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PERFECTIONNEMENTS AUX:ALLIAGES.
L'invention concerne des perfectionnements apportés aux alliages.
L'alliage selon l'invention est particulièrement propre à être utilisé pour des pièces qui doivent pouvoir supporter de fortes sollicita- tions à des températures élevées et résister à la réactivité en charge (creep).
Selon l'invention, un alliage résistant à la réactivité en charge et prévu pour être utilisé aux températures élevées comprend : '0,0 à 0,25% de carbone, 1,50 à 3,300% de titane, 0,0 à 1,00% de manganèse, 1,00 à 4,00% d'aluminium, 0,0 à 1,00% de silicium, 0,01 à 0,50% de bore, 13,00 à 17,00% de chrome, 8,00 à 12,00% de fer, 4,00 à 6,00% de mo- lybdène, le reste étant du nickel.
La manière dont l'invention peut être réalisée sera décrite en détails 'ci-après :
L'alliage résistant à la réactivité en charge aux hautes tempé- ratures, conformément à l'invention, consiste de préférence en :
EMI1.1
<tb> carbone <SEP> 0,10 <SEP> à <SEP> 0,20%
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 0,25 <SEP> % <SEP> maximum
<tb>
<tb> silicium <SEP> 0,75% <SEP> maximum
<tb>
<tb> chrome <SEP> 13,00 <SEP> à <SEP> 17,00%
<tb>
<tb> molybdène <SEP> 4,00 <SEP> à <SEP> 6,00%
<tb>
<tb> titane <SEP> 1,50 <SEP> à <SEP> 3,00%
<tb>
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EMI2.1
<tb> aluminium <SEP> 2,00 <SEP> à <SEP> 4,00%
<tb>
<tb> bore <SEP> 0,01 <SEP> à <SEP> 0,10%
<tb>
<tb> fer <SEP> 8,00 <SEP> à <SEP> 12,00%
<tb>
<tb> nickel <SEP> le <SEP> reste
<tb>
Bien que cette composition de l'alliage conforme à l'invention soit préférée,
certaines modifications peuvent être apportées aux proportions de plusieurs constituants, sans pour cela s'écarter des principes de l'inven- tion. Par exemple, dans certaines applications, on peut envisager d'omettre complètement le carbone, tandis que, dans d'autres, sa proportion peut s'é- lever.jusque 0,25%.
Le bore exerce un effet puissant sur l'allée. Lorsqu'on augmen- te la teneur en bore au-dessus de 0,10%, la résistance à la réactivité en charge aux températures élevées augmente, tandis que la ductilité diminue.
On peut tirer parti de l'augmentation de la résistance à la réactivité en charge aux températures élevées, dûe à une teneur plus élevée en bore, tout en restant dans les limites imposées par la ductilité exigée de l'alliage dans l'application considérée. D'une façon générale, la teneur en bore peut varier entre 0,01% environ et 0,5% environ. '
L'invention prévoit également que les quantités maxima de sili- cium et de manganèse peuvent être élevées jusqu'à 1% environ pour des appli- cations particulières. La teneur en aluminium peut être réduite jusqu'à en- viron 1% pour certaines applications.
Ci-après quelques exemples démonstratifs d'alliages types confor- mes à l'invention, ainsi que les résultats d'essais effectués avec ces allia- ges.
EXEMPLE 1.
On coule avec précision, dans des moules permanents, des éprouvet- tes d'un alliage fondu dans un four à induction et ayant en substance la com- position suivante :carbone 0,15%, manganèse 0,08%, silicium 0,30%, chrome 15,0%, molybdène 4,63%, fer 11,6%, aluminium 3,23%, titane 2,91%, bore 0,02%, le reste étant du nickel.
Les éprouvettes établies en cet alliage sont soumises à un effort de traction statique de 24.250 livres par pouce carré, à une température de 1500 F. Dans ces conditions, il faut 680 heures pour allonger l'éprouvette de 1% et 805 heures pour en produire la rupture. La résistance au choc, à la température du laboratoire, d'éprouvettes Charpy non entaillées, accuse 28 à 36 pieds-livres. Le même alliage est soumis à un autre essai analogue, sauf que la température est de 1600 F et que l'effort de traction statique est de 25.00 ,livres par pouce carré ; ce cas, la période de réactivité en charge est de 40 heures et l'allongement de 3,70% à la rupture. Il faut 32 heures pour produire 1% de réactivité en charge.
,
EXEMPLE 2.
On coule avec précision des éprouvettes d'un alliage composé de carbone 0,12%, manganèse 0,09%, silicium 0,35%, chrome 15,5%, molybdène 4,75%, fer 10,6%, aluminium 2,85%, titane 2,51%, bore 0,024%, le reste étant du nickel. La résistance au choc, à la température du laboratoire, d'é- prouvettes Charpy non entaillées est de 34 à 42 pieds -livres. Une éprouvet- te de cet alliage est soumise à un essai de fatigue. à la température de 1500 F, sous un effort de traction statique de 24.250 livres par pouce carré et à un effort de flexion dynamique de plus, ou moins, 19.250 livres par pou- ce carré.
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En d'autres termes, l'effort varie d'une façon répétée au cours de cet essai, entre 5.000 et 430000 livres par pouce carré. La char- ge varie- 180 fois par seconde. Au bout de 284 heures, le barreau ne présen - te qu'un allongement de 0,5%. L'essai est interrompu après 307 heures, et le barreau parait en bon état. Au moment de l'interruption de l'essai le barreau subit un allongement de 0,69%. Le même alliage est soumis à un es- sai de fatigue analogue, sauf qu'on applique une température de 1600 F. 'Il faut dans ces conditions 30 heures pour provoquer un allongement du barreau de 1%, et 42 heures pour en provoquer la rupture.
Le pourcentage d'allonge- ment à la rupture est de 3,75%.
EMI3.1
tlJÇ tn::4L-
On coule-avec précision des éprouvettes d'un alliage composé de : carbone 0,15%, manganèse 0,06%, silicium 0,47%, chrome 14,6%, molyb- dène 4,98%, fer 10,1%, aluminium 2,20%, titane 2,71%, bore 0,02%, le reste étant du nickel. La résistance au choc d'éprouvettes Charpy non entaillées est à la température du laboratoire, de 34 à 44 pieds-livres.
Une éprouvette en cet alliage est soumise à un effort de trac- tion statique de 24.250 livres par pouce carré, à une température de 1500 F.
Il faut, dans ces conditions, 186 heures'pour obtenir un allongement de l'é- prouvette de 1% et 221 heures pour en provoquer la rupture. L'allongement de l'éprouvette à la rupture est de 2,28%.
EXEMPLE 4.
On coule avec précision des éprouvettes d'un alliage composé de : carbone 0,14-il., manganèse 0,12%, silicium 0,43%, chrome 14,6%, molybdène 4,72% fer 11,5%, aluminium 2,89%, titane 2,52%, bore 0,122%, le*reste étant du ni- ckel. La résistance au choc d'éprouvettes Charpy non entaillées, à la tempé- rature du laboratoire est de 22 à 30 pieds-livres.
Une éprouvette en cet alliage est soumise à un effort de traction statique de 24.250 livres par pouce carré à une température de 1600 F. Dans ces conditions, il faut 50,5 heures pour obtenir un allongement de l'éprouvet- te de 1%. L'essai est interrompu après 64 heures et l'éprouvette paraît en bon état. Lors de l'interruption de l'essai, l'allongement est de 3,75%.
Une autre éprouvette en ce même alliage est soumise à un essai de fatigue.
Cet essai est effectué à une température de 1600 F, dans les conditions de charge indiquées dans l'exemple 2. Dans ces conditions, il faut 20 heures pour obtenir un allongement de l'éprouvette de 1% et 37,2 heures pour en pro- voquer la rupture. Le pourcentage d'allongement à la rupture est de 4,25.
L'alliage ou les alliages selon l'invention peuvent être préparés ou établis de toute manière voulue. On peut faire usage de n'importe quel four de fusion. Des exemples types de fours qui ont été utilisés sont le four à arc à chauffage indirect et le four à induction. On emploie de pré- férence des atmosphères protectrices.pendant l'opération de fusion. Il est également préférable d'employer une atmosphère protectrice dans les moules servant à la coulée du métal. Les moules peuvent être constitués en des ma- tières couramment employées pour les alliages à haute température.
REVENDICATIONS.
1. - Alliage résistant à la réactivité en charge, destiné à être utilisé à des températures élevées, comprenant 0,0 à 0,25% de carbone, 1,50 à 3,00% de titane, 0,0 à 1,00% de manganèse, 1,00 à 4,00% d'aluminium, 0,0 à 1,00% de silicium, 0,01 à 0,50% de bore, 13,00 à 17,00% de chrome, 8,00 à 12,00% de fer, 4,00 à 6,00% de molybdène, le reste étant du nickel.
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IMPROVEMENTS IN: ALLOYS.
The invention relates to improvements to alloys.
The alloy according to the invention is particularly suitable for being used for parts which must be able to withstand strong stresses at high temperatures and withstand reactivity under load (creep).
According to the invention, an alloy resistant to reactivity under load and intended for use at elevated temperatures comprises: '0.0 to 0.25% carbon, 1.50 to 3.300% titanium, 0.0 to 1, 00% manganese, 1.00 to 4.00% aluminum, 0.0 to 1.00% silicon, 0.01 to 0.50% boron, 13.00 to 17.00% chromium, 8.00 to 12.00% iron, 4.00 to 6.00% molybdenum, the remainder being nickel.
The manner in which the invention can be carried out will be described in detail below:
The alloy which is resistant to the reactivity under load at high temperatures, according to the invention, preferably consists of:
EMI1.1
<tb> carbon <SEP> 0.10 <SEP> to <SEP> 0.20%
<tb>
<tb> manganese <SEP> 0.25 <SEP>% <SEP> maximum
<tb>
<tb> silicon <SEP> 0.75% <SEP> maximum
<tb>
<tb> chrome <SEP> 13.00 <SEP> to <SEP> 17.00%
<tb>
<tb> molybdenum <SEP> 4.00 <SEP> to <SEP> 6.00%
<tb>
<tb> titanium <SEP> 1.50 <SEP> to <SEP> 3.00%
<tb>
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EMI2.1
<tb> aluminum <SEP> 2.00 <SEP> to <SEP> 4.00%
<tb>
<tb> boron <SEP> 0.01 <SEP> to <SEP> 0.10%
<tb>
<tb> iron <SEP> 8.00 <SEP> to <SEP> 12.00%
<tb>
<tb> nickel <SEP> the <SEP> remains
<tb>
Although this composition of the alloy in accordance with the invention is preferred,
certain modifications can be made to the proportions of several constituents, without thereby departing from the principles of the invention. For example, in some applications it may be considered to omit carbon entirely, while in others its proportion may be as high as 0.25%.
Boron has a powerful effect on the driveway. As the boron content is increased above 0.10%, the resistance to load reactivity at elevated temperatures increases, while ductility decreases.
It is possible to take advantage of the increased resistance to reactivity under load at high temperatures, due to a higher boron content, while remaining within the limits imposed by the required ductility of the alloy in the application considered. In general, the boron content can vary between approximately 0.01% and approximately 0.5%. '
The invention also provides that the maximum amounts of silicon and manganese may be high up to about 1% for particular applications. The aluminum content can be reduced down to about 1% for some applications.
Below are some demonstrative examples of typical alloys in accordance with the invention, as well as the results of tests carried out with these alloys.
EXAMPLE 1.
Test specimens of an alloy melted in an induction furnace and having the following composition in substance: carbon 0.15%, manganese 0.08%, silicon 0.30 are cast with precision in permanent molds. %, chromium 15.0%, molybdenum 4.63%, iron 11.6%, aluminum 3.23%, titanium 2.91%, boron 0.02%, the remainder being nickel.
The specimens made of this alloy are subjected to a static tensile force of 24,250 pounds per square inch, at a temperature of 1500 F. Under these conditions, it takes 680 hours to lengthen the specimen by 1% and 805 hours to produce it. breaking. The impact strength at laboratory temperature of non-notched Charpy specimens is 28 to 36 foot-pounds. The same alloy is subjected to another similar test, except that the temperature is 1600 F and the static tensile stress is 25.00, pounds per square inch; in this case, the reactivity period under load is 40 hours and the elongation 3.70% at break. It takes 32 hours to produce 1% responsiveness under load.
,
EXAMPLE 2.
Specimens are cast with precision from an alloy composed of 0.12% carbon, 0.09% manganese, 0.35% silicon, 15.5% chromium, 4.75% molybdenum, 10.6% iron, aluminum 2 , 85%, titanium 2.51%, boron 0.024%, the remainder being nickel. The impact strength, at laboratory temperature, of non-notched Charpy test tubes is 34 to 42 lb-ft. A test piece of this alloy is subjected to a fatigue test. at a temperature of 1500 F, under a static tensile stress of 24,250 pounds per square inch and a dynamic bending stress of more or less 19,250 pounds per square inch.
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In other words, the stress repeatedly varies during this test, between 5,000 and 430,000 pounds per square inch. The load varies- 180 times per second. After 284 hours, the bar shows only an elongation of 0.5%. The test was interrupted after 307 hours, and the bar appeared to be in good condition. When the test is interrupted, the bar undergoes an elongation of 0.69%. The same alloy is subjected to a similar fatigue test, except that a temperature of 1600 F. is applied. It takes 30 hours under these conditions to cause an elongation of the bar of 1%, and 42 hours to cause it to elongate. rupture.
The percentage of elongation at break is 3.75%.
EMI3.1
tlJÇ tn :: 4L-
Specimens of an alloy composed of: carbon 0.15%, manganese 0.06%, silicon 0.47%, chromium 14.6%, molybdenum 4.98%, iron 10.1 are cast with precision. %, aluminum 2.20%, titanium 2.71%, boron 0.02%, the remainder being nickel. The impact strength of non-notched Charpy specimens is at laboratory temperature, 34 to 44 foot-pounds.
A specimen of this alloy is subjected to a static tensile stress of 24,250 pounds per square inch at a temperature of 1,500 F.
It takes, under these conditions, 186 hours to obtain an elongation of the test piece of 1% and 221 hours to cause it to rupture. The elongation of the test piece at break is 2.28%.
EXAMPLE 4.
Specimens are cast with precision of an alloy composed of: carbon 0.14-il., Manganese 0.12%, silicon 0.43%, chromium 14.6%, molybdenum 4.72% iron 11.5%, aluminum 2.89%, titanium 2.52%, boron 0.122%, the remainder being nickel. The impact strength of non-notched Charpy specimens at laboratory temperature is 22 to 30 foot-pounds.
A specimen of this alloy is subjected to a static tensile stress of 24,250 pounds per square inch at a temperature of 1600 F. Under these conditions, it takes 50.5 hours to achieve an elongation of the specimen of 1%. The test is stopped after 64 hours and the test piece appears to be in good condition. When the test was stopped, the elongation was 3.75%.
Another test piece in this same alloy is subjected to a fatigue test.
This test is carried out at a temperature of 1600 F, under the loading conditions indicated in Example 2. Under these conditions, it takes 20 hours to obtain an elongation of the test piece of 1% and 37.2 hours to pro - evoke the rupture. The percentage of elongation at break is 4.25.
The alloy or alloys according to the invention can be prepared or established in any desired manner. Any melting furnace can be used. Typical examples of furnaces which have been used are the indirect heating arc furnace and the induction furnace. Protective atmospheres are preferably employed during the melting process. It is also preferable to employ a protective atmosphere in the molds used for casting the metal. The molds can be made from materials commonly used for high temperature alloys.
CLAIMS.
1. - Alloy resistant to reactivity under load, intended for use at high temperatures, comprising 0.0 to 0.25% carbon, 1.50 to 3.00% titanium, 0.0 to 1.00 % Manganese, 1.00 to 4.00% Aluminum, 0.0 to 1.00% Silicon, 0.01 to 0.50% Boron, 13.00 to 17.00% Chromium, 8 , 00 to 12.00% iron, 4.00 to 6.00% molybdenum, the balance being nickel.