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PERFECTIONNEMENTS AUX ALLIAGES.
La présente invention est relative aux alliages à base de cobalt, l'objet de l'invention étant la fabrication d'alliages dont on pourra faire des coulées ayant une bonne résistance (plus particulièrement une bonne résistance au fluage) ainsi que de la résistance à 1-'oxydation, à des tempé- ratures élevées,,par exemple 700 Co
Les alliages suivant la présente invention renferment :
EMI1.1
<tb> Carbone <SEP> 1,01 <SEP> - <SEP> 3,0%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 20%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 70%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bore <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10% <SEP> )
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tungstène <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10% <SEP> )
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0 <SEP> 10% <SEP> ) <SEP> Total
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Niobium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 6% <SEP> ) <SEP> 6,7 <SEP> - <SEP> 16%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Titane <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2% <SEP> ) <SEP> 6,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tantale <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10% <SEP> )
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 25%
<tb>
avec les impuretés usuelles.
Puisque le tantale est ordinairement présent avec du niobium com- mercial, la référence au niobium dans la présente spécification comprend non seulement le produit pur, mais également les quantités de tantale qui sont or- dinairement présentes dans du niobium commercial tel que par exemple du fer- ro-niobium.
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Une augmentation de la quantité de carbone endéans les limites men- tionnées et l'emploi de quantités totales proportionnellement plus élevées, d'éléments formateurs de carbures (vanadium, molybdène, niobium, etc...) a pour effet une augmentation de la résistance au fluage, mais la ductibilité à froid diminue. Les quantités de carbone et de formateurs de carbures sont par conséquent choisies d'après les propriétés particulières qui doivent prédominer'ou d'après le degré requis d'équilibre entre les deux.
Afin d'obtenir le meilleur résultat, il est désirable de maintenir un équilibre entre le carbone et-les formateurs de carbures; vanadium, tung- stène, molybdène, niobium, titane et tantale. Pour 1,01% de carbone, la quan- tité totale de formateurs de carbures doit être d'environ 6,7% et pour 3% de carbone la quantité totale des formateurs de carbures doit être d'environ 16% Entre les limites de carbone indiquées, on doit employer des quantités de formateurs de carbures proportionnelles à celles indiquéeso
La teneur en fer est de préférence aussi basse qu'il convient pour des raisons d'économie et suivant l'emploi envisagé de ferro-alliages pour les bains de fusion. On peut mentionner à titre indicatif des limites de 10 à 20% pour les quantités de fer préférées.
Des limites plus étroites suivant l'invention sont :
EMI2.1
<tb> Carbone <SEP> 1,01 <SEP> - <SEP> 3%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,3 <SEP> - <SEP> 1,5%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> 1,5%
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 7- <SEP> 14%
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60%
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 15- <SEP> 22%
<tb>
<tb> Bore <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0,5%
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 9%
<tb>
<tb> Tungstène <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4,5%
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 6%
<tb>
<tb> Niobium <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 5,5%
<tb>
<tb> Titane <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb> Tantale <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10%
<tb>
<tb> Fer <SEP> 12- <SEP> 22%
<tb>
avec les impuretés usuelleso
La teneur en nickel est de préférence maintenue basse mais lorsque les coulées obtenues de ces alliages doivent être usinéês,
il est désirable d'employer le nickel en proportion d'environ 10%, ne dépassant pas 20%.
Alors,que le vanadium n'est pas essentiel, sa présence en quantités de 0,5 à 10% est désirable.
Les tableaux suivants donnent des exemples d'alliages fabriqués suivant l'invention et dans chaque exemple le reste est constitué par du fer et par-les impuretés usuelles:
EMI2.2
<tb> Réfé-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rence
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bain <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Ni <SEP> Co <SEP> Cr <SEP> W <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Nb <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.371 <SEP> 1,02 <SEP> 0,8 <SEP> 0,5 <SEP> 12 <SEP> 45 <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 2,9 <SEP> 4,5 <SEP> 1,9 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.
<SEP> 457 <SEP> 2,38 <SEP> 1,0 <SEP> 0,82 <SEP> 11,0 <SEP> 40,5 <SEP> 18,3 <SEP> - <SEP> 2,9 <SEP> 5,8 <SEP> 2,9 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.458 <SEP> 2,96 <SEP> 1,06 <SEP> 1,07 <SEP> 7,8 <SEP> 34,9 <SEP> 18,8 <SEP> - <SEP> 4,6 <SEP> 8,2 <SEP> 4,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.459 <SEP> 1,01 <SEP> 0,8 <SEP> 0,5' <SEP> - <SEP> 57 <SEP> 19- <SEP> 3,0 <SEP> 4;
7 <SEP> 2,1 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.474 <SEP> 1,04 <SEP> 0,85 <SEP> 0,35 <SEP> 9,8 <SEP> 38,1 <SEP> 19,2 <SEP> 3,8 <SEP> 3,4 <SEP> 2,4 <SEP> 2,70 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.513 <SEP> 2,21 <SEP> 0,94 <SEP> 0,84 <SEP> 9,7 <SEP> 37,8 <SEP> 17,6 <SEP> - <SEP> 3,4 <SEP> 5,2 <SEP> 2,00 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.518 <SEP> 2,89 <SEP> 0,8 <SEP> 0,5 <SEP> 9,0 <SEP> 38 <SEP> 19- <SEP> 5,4 <SEP> 5,9 <SEP> 3,3-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.629 <SEP> 1,07 <SEP> 0,92 <SEP> 0,66 <SEP> 9,9 <SEP> 40,2 <SEP> 17,8 <SEP> 3,01 <SEP> 3,26 <SEP> 2.96 <SEP> 3,
05 <SEP> -
<tb>
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb> Réfé- <SEP> Temps <SEP> de <SEP> fracture <SEP> Taux <SEP> de <SEP> fluage <SEP> minimum <SEP> Type
<tb>
<tb> rence <SEP> en <SEP> heures <SEP> pour <SEP> par <SEP> heure <SEP> d'alliage
<tb>
<tb>
<tb> bain <SEP> 10 <SEP> Tonnes <SEP> anglai-
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> ses/pouce <SEP> carré
<tb>
<tb> fusion <SEP> à <SEP> 8500 <SEP> C.
<tb>
EMI3.2
L.371 270 1,5 x 104 foulée L 0457 481 8 x 10-5 Il L 0458 370 7s2 x 05 Il L.459 471 2,2 x 10-5 " L o474 310 194 x 10-4 L . 513 140 199 x lo-4 L-518 375 ε 1 x 10-5 Il L.629 256 890 x l05 "
En plus d'une bonne résistance au fluage, les alliages sui- vant la présente invention possèdent des propriétés de fatigue extrêmement satisfaisantes à des températures élevées. Par exemple, l'alliage L.457 possède une résistance à la fatigue de ° 12 Tonnes anglaises/pouce carré
EMI3.3
à 850oC. pour 100 a000 0000 cycles.
Lorsqu'une ductibilité à froid de l'ordre de 1% est jugée satisfaisante, des alliages de la teneur suivante :
EMI3.4
<tb> Carbone <SEP> 2,2%
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,8%
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,5%
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 10,5%
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 40,0%
<tb>
EMI3.5
Chrome 19,0%
EMI3.6
<tb> Vanadium. <SEP> 5,6%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 4,0%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Niobium <SEP> ( <SEP> + <SEP> Tantale) <SEP> 2,8%
<tb>
sont considérés comme étant les plus satisfaisants.
A 750 C. la matière coulée de la composition ci-dessus résistera à des efforts de 2Z Tonnes an- glaises/pouce carré et des 17 Tonnes anglaises/pouce carré pendant 100 et 1.000 heures respectivement, le taux de fluage minimum étant de 2,0 x 10-4 et le5 x 10-5 par heure respectivement.
EMI3.7
A 85000., la matière résistera à des efforts de 125 T/pouce carré et 8 T/pouce carré pendant 100 et 10000 heures respectivement, le taux de fluage minimum étant de 2 x 104 et 1,2 x 105 par heure respec- tivement. La ductibilité à-chaud de ces coulées est d'environ 3%.
Le dessin ci-joint donné à titre d'exemple montre un gra,phi- que basé sur des alliages fabriqués suivant la présente invention et ayant comme constituants principaux environ 10% nickel, environ 15% fer, environ 19% chrome, le reste étant du cobalt et les quantités usuelles de silicium et de manganèse, plus les formateurs de carbure; vanadium, :molybdène et nio-
EMI3.8
biuméans les rapports 1,4: 1: 07. Les graphiques ont été préparés d'après la moyenne de deux essais sur 'des coulées en moules de sable à froid et les chiffres donnent le temps de fracture en heures sous un effort de 10 T/pouce
EMI3.9
carré à une température de 8500C. La 'bande hachurée représente des alliages
<Desc / Clms Page number 1>
ALLOYS IMPROVEMENTS.
The present invention relates to cobalt-based alloys, the object of the invention being the manufacture of alloys which can be cast with good strength (more particularly good creep resistance) as well as resistance to 1-Oxidation, at elevated temperatures, for example 700 Co
The alloys according to the present invention contain:
EMI1.1
<tb> Carbon <SEP> 1.01 <SEP> - <SEP> 3.0%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 20%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 70%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bore <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0.5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10% <SEP>)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tungsten <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10% <SEP>)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0 <SEP> 10% <SEP>) <SEP> Total
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Niobium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 6% <SEP>) <SEP> 6.7 <SEP> - <SEP> 16%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Titanium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2% <SEP>) <SEP> 6,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tantalum <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10% <SEP>)
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 25%
<tb>
with the usual impurities.
Since tantalum is ordinarily present with commercial niobium, the reference to niobium in this specification includes not only the pure product, but also the amounts of tantalum which are ordinarily present in commercial niobium such as, for example, iron. - ro-niobium.
<Desc / Clms Page number 2>
An increase in the quantity of carbon within the limits mentioned and the use of proportionally higher total quantities of carbide-forming elements (vanadium, molybdenum, niobium, etc.) results in an increase in resistance creep, but cold ductility decreases. The amounts of carbon and carbide formers are therefore selected on the basis of the particular properties which should predominate or on the required degree of balance between the two.
In order to obtain the best result, it is desirable to maintain a balance between carbon and carbide formers; vanadium, tungsten, molybdenum, niobium, titanium and tantalum. For 1.01% carbon the total amount of carbide formers should be about 6.7% and for 3% carbon the total amount of carbide formers should be about 16%. indicated, we must use amounts of carbide formers proportional to those indicated.
The iron content is preferably as low as appropriate for reasons of economy and depending on the intended use of ferroalloys for molten baths. Limits of 10 to 20% for the preferred amounts of iron may be mentioned as an indication.
Narrower limits according to the invention are:
EMI2.1
<tb> Carbon <SEP> 1.01 <SEP> - <SEP> 3%
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.3 <SEP> - <SEP> 1.5%
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 0.6 <SEP> - <SEP> 1.5%
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 7- <SEP> 14%
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60%
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 15- <SEP> 22%
<tb>
<tb> Bore <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 0.5%
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> 0.8 <SEP> - <SEP> 9%
<tb>
<tb> Tungsten <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4.5%
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0.8 <SEP> - <SEP> 6%
<tb>
<tb> Niobium <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 5.5%
<tb>
<tb> Titanium <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2%
<tb>
<tb> Tantalum <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10%
<tb>
<tb> Iron <SEP> 12- <SEP> 22%
<tb>
with the usual impurities o
The nickel content is preferably kept low but when the castings obtained from these alloys have to be machined,
it is desirable to employ nickel in an amount of about 10%, not exceeding 20%.
While vanadium is not essential, its presence in amounts of 0.5-10% is desirable.
The following tables give examples of alloys produced according to the invention and in each example the remainder consists of iron and the usual impurities:
EMI2.2
<tb> Ref-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rence
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bath <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Ni <SEP> Co <SEP> Cr <SEP> W <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Nb <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> from
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.371 <SEP> 1.02 <SEP> 0.8 <SEP> 0.5 <SEP> 12 <SEP> 45 <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 2.9 <SEP> 4 , 5 <SEP> 1.9 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.
<SEP> 457 <SEP> 2.38 <SEP> 1.0 <SEP> 0.82 <SEP> 11.0 <SEP> 40.5 <SEP> 18.3 <SEP> - <SEP> 2.9 <SEP> 5.8 <SEP> 2.9 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.458 <SEP> 2.96 <SEP> 1.06 <SEP> 1.07 <SEP> 7.8 <SEP> 34.9 <SEP> 18.8 <SEP> - <SEP> 4 , 6 <SEP> 8.2 <SEP> 4.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.459 <SEP> 1.01 <SEP> 0.8 <SEP> 0.5 '<SEP> - <SEP> 57 <SEP> 19- <SEP> 3.0 <SEP> 4;
7 <SEP> 2.1 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.474 <SEP> 1.04 <SEP> 0.85 <SEP> 0.35 <SEP> 9.8 <SEP> 38.1 <SEP> 19.2 <SEP> 3.8 <SEP > 3.4 <SEP> 2.4 <SEP> 2.70 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.513 <SEP> 2.21 <SEP> 0.94 <SEP> 0.84 <SEP> 9.7 <SEP> 37.8 <SEP> 17.6 <SEP> - <SEP> 3 , 4 <SEP> 5.2 <SEP> 2.00 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.518 <SEP> 2.89 <SEP> 0.8 <SEP> 0.5 <SEP> 9.0 <SEP> 38 <SEP> 19- <SEP> 5.4 <SEP> 5, 9 <SEP> 3.3-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> L.629 <SEP> 1.07 <SEP> 0.92 <SEP> 0.66 <SEP> 9.9 <SEP> 40.2 <SEP> 17.8 <SEP> 3.01 <SEP > 3.26 <SEP> 2.96 <SEP> 3,
05 <SEP> -
<tb>
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb> Ref- <SEP> Time <SEP> of <SEP> fracture <SEP> Rate <SEP> of <SEP> creep <SEP> minimum <SEP> Type
<tb>
<tb> number <SEP> in <SEP> hours <SEP> for <SEP> by <SEP> hour <SEP> of alloy
<tb>
<tb>
<tb> bath <SEP> 10 <SEP> Tons <SEP> English
<tb>
<tb>
<SEP> <tb> ses / square <SEP> inch
<tb>
<tb> merge <SEP> to <SEP> 8500 <SEP> C.
<tb>
EMI3.2
L.371 270 1.5 x 104 stride L 0457 481 8 x 10-5 Il L 0458 370 7s2 x 05 Il L.459 471 2.2 x 10-5 "L o474 310 194 x 10-4 L. 513 140 199 x lo-4 L-518 375 ε 1 x 10-5 Il L.629 256 890 x l05 "
In addition to good creep resistance, the alloys according to the present invention possess extremely good fatigue properties at elevated temperatures. For example, alloy L.457 has a fatigue strength of ° 12 English tons / square inch
EMI3.3
at 850oC. for 100,000,000,000 cycles.
When a cold ductility of the order of 1% is considered satisfactory, alloys with the following content:
EMI3.4
<tb> Carbon <SEP> 2.2%
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 0.8%
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.5%
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 10.5%
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 40.0%
<tb>
EMI3.5
Chromium 19.0%
EMI3.6
<tb> Vanadium. <SEP> 5.6%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 4.0%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Niobium <SEP> (<SEP> + <SEP> Tantalum) <SEP> 2.8%
<tb>
are considered to be the most satisfactory.
At 750 C. the cast material of the above composition will withstand stresses of 2Z Tons / sq. Inch and 17 Tons / sq. Inch for 100 and 1000 hours respectively, the minimum creep rate being 2. 0 x 10-4 and 5 x 10-5 per hour respectively.
EMI3.7
At 85,000., The material will withstand stresses of 125 T / square inch and 8 T / square inch for 100 and 10,000 hours respectively, the minimum creep rate being 2 x 104 and 1.2 x 105 per hour, respectively. . The hot ductibility of these castings is about 3%.
The accompanying illustrative drawing shows a graph based on alloys made according to the present invention and having as main constituents about 10% nickel, about 15% iron, about 19% chromium, the balance being. cobalt and the usual amounts of silicon and manganese, plus carbide formers; vanadium,: molybdenum and nio-
EMI3.8
at the ratios 1.4: 1: 07. The graphs have been prepared from the average of two tests on cold sand mold castings and the figures give the fracture time in hours under a stress of 10 T. /thumb
EMI3.9
square at a temperature of 8500C. The 'hatched band represents alloys