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"Corps composé pour éléments de machines, qui doivent présenter une grande résistance à la chaleur et à l'incandescence."
Le besoin de matières résistant aux températures élevées et ne devenant pas incandescentes s'est fortement accru ces dernières années, spécialement à cause du développement des turbines à gaz d'échappement. Dans ce but, on a développé une série d'aciers de haute qualité, qui étaient composés en particulier de métaux du groupe du fer et de chrome avec des proportions variables de molyb- dène, wolfram, vanadium, niobium, tantale, silicium, aluminium et autres.
On a constaté que ces matières résistaient à l'incandes- cence mais, qu'elles n'avaient qu'une résistance mécanique faible à des températures d'environ ,1000 C. et qu'elles avaient tendance à couler ou à fluer.
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On a également déjà proposé d'utiliser des matières cérami- ques dans ce but, mais ces dernières n'ont généralement pas donné de bons résultats à cause de leur manque d'adaptation aux varia- tions de température. D'après une autre proposition, on a voulu fabriquer des corps résistant aux températures élevées, à partir de molybdène ou de wolfram, qui devaient être protégés contre l'oxydation par un revêtement d'oxydes métalliques, par exemple de sillimanite. Mais ces matières présentent cependant l'inconvé- nient que l'obtention d'une liaison parfaite entre le métal et l'oxyde métallique s'accompagne de difficultés considérables.
Finalement, on a déjà proposé pour des éléments de machine, qui doivent présenter une forte résistance à la chaleur et à l'in- candescence, spécialement pour aubes et turbines à gaz d'échappe- ment, un corps composé, qui se compose d'une phase carbure et d'un alliage analogue à de la stellite. Etant donné que l'alliage dé- crit n'a qu'une faible teneur en carbure de titane, il ne répond que dans une faible mesure aux exigences posées à des matières de cette espèce.
La présente invention a pour objet un corps composé pour éléments de machine, qui doivent présenter une résistance aux tem- pératures élevées et à l'incandescence, spécialement pour aubes de turbines à gaz d'échappement, ce corps se composant d'une phase carbure contenant du carbure de titane et d'un alliage résistant à l'incandescence, et elle réside en ce que la proportion de carbure de titane dans la phase carbure est au moins de 80%. Une matière composée de cette espèce conserve encore sa résistance mécanique à des températures jusqu'à 1350 C et n'est pas non plus portée à incandescence à ces températures.
On connaît déjà des matières utilisées pour des tours à grande vitesse, des tuyères de tréfilerie, etc..., qui sont composées de 60% à 85% de carbure de titane et de cobalt. Mais la présente in- vention utilise le fait que les carbures de métaux à température de fusion élevée présentent une grande résistance mécanique, même
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à des températures très élevées. Cependant, un corps massif, fa- briqué en ces carbures ne résisterait pas suffisamment à l'incan- descence et serait, en outre, assez fragile. Grâce à l'addition d'un alliage connu en soi, résistant à la chaleur et à l'incandes- cence, aux carbures à température de fusion élevée, on obtient une matière, qui, en plus d'une résistance mécanique élevée, pré- sente également une résistance excellente à la chaleur et à l'in- candescence.
Bien que dans ce but, on doive essayer d'employer des alliages résistant à l'incandescence qui présentent également une bonne résistance aux températures élevées, on peut également, dans le cas présent, employer des alliages n'ayant qu'une faible résistance aux températures élevées. C'est ainsi que, suivant la présente invention, la teneur de carbures à point de fusion élevé, de préférence sous forme d'armature de carbure, augmente, d'une part, considérablement la résistance à la chaleur d'alliages connus, déjà résistants à la chaleur, et, d'autre part, confère aux alliages de faible résistance à la chaleur mais résistant à l'incandescence, la résistance élevée à la chaleur nécessaire.
Grâce à l'addition d'autres carbures, qui forment des cris- taux mixtes avec le carbure de titane, on peut encore augmenter la résistance de l'armature de carbure et améliorer sa capacité de revêtement par des alliages résistant à l'incandescence. Dans ce but, les carbures suivants peuvent être utilisés : carbure de molyb- dène, carbure de wolfram, carbure de zirconium, carbure de vanadium, carbure de niobium, carbure de tantale, carbure de celtium, carbure de chrome, etc... On a constaté que, dans ce cas, il était avanta- geux de choisir la composition de façon telle que la quantité de carbure de titane s'élève à plus de 80% de la proportion de carbure de la matière.
La proportion d'alliages résistant à l'incandescence dans la matière composée est, de préférence, de 15 - 40%. Les alliages suivants, par exemple, résistant à la chaleur et à l'incandescence, se sont avérés particulièrement appropriés à ce but:
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1) 0,1 - 0,4% C ; 0,5 - 1,5% Mn; 0,5 - 1% Si ; 15 - 20% Cr ;
10 - 25% Ni; 0,5 - 2% Mo ; 1 - 2% W ; 0,5 - 4% Nb ;
0 - 0,5% Ti ; reste Fe.
2) 0,05 - 0,5% C; 0,5 - 1% Mn; 0,4 - 0,7% Si; 15 - 25% Cr;
20 - 40% Ni ; 20 - 45% Co; 3 - 4% Mo; 3 - 5 % Nb ;
0- 2,5% Ti ; reste Fe.
3) 0,2 - 0,4% C ; 0,2 - 0,4% Mn ; 0,15 - 0,25% Si ;
25 - 30% Cr ; 60 - 65% Co ; 4 - 5 % Mo; reste Fe.
4) 0,4 - 0,5 % C ; 0,5 - 1% Mn ; 0,5 - 1% Si ; 15 - 30% Cr ;
5 % Mo ; 7 % W ; reste Fe.
5) 25 - 35 % Cr ; 3 - 6 % Al ; 0,2 - 0,5 % Si ; reste Fe.
Le choix des alliages résistant à la chaleur et à l'incan- descence dépend essentiellement des exigences posées à la matière.
C'est ainsi que, par exemple, les alliages 1, 2, 3 et 4 présentent encore une résistance élevée à la chaleur et à l'incandescence entre 800 et 1000 C. Les corps composés, qui ont été fabriqués suivant la présente invention, à l'aide de ces alliages, ont cepen- dant une résistance à la chaleur considérablement plus élevée. Par suite de la résistance à la chaleur élevée de l'armature de carbure, on a, en outre, la possibilité d'utiliser des alliages, comme selon l'exemple 5, qui résistent de façon excellente à l'incandescence jusqu'à 1300 C mais qui n'ont qu'une faible résistance à la chaleur.
La préparation du corps composé peut avoir lieu en consti- tuant par agglomération, à l'aide des carbures, une armature dans laquelle sont coulés les alliages résistant à la chaleur et à l'in- candescence. Suivant la quantité de l'alliage à incorporer, il faut rendre l'armature plus ou moins poreuse. La porosité de l'armature dépend essentiellement de la pression sous laquelle ses constituants en poudre sont comprimés, cette pression étant de pré- férence comprise entre 0,5 et 4 T/cm2, tandis que la température
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d'agglomération, qui peut être comprise entre 1100 et 2500 C, influence, en premier lieu, les propriétés de résistance.
Mais pour préparer le corps composé, on peut également mé- langer sous forme de poudre, comprimer et agglomérer les carbures avec les alliages résistant à la chaleur et à l'incandescence.
Dans ce dernier cas, il est préférable de procéder encore, après l'agglomération préalable, à une agglomération sous pression et, dans certaines circonstances, à une agglomération ultérieure, de plus longue durée, pour qu'une armature de carbure solide puisse se former dans l'aggloméré. La durée de l'agglomération ultérieure peut être comprise entre 5 et 50 heures tandis que la température est généralement comprise entre 1300 et 1500 C.
Le corps conforme à la présente invention convient spéciale- ment pour des éléments de machine, qui sont soumis à des températu- res élevées mais on peut également l'utiliser avantageusement dans tous les cas où l'on exige une matière qui, même à des températures supérieures à 1000 C, doit encore présenter une résistance mécani- que élevée et une bonne résistance à l'incandescence.
REVENDICATIONS.
1. Corps composé pour éléments de machines qui doivent présen- ter des résistances élevées à la chaleur et à l'incandescence, spé- cialement pour aubes de turbines à gaz d'échappement se composant d'une phase carbure comportant du carbure de titane et d'un alliage résistant à l'incandescence, caractérisé en ce que la proportion de carbure de titane de la phase carbure s'élève au moins à 80%.
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"Compound body for parts of machines, which must have a high resistance to heat and incandescence."
The need for materials resistant to high temperatures and not glowing has increased sharply in recent years, especially with the development of exhaust gas turbines. For this purpose, a series of high quality steels were developed, which were composed in particular of metals of the iron group and chromium with varying proportions of molybdenum, wolfram, vanadium, niobium, tantalum, silicon, aluminum. and others.
These materials have been found to be resistant to incandescent, but have little mechanical strength at temperatures of about 1000 ° C. and tend to flow or creep.
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It has also already been proposed to use ceramic materials for this purpose, but these have generally not given good results because of their lack of adaptation to changes in temperature. According to another proposal, it has been desired to produce high temperature resistant bodies from molybdenum or wolfram which should be protected against oxidation by a coating of metal oxides, for example sillimanite. However, these materials have the disadvantage that obtaining a perfect bond between the metal and the metal oxide is accompanied by considerable difficulties.
Finally, it has already been proposed for machine elements, which must have a high resistance to heat and flame, especially for vanes and exhaust gas turbines, a compound body, which consists of 'a carbide phase and a stellite-like alloy. Since the alloy described has only a low titanium carbide content, it only meets the requirements of materials of this kind to a small extent.
The present invention relates to a composite body for machine elements, which must have resistance to high temperatures and to incandescence, especially for blades of exhaust gas turbines, this body consisting of a carbide phase. containing titanium carbide and an alloy resistant to incandescent, and it is that the proportion of titanium carbide in the carbide phase is at least 80%. A material composed of this species still retains its mechanical strength at temperatures up to 1350 ° C. and is not fired at these temperatures either.
Materials used for high speed lathes, wire drawing nozzles, etc., are already known, which are composed of 60% to 85% of titanium carbide and cobalt. But the present invention makes use of the fact that metal carbides with a high melting point have a high mechanical strength, even.
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at very high temperatures. However, a massive body made from these carbides would not sufficiently resist the glow and would, moreover, be quite brittle. Thanks to the addition of an alloy known per se, resistant to heat and to incandescent, to carbides with a high melting temperature, a material is obtained which, in addition to high mechanical strength, pre - also feels excellent resistance to heat and flame.
Although for this purpose an attempt should be made to employ glow resistant alloys which also exhibit good high temperature resistance, in the present case it is also possible to employ alloys having only low resistance to heat. high temperatures. Thus, according to the present invention, the content of high melting point carbides, preferably in the form of carbide reinforcement, on the one hand considerably increases the heat resistance of known alloys, already heat resistant, and, on the other hand, gives low heat resistance but incandescent resistant alloys the necessary high heat resistance.
By adding other carbides, which form mixed crystals with the titanium carbide, the strength of the carbide reinforcement can be further increased and its coating ability improved with glow-resistant alloys. For this purpose, the following carbides can be used: molybdenum carbide, wolfram carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tantalum carbide, celtium carbide, chromium carbide, etc. found that, in this case, it was advantageous to choose the composition such that the amount of titanium carbide amounts to more than 80% of the carbide proportion of the material.
The proportion of glow resistant alloys in the composite material is preferably 15 - 40%. The following alloys, for example heat and incandescent resistant, have been found to be particularly suitable for this purpose:
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1) 0.1 - 0.4% C; 0.5 - 1.5% Mn; 0.5 - 1% Si; 15 - 20% Cr;
10 - 25% Ni; 0.5 - 2% Mo; 1 - 2% W; 0.5 - 4% Nb;
0 - 0.5% Ti; remain Fe.
2) 0.05 - 0.5% C; 0.5 - 1% Mn; 0.4 - 0.7% Si; 15 - 25% Cr;
20 - 40% Ni; 20 - 45% Co; 3-4% Mo; 3 - 5% Nb;
0-2.5% Ti; remain Fe.
3) 0.2 - 0.4% C; 0.2 - 0.4% Mn; 0.15 - 0.25% Si;
25 - 30% Cr; 60 - 65% Co; 4 - 5% Mo; remain Fe.
4) 0.4 - 0.5% C; 0.5 - 1% Mn; 0.5 - 1% Si; 15 - 30% Cr;
5% Mo; 7% W; remain Fe.
5) 25 - 35% Cr; 3 - 6% Al; 0.2 - 0.5% Si; remain Fe.
The choice of heat and glow resistant alloys depends mainly on the demands placed on the material.
Thus, for example, alloys 1, 2, 3 and 4 still exhibit a high resistance to heat and to incandescence between 800 and 1000 C. The compound bodies, which have been manufactured according to the present invention, using these alloys, however, have a considerably higher heat resistance. Due to the high heat resistance of the carbide reinforcement, it is furthermore possible to use alloys, as according to Example 5, which are excellent in incandescent resistance up to 1300. C but which have only a low resistance to heat.
The preparation of the compound body can take place by forming by agglomeration, with the aid of the carbides, a reinforcement in which the alloys resistant to heat and to flame are cast. Depending on the amount of alloy to be incorporated, the reinforcement must be made more or less porous. The porosity of the reinforcement depends essentially on the pressure under which its powdered constituents are compressed, this pressure being preferably between 0.5 and 4 T / cm2, while the temperature
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agglomeration, which can be between 1100 and 2500 C, influences, in the first place, the properties of resistance.
But to prepare the compound body, it is also possible to mix in powder form, compress and agglomerate the carbides with the heat and glow resistant alloys.
In the latter case, it is preferable to proceed again, after the prior agglomeration, to an agglomeration under pressure and, in certain circumstances, to a subsequent agglomeration, of longer duration, so that a solid carbide reinforcement can form. in the chipboard. The duration of subsequent agglomeration can be between 5 and 50 hours while the temperature is usually between 1300 and 1500 C.
The body according to the present invention is particularly suitable for machine parts which are subjected to high temperatures, but it can also be used advantageously in all cases where a material is required which, even at high temperatures. temperatures above 1000 C, must still exhibit high mechanical strength and good resistance to incandescence.
CLAIMS.
1. Compound body for parts of machines which must have high resistance to heat and glow, especially for exhaust gas turbine blades consisting of a carbide phase comprising titanium carbide and of an alloy resistant to incandescent, characterized in that the proportion of titanium carbide of the carbide phase is at least 80%.