good creep resistance at elevated temperatures, can be obtained if suitable alloys are subjected to. a particular heat treatment during or after the manufacture, from said alloys, of articles or parts.
The alloys to which the present invention refers are those which have a reticular structure and more particularly of the face-centered cubic reticular type, alloys having a base composition between the wide limits: nickel from 5 to 100%, iron from 0 to 85 %, chromium from 0 to 35%, cobalt from 0 to 70%, molybdenum from 0 to 30%, two parts of molybdenum which can be replaced by one part of tungsten, and from 0 to 10% of certain other elements such as , for example, silicon, manganese, vanadium and drunk which may either be present as impurities or may be introduced for some particular reason.
From these basic compositions, the alloys in question are formed by adding at least one of the following elements: titanium, aluminum, niobium, tantalum and glucinium in a total amount of between 0.5 and 10% (to provided that neither the titanium content nor the aluminum content exceeds 5%). However, if the base composition contains more than 5% of molylbdenum, it can be used alone, if desired, without any further addition, the moly beene then acting as an added element.
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Examples of suitable base compositions are:
1 nickel at least 30%, with 0 to 70% cobalt, 0 to 30 instead of molybdenum and 0 to 70% iron;
2 nickel from 90 to 65%, chromium from 10 to 35%, equal proportions of nickel which can be replaced by 0 to 30% of molybdenum and / or by 0 to 60% of oobalt, but with a minimum content 30% nickel;
3 nickel from 25 to 65%, chromium from 10 to 35%, the remainder being iron, equal percentages of iron being able to be replaced by 0 to 30% of molylbdenum and / or by 0 to 65% of cobalt;
4 Austenitic steels containing 10 to 35% chromium, 7 to 25% nickel, 0 to 30% molylbdenum, 0 to 60% cobalt, the remainder (at least 40%) being iron.
In general, it is preferred to keep the carbon content below 0.05%, especially in base compositions of the 80/20 nickel-chromium type, but there may be up to 1% carbon.
From this range of compositions, an alloy having a face-centered cubic type reticular structure is chosen based on the general mechanical properties required and the type of corrosion to which the article or part must have to resist during its service life. . The considerations in question are well known and will not be described here.
The invention generally consists in manufacturing an article or part which, by its nature, must have the creep resistance, from the chosen alloy and, during manufacture, or subsequently, in subjecting the alloy to a heat treatment comprising heating for the dissolution of the alloy at a temperature ranging from 1000 to 1300 C for a period of time corresponding to 48 hours at least for 1000 C to at least 3 hours for 1050 C, at 2 1/2 hours at least for 1100 C, at 2 hours at least for 1150 C, at one hour
EMI3.1
at least for 122500, or at least half an hour for 127500.
or for higher temperatures, cool the alloy through- @
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shooting from this temperature and warming it to a temperature between 850 C and 600 C. for a period of time ranging from 2 to 100 hours to develop good creep properties and other good mechanical properties. For intermediate temperatures, the minimum heating times for dissolution can be determined by plotting a time-temperature curve from the values given above.
In general, heating times longer than the minimum periods specified are used. For example, excellent combinations of properties can be obtained, especially with alloys containing at least 70% nickel and 12-25% chromium with 2.5-3% titanium by heating for at least 8 hours. at 1050 C. for 4 hours at least at 1100 C, for 2 1/2 hours at least at 1150 C. or for 1 1/2 hours at least at 1225 C or at a higher temperature.
It is clear that this heating, in which the periods of time given are those during which the alloy is actually maintained at the temperature under consideration, differs from the hot solution treatment commonly applied to alloys of the type defined in processes involving precipitation hardening. , by the fact that one must use either a higher temperature, or a longer heating time, or both at the same time.
Although various methods have already been proposed using elevated temperatures in hot solution treatments, it is believed that the time and temperature combinations used in the manufacture of articles or parts which, due to by their nature, must have creep resistance, are new; are essential if the improved combinations of properties are to be obtained.
Subsequent reheating before putting the article or part into service is not essential. We prefer to go back to it to be sure that the reheating temperature is higher - 4-
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to that which is reached when the article or part is put into service and, for example, when an alloy of the defined type has to withstand in service temperatures of 650 C., the reheating can advantageously be carried out at 700 C for 16 hours for example.
In the following paragraphs, we will give examples of treatments applied to an alloy having a basic composition of the type 80% nickel - 20% chromium containing 2.3% titanium and 0.35% aluminum. As an example of the effect of varying the heating time, samples of the alloy gave the following results when tested as hot-rolled bars under the very high tensile strength of .37.8 kg / per. m2 12 at a temperature of 650.
Heating time Minimum creep rate Breakdown time
EMI5.1
<tb> to <SEP> 1050 C. <SEP> for <SEP> hundred <SEP> by <SEP> hour <SEP> hours.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> hour <SEP> 0.11 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> hours <SEP> 0.03 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> hours <SEP> 0.005 <SEP> 120
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> hours <SEP> 0.004 <SEP> 170
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> hours <SEP> 0.003 <SEP> 135
<tb>
It will be noted that heating for only one hour at 1050 ° C., a time which would normally be adopted for such a temperature in precipitation hardening or in any other known process (annealing for example) involving heating for the modification of the properties of An alloy is quite unsuitable for producing the high creep resistance, but when the heat output is increased the creep resistance is significantly increased too,
although the rate of increase is low for heating periods exceeding four hours *
As another example, the same alloy was tested under a tensile strength of 28.35 kg / m2 at a temperature of 650 C.
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after various dissolving treatments with heating for 16 hours at 700 C., the results obtained were as follows:
EMI6.1
<tb> Thermal <SEP> treatment <SEP> Minimum <SEP> rate <SEP> of <SEP> creep
<tb>
<tb> for <SEP> hundred <SEP> per <SEP> hour.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
12 <SEP> hours <SEP> to <SEP> 1000 C. <SEP> 0.004
<tb>
<tb> 8 <SEP> hours <SEP> to <SEP> 1050 C. <SEP> 0.00009
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> hours <SEP> to <SEP> 1050 C. <SEP> 0.00002
<tb>
The high temperature fatigue properties, which are controlled by the same factors that determine the failure time under creep conditions are often important as well and can determine the upper limit of the heating time that may be desirable. 'adopt.
The first table given above shows that the limnet where the fracture occurred, which time gives an indication of the ability of the alloy to resist creep stresses for a given period of time and also the fatigue properties of the alloy under such tensions passes through a maximum and then decreases.
For this reason, if fatigue resistance is of importance, it is preferred to a treatment comprising heating for at least 16 hours * - 1050 C. treatment which, while giving a low creep rate, communicates - that to the alloy of inferior fatigue properties, a treatment equal to heating for eight hours at 1050 G., a treatment which imparts to the alloy good fatigue resistance as well as the ability to resist. to creep stresses for long periods of time.
Of course, since the combination of creep resistance and fatigue properties that can be achieved is a
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Depending on the temperature and duration of the solution heating, the precise processing depends on the needs.
The allowable creep rate and the period of time during which the article or part must withstand service conditions are also important and play a role in determining the heat treatment to be applied. If a low creep rate at a relatively low temperature under high tension is of prime importance and neither the high fatigue properties nor the possibility of a long period of service (e.g. 500 hours or more) are essential, It has been found that a long period of heating at low temperature gives better properties than a shorter period of heating at a higher temperature.
Thus, to give an article or part made from a nickel-chromium alloy of the aforementioned type a resistance capacity to a tension of at least 31.50 kg / mm2, at 650 C ,. for 300 hours, with no more than 0.1% elongation, it is preferred to heat the alloy to a temperature of 1050 ° C. for 30 hours.
; IF the article or part has to withstand voltages at high temperature, for example if the conditions as indicated in the previous paragraph are changed to such an extent that the voltage to be resisted is 4.72 kg / mm2 at 800 C. (voltage which at high temperature is rigorously comparable to higher voltage at lower temperature), higher temperatures can be adopted for heating without harming the combination of properties obtained; for example, the alloy in question can be heated at 1225 C. for two hours.
When maximum creep strength is not required, but high fatigue strength and elimination of the possibility of sudden failure in service are desirable, treatments somewhat different from those described in the preceding paragraph are preferred. For example, conditions may
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be modified by requesting a resistance capacity of only 18.90 kg / mm2 at 650 C.
for 300 hours without more than 0.1% elongation and adding the additional condition that the alloy must be able to elongate 0.5% without crack initiation in the event that the tension increases in service above 18.90 kg / mm2 at 650 C. or in the event that it is subjected for more than 300 hours to such a tension or again in the event that the temperature rises to 700 C. To obtain the properties In order to meet these requirements, an intermediate treatment is resorted to which essentially involves heating for a shorter period of time than that indicated above when low creep rate is the primary consideration.
Such a treatment can, for example, be 4 hours at 1050 C. in the case of the 80% nickel - 20% chromium alloy previously described.
If hot forging or other hot working treatment is applied to the alloy during fabrication, it is desirable to then heat the alloy to the solution forming temperature for a relatively long time. short, one hour for example, to eliminate any effects contrary to the creep properties which could have arisen by the effect of hot work.
Although the examples given above all relate to alloys having a basic composition of the well known type 80% nickel - 20% chromium, they can be applied to the other alloys to which the invention refers; however, some modification of the exact temperatures and times of heating may, of course, be necessary to achieve any particular combination of properties.
The alloys which give particularly good combinations of properties are those having as basic composition:
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb> nickel <SEP> + <SEP> cobalt <SEP> 70 <SEP>% <SEP> at <SEP> mpins
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<tb> chrome <SEP> from <SEP> 8 <SEP> to <SEP> 25 <SEP>%.
<tb>
In addition, the best results are obtained when the elements added to the base composition are titanium and aluminum or one of them.
Examples of results obtained with some of these other alloys by heating them for 3 hours at 1150 C. and heating them for 16 hours at 700 C. are as follows:
EMI9.2
<tb> Alloy <SEP> tension <SEP> Creep rate <SEP> <SEP> mid <SEP> Time <SEP> of <SEP> rupture
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<tb> kg / mm2 <SEP> minimum <SEP>% <SEP> per <SEP> hour <SEP> in <SEP> hours.
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53% <SEP> Ni <SEP> 20+ <SEP> Or
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<tb> and <SEP> 20% <SEP> Co <SEP> +
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<tb> 2.3% <SEP> Ti
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<tb> 0.4% <SEP> Al <SEP> 28.35 <SEP> 0.0002 <SEP> 1850
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<tb> 78% Ni, <SEP> laµ <SEP> Or
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<tb> and <SEP> 5% <SEP> Mo <SEP> +
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<tb> 2.3% <SEP> Ti <SEP> and
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<tb> 0.4% <SEP> Al <SEP> 28.35 <SEP> 000005 <SEP> 1400
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<tb> 81% Ni, <SEP> 12% <SEP> Gold
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<tb> + <SEP> 2.3% <SEP> Ti <SEP> and
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<tb> 0.4% <SEP> Al <SEP> 28.35 <SEP> 0.0002 <SEP> 1600
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In all these alloys, the remainder is formed of various impurities, in particular manganese,
silicon and iron.
The artioles or p & èoes which can be manufactured with particular advantages in accordance with the invention and which constitute new industrial products include parts of internal combustion engines, steam turbines or other engines, tower elements. and, above all, gas turbine parts. '