<Desc/Clms Page number 1>
" Alliage à bace de nickel "
La présente invention se rapporte a des alliages destinés a être utilisés à des températures.. élevées,et en particulier à des températures supé- rieures à 815 C, Elle se rapporte plus particuliè- rement à'des alliages contenant des quantités impor- tantes de nickel, cobalt et chrome, et des quantités moindres mais effectives et nécessaires de bore, d'aluminium, de titane et de molybdène. Une carac- téristique importante de la présente invention est l'addition à l'alliage de bore en quantités relati- vement faibles mais en relation contrôlée avec l'alu- minium et le titane.
<Desc/Clms Page number 2>
Il existe actuellement une demande près-* santé pour des alliages présentant un point de fu- sion élevé, et qui conservent d'une façon satisfai- eanta des caractéristiques mécaniques élevées dans une gamme de températures supérieures à 815 C.
Un exemple d'une telle application est donné par les au- bes des turbines à gaz des moteurs à réaction* On continue à étudier de tels moteurs donnant une pous- ode de plus en plus élevée, et la façon la plue évi- dent* et la plus classique d'obtenir une poussée plus élevée est d'élever la température des gaz frappant les aubes de la turbine.Les températures extrêmement élevées qui sont ainsi mises en oeuvre imposent des exigences éprouvantes à la matière des aubes des turbines du fait que les caractéristiques mécaniques de tous les métaux et alliages se dété- riorent dans les gammes de températures supérieures* -
Pour donner des poussées encore plus élevées,
les mo- teurs attendent la mise au point de nouveaux alliages présentant des caractéristiques mécaniques, en parti- culier la résistance à la traction et la limite élas- tique, suffisantes pour soutenir des efforts appli- qués à des températures de plus en plus élevées.
De même il est avantageux qu'un alliage pour haute température puisse être produit à la fois sous forme coulée et sous forme corroyée, et qu'il puisse être déformé mécaniquement avec une facilité ' raisonnable,
En conséquence la présente invention se pro- pose notamment de fournir - un alliage convenant pour des applications
<Desc/Clms Page number 3>
à haute température,'présentant aux températures élevées des caractéristiques mécaniques très supérieures
EMI3.1
à celles qu'on a pu obtenir jusqu'à, présent dU le domaine général des alliages* - un alliage constitué essentiellement par
EMI3.2
une base de niokel-.oobalt"ohrome comportant du chromât de 1'aluminium, du titane du molybdène et du bore dans des gammes réduites.
- un alliage du type défini dans les deux
EMI3.3
paragraphes précédente qui présente des oaraot4risti- que favorables à haute température à la foie à l'état coulé et à l'état corroyé.
EMI3.4
- un alliage tel que défini 01-d"1\\8 pouvant être travaillé a! aetwâ.d.xe déforme mécaniquement par laminage, forgeage, etc...) avec une facilite satis- faisante à partir de lingots coules.
Les buta et avantages de la présente inven- tion apparaîtront d'après une étude de la spécification suivante qui décrit la présente invention avec plus
EMI3.5
de détails, et en liaison aven le desuin annexé qui représente les caractéristiques de fatigue h la rupture d'alliages réalisée suivant la présente invention. lies constituants de "base" de l'alliage sont le nickel, le chrome et le cobalt,Le chrome est pré-
EMI3.6
sent en quantités comprises entre 14 et 1 i, 0 6 en poids, et le cobalt en quantités comprises entre l3pO % et 20,0 en poids.
Le titane doit être présentât quantités com- prises entre 3,5 ;$ et ',75 1,4p et l'aluminium en quan- tités comprises entre 4,0 % et 4,5 %. Le molybdène est ajouté en quantités comprises entre 4t5O 16 et 5,50 9.
<Desc/Clms Page number 4>
et le bore en quantités comprises entre 0,015% et 0,04%.
Une composition préférer proposée dans les gammes indiquées ci-dessus est la suivante! chrome 15,5% cobalt, 19.0% titane 3,5% aluminium 4,25% bore 0,03% et molybdène 5,0 %; le solde étant constitué par du ni- ckel avec présence possible de quantités très faibles (par exemple des traces) d'impuretés ou d'ingrédients qui ne nuisent pas d'une'façon essentielle aux caractéris- tiques mécaniques à haute température de l'alliage.
Les alliages situés à l'intérieur des gagnée indiquées ci-dessus sont particulièrement remarquables à l'intérieur d'une gamme de température$ comprises entre 815 C et 1095 C environ. En ce qui concerne particulière- ment le bore, le titane et l'aluminium, si leurs gammes respectives sont supérieures aux limites les plus éle- vées de ces gammes, les alliages résultants deviennent à peu près impossibles à travailler, et si leurs quan- tités tombent en dessous des limites inférieures de ces gammes; les caractéristiques à température élevée de l'alliage tombent d'une façon marquée, en particu- lier les caractéristiques de charge à la rupture.
Un essai normal pour déterminer si les allia- Ses conviennent pour des spalications à température élevde est l'essai de charge de rupture qui vient d'être , mentionné. Dans cet essai, un échantillon de l'alliage à essayer est soumis à une charge appliquée d'une fa- çon continue tandis que l'échantillon est maintenu à une température élevée choisie jusqu'à ce que finalement il se rompe.
La charge appliquée au moment de la ruptu- re est calculée en kg/mm2 de la façon habituelle, ainsi que le pourcentage d'allongement qui constitue une mesure
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
de la ductilité, 1 dirent Mtutiatiquc inportant est la durv4J 7=nunt l;quI: 11v l f C\'),J1tl1) on R rdfJ1.lJté h la ohaï'Ë avant du au rOLprft Un alliée d'311!f1ij "W11 a été élaboré d&na la nouvelle r,t.ra décrit*} ici, et Il pr<5o<snté la compo- sition suivante chromo 15,h%, cobalt 18,65*, bore i,t2n, uluniniun 4,47, titane y5; , ruolybdénG 5.H<. le solde ôtnnt constitué D{H:nt1ull(.l:.(;nt pal' du nicole A l'état corroyé et k uno tcmpÓrl1tur de 9C2"C, ont alliage 'slst k une churgo de 12,6 k:!11U1l2 pendant 123,1 1 hru:ra avunt de se rompr" avec un ullangsrsLnt de 11,5.
et une réduction de 21 r3 de ea section dans la zone de rupture.
Un autre alliage, dôcnigné "3V", comprie dans cette gararno a eu la composition suivante! chrome <58%, cobalt 18t5e# bore O,Qi9, aluminium a,3fi. titane 3,49% molybdbne 5.0%, le solde étant constitué essentiellement par du nickel. A l'état corroyé, et à une température
EMI5.2
de 98200# cet alliage a rèsioté à une charge de 12,6 kg/mm2 pendant 104,2 heures avant do se rompre, avec un allongement do 17,4% et une réduction de section de 27,2% dans la zone do rupture.
Encore un autre alliage , désigné "O" dans
EMI5.3
cette gamme, a eu la composition suivante! ohrome 14,5, cobalt l9pO%o bore 0,03%, aluminium 4,46, titane 3p5y molybdène 5,25%/. le solde étant constitue essentiellement par du nickel. A l'état corroyé, et à une température de
EMI5.4
9820cl cet alliage a résista a une charge do 12,6 kg/am2 pendant 100,3 heures avant de se rompre, avec un allon-
EMI5.5
gement de 1'"" et une réduction de section de z dans la zone de rupture.
<Desc/Clms Page number 6>
Un autre alliage se trouvant dans la gamme
EMI6.1
décrite loi et faisant partie de la présente invont1on, à l'état ooul6 à une température de 92'1 et sous une charge appliquée de 14 ktYÎcnm2r a raisté à la charge plJt11unt 1000 rcura oana ae rompre, ce qui ont supéw riour 4 'une façon surprenante aux alliages d'une compo- aition oorreaponuante mais 88 trouvant ta dehors de la gamme d'alliages déorito ici. Un tel alliée commercial se trouvait juste on dehors de la gamme de la présente
EMI6.2
invontion a ou uno durée avant rupture, à l'état coule, d'environ 170 heures à 927 C, et .sous une charge de
EMI6.3
14 kslmm2.
La durée moyenne prévue d'un alliage cmaer* oial pour température élevée de ce ouractbrQtdndr4l mai. ayant une composition se trouvant en dehors de la pré-
EMI6.4
sente Bwmme, est de 30 heures à 98200 et saus une charge de 12,6 kg/mm2.
EMI6.5
Lo dessin annexé représente les caraotdriatie qucs de rupture en charge pouvant être déterminées à partir de trois paramètres lorsque deux quelconque$ de .
EMI6.6
oos paramètres sont connus. ces paramètres sont la tem- pérature, la durée sous la charge, et la oharge en ki- logrammes par millimètre carré. Le dessin porte des lé-
EMI6.7
gendres appropriées qui parlent d'elleasmêmee.
Les dont nées ayant servi h tracer oc dessin ont été obtenue! a partir d'essaie sur l'alliage préféré décrit plus haut, '
EMI6.8
L'utilisation du dessin sera familière.aux homme de'- , ,JI' ' f l l'art, mais en supposant que lors d'un essai la tempé-
EMI6.9
rature est de 899 0. comme indiqué par la ligne "a" 4ur' le dessin, et quo la charge est de i y 5 !te/mm2, oomat ' " ,'; indiqué par la ligne "bl' sur le dessin, l' 4ohantillon . doit avoir une durée de vie moyenne avant rupture de
<Desc/Clms Page number 7>
550 heures, comme indiqué par le point "X", Les carac- téristiques données s'appliquent à des échantillons corroyés.
Les alliages de la posant* invention présen- tent les résistances à la traction et à la rupture soue charge les plus élevé., à température élevée, de n'im- porte lesquels des alliages k base de oobalt ou nickel sous une forme comparable (par exemple ,coulés corroyés, etc..). Leurs caractéristique sont susceptibles de va- rier suivant les conditions suivantes recommandées Ils peuvent être recuite 4 une température de 1150 C envi- ron pendant deux heures, recuit suivi par un refroi- dissement à l'air. Un traitement de mise en solution préféré consiste en un chauffage pendant quatre heures à 1080 0,
suivi par un refroidissement à l'air. Un bon traitement de revenu intermédiaire consiste en un chauf- fage pendant vingt-quatre heures à 843 C suivi par un refroidissement à l'air. Un traitement de revenu final consiste en un chauffage pendant seize heures à 7600 suivi par un refroidssement à l'air. Ces traitements recommandés sont destinée 4 une matière première laminée, forgée, ou corroyée autrement.
Bien que les alliages décrits loi et faisant partie de la présente invention présentent des caractéris- tiques améliorées à température élevée môme lorsqu'ils sont coulés dans des conditions classiques, on obtient les meilleurs résultats lorsqu'ils sont fondus et coulés dans un four à vide sous des pressions très basses de l'ordre de 5 à 10 microns.
Dans de toiles conditions, et en uti- lisant des éléments d'alliage de pureté élevée, on peut obtenir des caractéristiques à température élevée exoop.
<Desc/Clms Page number 8>
tionnellement favorables
Dans les alliages décrits ici en peut subs- tituer à tout ou partie du titane une quantité égale
EMI8.1
de zirconium tout on conservant encore 4 'un façon mar- qude les avantages de la présente invention< , Remttrque (A) s |tf f e,, bioue du bore
Des alliages qui avaient des compositions sem- blables sauf pour la teneur en bore ont été essayas
EMI8.2
à la rupture en charge & 98200, sous une charge de 12,
6 kg/mm2. lorsque la teneur en bore s'est trouvée à l'extérieur de la gamme de la présente invention, on a trouvé des durées de vie relativement faibles et des ductilités excessivement faibles (inacceptables pour des applications de mécanique- courante.-), comme indi- t que par les chiffres comparatifs suivants ;
'-
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
(1) Alliages dont la composition est en dehors Charge de rupture à 9820C de la gamme spécifiée 12,6 k.g/::r::a.2
EMI9.2
<tb> Durée <SEP> Allonge- <SEP> Réduction
<tb>
EMI9.3
Oou1e C ai S Kc ce SU. -<heure>' sent z de section 3-4106-1 0,05 4*42 3,47 4,8 5,,10 8,8 0,0012 Solde 13,8 3t- 2,2 3-4106-2 0,05 4,42 3,49 14,7 5,10 19,0 0,0096 Solde 35el 7,4 10,4 H106-3 OrC5 4p45 3,49 14,8 5,10 19,0 O,OÎ4S Solde 65,0 7,5 8,8 (II) Alliages dont la composition est comprise
EMI9.4
<tb> dans <SEP> la <SEP> gamme <SEP> spécifiée
<tb>
EMI9.5
3-3765 0,07 4,34 3,45 15,6 5,0 18,6 0,0240 Solde 82,1 14,6 20,7 Alliage- V 4,47 3,50 z5,6 5,1 18,8 0,029 % Solde 123,1 11,.5 21,3 l1i;;ge .... 4,37 3,49 15,8 5,0 .18,5 0,031 Solde 10492 17,4 27,2 AUiege ..
WC* 4,40 3,55 14,5 5,25 19,0 0,030 Solde 100,3 ll3x3 19,0
<Desc/Clms Page number 10>
Remarque (b)t Effet nuisible du fer
Jusqu'à présent on a conclu que la présence du fer était bénéfique pour la durée de vie avant rup- ture sous charge lorsque sa teneur cet comprise dane une gamme allant de à 12% et lorsqu'il est soutéà un alliage contenant 15-16% de chrome, 1,80 à 2,25 d'aluminium, 2,50-2,75% do titane, 5,5% de molybdène, 0,12-0,15% de carbone, le solde étant constitue esson- tiellement par du nickel.
Plus particulièrement, la durée ayant rupture on charge à 871 C sous une charge de 14 kg/mm2 augmente depuis environ 250 heures pour 1% environ de fer jusque environ 400-heures pour 12% environ de fore Cependant, dans le cas de l'invention de la demanderesse , on observe que le fer a un effet inverse (c'est-à-dire un effet nuisible) sur la durée de vie avant rupture sous charge, comme on le voit par- les chiffres suivante
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
<tb> Durée <SEP> de <SEP> vie <SEP> avant
<tb> rupture <SEP> sous <SEP> charge
<tb> à <SEP> 982 C <SEP> de <SEP> 12,6
<tb>
EMI11.2
Cou1ée N !22. S AI fi M2. S B !!.
Ni.' k/F./mm2 (heure8)Intention de la 0,029 Scade 123,Fl demanderesse 18,8 15,6 .r.'7 's5 511 0,01 0.029 - Solde 123.1 3591 X-1 570 't8,9 15,' 4,40 3,50 '.,)5 t 0.0' 2,12 Solde. ,3'Srr 35,1 1571 19.1 t,2 4ruz 3.4a 5,20 0,06 0 '.,s'T So1d 7,8 .5 X-1572 18,8 15po 4r5O 3r5O 5,20 0,06 0,,03 6,16 Sadde y
<Desc/Clms Page number 12>
Remarque (c) Effet bénéfque du cobalt
L'effet spectaculaire de la teneur en cobalt est illustré ici pour montrer encore mieux l'impor- tance de la spécification des compositions des allia- ges de la demanderesse, Quatre alliages ont été pré- parés, ayant tous essentiellement la môme composi- tion, oeuf pour la teneur en cobalt.
lorsqu'on leur a fait subir un essai de rupture sous charge 899 C. sous une charge de 17,5 kg.mm2 on a trouvé un effet bénéfique marqué en augmentant le cobalt jusqu'à. une teneur de 15% mais on n'a obtenu qu'un faible gain supplémentaire on augmentant la concentration de- cet élément jusqu'à 20% environ.
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
Itacr&e 4e ¯vi ma* rapfatre)90!a.s<&ar- à. 89T kÚt:Dil Coulée Sa Q± A1 n !2. g, ! 91 Il ###*#### 2-793- t4,57 4,54 '.55 'h91 0,QT <&,02T 4*6 Solft 4 S 2-793-4 14,57 4,54 3,55 4..9t 0.06 0,02? 9,4 So1h '0 2-.794-5 14.68 ...49 3,53 5,07 0.01 0,,0)1 <4,8 SQ1.tè 3, 2-794-4 'i4.,68 bzz9 3,53 5.G? -0.0& O Ô3l 9,0 S014. (-40.,0 k
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
&"8<MMt lt*tnit 4% qo"llt *96 poq- .?0 u. :t1All' l Mraa..........., Q;fUU1.d.W.a}t !f.4: '1"t ft m 1 11'' ,Ü tRi,.
:tJ.I. t dlQf$' tiÜ .. "'tlùbtl. tavlll ... \û, ;:.;,: 1! 8:1; aMAA "'M'\. taavar* M 1t f ,, h <!!tt<t f4tM <Mt '\1.rt 1.
EMI14.2
L
<Desc/Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Durée <SEP> de <SEP> Trie <SEP> avant <SEP>
<tb> rupture <SEP> à <SEP> 982 C
<tb>
EMI15.2
llli.agc...........Q!. AI TI Mo e Zr Co Ni 5,6 kp;!mID2.
(heures) No 18 16,02 2,91 2,22 2,93 0,12 0,046 29,35 SoMe 33 (d'après tableau VI) il* 55 14,73 2,83 1,77 :5.02 0,08 0,052 4,78 Solde 44 (d*apre3
EMI15.3
<tb> tableau <SEP> xV)
<tb>
<Desc/Clms Page number 16>
EMI16.1
Des alliages realiaéa suivant la prdsonto in- vention ont subi des essais de résistance à température très élevée au moyen d'un procédé appelé d'une façon gé-
EMI16.2
nérale "Essai du traotion de courte durée sous des con- ditions do chauffage rapide". Ce procédé simule des con- ditions de service telles qu'il peut s'en produire pour certains moteurs de fusées suivant lesquelles la ma- tiëro est soudainement chauffée à une température proche de son point de fuoion et ensuite rapidement chargée et
mise sous tension. Les résultats sont comparés, dans le tableau suivant avec des chiffres donnée pour d'autres imper-alliages de première importance à base de nickol chrome,
EMI16.3
8it!Mae.¯,a.,traçii¯9n.& températuffgg,. uivtea (n¯K/?) pliage ,ip38.QQ 1 9.' 0,-,..- 1149 P Bétéronoe.f ) "Waspaloy" 14 21 11,2 13,3 . - p.. 68, 69, 70 "Hastelloy W 25,2 27,3 21,0 22,4 16pi p. 71, 72
EMI16.4
<tb> "Udimet <SEP> 500" <SEP> 13,3 <SEP> 9,1 <SEP> - <SEP> p. <SEP> 73
<tb>
<tb> "Nimonio <SEP> 90" <SEP> 10,5 <SEP> 7,0 <SEP> - <SEP> p.
<SEP> 74
<tb>
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> la <SEP> 37,8 <SEP> 29,5 <SEP> 20,2 <SEP> Chaude <SEP> 5-2367
<tb>
<tb>
<tb> demanderesse' <SEP> )40,16 <SEP> 31,2 <SEP> 22,3
<tb>
EMI16.5
* D'aprèa le rapport-du "Défence Motale Information Center" NO'130 du 17 Juin 1960,,
<Desc/Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb> Compositions <SEP> chimiques <SEP> des <SEP> alliais <SEP> indiquas <SEP> plus <SEP> haut
<tb>
EMI17.2
Q!: Q2. !! Ti li2. !! Autres Refrène.
Ifaspaloj. 19.5 1315 2 max. 1. 3 4{-**} Solde 8Has'telloy r 5 2,,5 D:aX. 5,5 24,5 Solde 0.6 max. V Rét'érnce '"Udîmet 500" 19 19 - 3 3 4 .1qilde donnée "Himonic 90" 19 20 - 1,7 2,7 Solde plus haut .Alliage de la #1 bolae ) 1 pao 57 demanderesse 14,8 19,0 0,15 4,41 3,50 5,15 Solde 0,05 C Chaude
EMI17.3
<tb> 0,028 <SEP> B <SEP> N <SEP> 5-2367
<tb>
(**) La référence citée donnait par erreur 4 % W an lieu de 4% MO.
EMI17.4
Pour avoir la composition correcte se reporter à d'autres références telles que "Steel Kagazine Ketal Selector" du 16 Octobre 1961 - page S-7
<Desc / Clms Page number 1>
"Nickel-plated alloy"
The present invention relates to alloys for use at elevated temperatures, and in particular at temperatures above 815 ° C. It relates more particularly to alloys containing large amounts of nickel, cobalt and chromium, and lesser but effective and necessary amounts of boron, aluminum, titanium and molybdenum. An important feature of the present invention is the addition to the alloy of boron in relatively small amounts but in a controlled relationship with the aluminum and the titanium.
<Desc / Clms Page number 2>
There is presently a near-healthy demand for alloys exhibiting a high melting point, and which satisfactorily maintain high mechanical characteristics over a temperature range above 815 C.
An example of such an application is given by the blades of gas turbines of jet engines * We continue to study such engines giving an increasingly higher pressure, and the most obvious way * and the most conventional of obtaining a higher thrust is to raise the temperature of the gases impinging the blades of the turbine. The extremely high temperatures which are thus implemented place demanding demands on the material of the turbine blades because the mechanical properties of all metals and alloys deteriorate in the higher temperature ranges * -
To give even higher thrusts,
the engines await the development of new alloys with mechanical characteristics, in particular the tensile strength and the elastic limit, sufficient to support the forces applied at increasingly high temperatures.
Likewise, it is advantageous that a high temperature alloy can be produced both in cast and wrought form, and that it can be mechanically deformed with reasonable ease.
Consequently, the present invention proposes in particular to provide - an alloy suitable for applications.
<Desc / Clms Page number 3>
at high temperature, 'exhibiting at high temperatures very superior mechanical characteristics
EMI3.1
to those that we have been able to obtain until now from the general field of alloys * - an alloy consisting essentially of
EMI3.2
a niokel-.oobalt "ohromic base comprising aluminum chromate, titanium molybdenum and boron in reduced ranges.
- an alloy of the type defined in both
EMI3.3
The preceding paragraphs which present favorable conditions at high temperature for the liver in the cast and wrought state.
EMI3.4
- an alloy as defined 01-d "1 \\ 8 which can be worked a! aetwâ.d.xe mechanically deforms by rolling, forging, etc.) with satisfactory ease from cast ingots.
The aims and advantages of the present invention will become apparent from a study of the following specification which describes the present invention more fully.
EMI3.5
details, and in conjunction with the attached desuin which represents the fatigue characteristics of alloys breaking produced according to the present invention. The basic constituents of the alloy are nickel, chromium and cobalt. Chromium is pre-
EMI3.6
Sent in amounts between 14 and 1.06 by weight, and cobalt in amounts between 13% and 20.0 by weight.
The titanium should be present in amounts between 3.5% and 0.75% and the aluminum in amounts between 4.0% and 4.5%. Molybdenum is added in amounts between 4t5O 16 and 5.50 9.
<Desc / Clms Page number 4>
and boron in amounts between 0.015% and 0.04%.
A preferred composition offered in the ranges indicated above is as follows! chromium 15.5% cobalt, 19.0% titanium 3.5% aluminum 4.25% boron 0.03% and molybdenum 5.0%; the remainder being constituted by ni- ckel with the possible presence of very small quantities (for example traces) of impurities or of ingredients which do not adversely affect in an essential way the mechanical characteristics at high temperature of the alloy.
The alloys located within the gains indicated above are particularly remarkable within a temperature range of between approximately 815 C and 1095 C. With particular regard to boron, titanium and aluminum, if their respective ranges are greater than the higher limits of these ranges, the resulting alloys become almost unworkable, and if their quantities tities fall below the lower limits of these ranges; the high temperature characteristics of the alloy drop markedly, in particular the tensile strength characteristics.
A normal test to determine if the alloys are suitable for high temperature spalications is the breaking load test just mentioned. In this test, a sample of the alloy to be tested is subjected to a continuously applied load while the sample is held at a selected elevated temperature until finally it breaks.
The load applied at the moment of rupture is calculated in kg / mm2 in the usual way, as well as the percentage of elongation which constitutes a measurement.
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
of ductility, 1 say the important factor is the durv4J 7 = nunt l; quI: 11v lf C \ '), J1tl1) on R rdfJ1.lJté h la ohaï'Ë before du to rOLprft An ally of 311! f1ij "W11 was developed from the new r, t.ra described *} here, and It produces the following composition chromo 15, h%, cobalt 18.65 *, boron i, t2n, uluniniun 4.47, titanium y5;, ruolybdénG 5.H <. the balance ôtnnt constituted D {H: nt1ull (.l:. (; nt pal 'of nicole in the wrought state and k uno tcmpÓrl1tur of 9C2 "C, have alloy' slst k a churgo of 12.6 k:! 11U1l2 for 123.1 1 hru: ra avunt de se rupr "with an ullangsrsLnt of 11.5.
and a reduction of 21 r3 of ea section in the rupture zone.
Another alloy, designated "3V", included in this gararno had the following composition! chromium <58%, cobalt 18t5e # boron O, Qi9, aluminum a, 3fi. titanium 3.49% molybdenum 5.0%, the remainder being made up mainly of nickel. In the wrought state, and at a temperature
EMI5.2
of 98200 # this alloy resisted at a load of 12.6 kg / mm2 for 104.2 hours before breaking, with an elongation of 17.4% and a section reduction of 27.2% in the rupture zone .
Yet another alloy, designated "O" in
EMI5.3
this range, had the following composition! ohrome 14.5, cobalt 19pO% o boron 0.03%, aluminum 4.46, titanium 3p5y molybdenum 5.25% /. the balance being essentially constituted by nickel. In the wrought state, and at a temperature of
EMI5.4
9820cl this alloy withstood a load of 12.6 kg / am2 for 100.3 hours before breaking, with an
EMI5.5
gement of 1 '"" and a reduction of section of z in the rupture zone.
<Desc / Clms Page number 6>
Another alloy found in the range
EMI6.1
described by law and forming part of this invont1on, in the state where at a temperature of 92'1 and under an applied load of 14 ktYÎcnm2r has resisted to the load plJt11unt 1000 rcura oana ae rupture, which has exceeded 4 'a surprisingly to the alloys of an oorreaponuante composition but 88 finding your outside the range of alloys deorito here. Such a commercial ally stood just outside the range of this
EMI6.2
invontion has or uno duration before rupture, in the flow state, of approximately 170 hours at 927 C, and. under a load of
EMI6.3
14 kslmm2.
The expected average life of a cmaer * oial alloy for high temperature this May ouractbrQtdndr4l. having a composition lying outside the pre-
EMI6.4
Sente Bwmme, is 30 hours at 98200 and without a load of 12.6 kg / mm2.
EMI6.5
Lo appended drawing represents the caraotdriatie qucs load failure which can be determined from three parameters when any two $ of.
EMI6.6
Our parameters are known. these parameters are temperature, time under load, and load in kilograms per square millimeter. The drawing wears le-
EMI6.7
suitable sons-in-law who speak of themselves.
The ones which were born having been used to trace oc drawing were obtained! from tests on the preferred alloy described above, '
EMI6.8
The use of the design will be familiar to those skilled in'-,, JI '' f the art, but assuming that when tested the temp-
EMI6.9
rature is 899 0. as indicated by line "a" 4 in the drawing, and that the load is iy 5! te / mm2, oomat '",'; indicated by line" bl 'in the drawing, l '4th sample. must have an average life before rupture of
<Desc / Clms Page number 7>
550 hours, as indicated by point "X". The characteristics given apply to wrought samples.
The alloys of the present invention exhibit the highest tensile and breaking strengths under load., At elevated temperature, of any of the oobalt or nickel base alloys in comparable form ( for example, wrought castings, etc.). Their characteristics are liable to vary depending on the following recommended conditions. They can be annealed at a temperature of about 1150 C for two hours, annealing followed by air cooling. A preferred dissolving treatment is heating for four hours at 1080 0,
followed by air cooling. A good middle tempering treatment is heating for twenty-four hours at 843 ° C followed by air cooling. A final tempering treatment consists of heating for sixteen hours at 7600 followed by air cooling. These recommended treatments are for a rolled, forged, or otherwise wrought raw material.
Although the alloys described by law and forming part of the present invention exhibit improved characteristics at elevated temperature even when cast under conventional conditions, the best results are obtained when they are melted and cast in a vacuum furnace. under very low pressures of the order of 5 to 10 microns.
Under such conditions, and using alloying elements of high purity, high temperature exoop characteristics can be obtained.
<Desc / Clms Page number 8>
tally favorable
In the alloys described here, it can substitute for all or part of the titanium an equal quantity
EMI8.1
of zirconium while still retaining 4 'in a marked way the advantages of the present invention <, Note (A) s | tf f e ,, biou boron
Alloys which had similar compositions except for the boron content have been tried.
EMI8.2
at failure under load & 98200, under a load of 12,
6 kg / mm2. when the boron content has been outside the range of the present invention, relatively low lifetimes and excessively low ductilities have been found (unacceptable for routine mechanical applications), as shown. - t only by the following comparative figures;
'-
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
(1) Alloys whose composition is outside Breaking load at 9820C of the specified range 12.6 k.g / :: r :: a.2
EMI9.2
<tb> Duration <SEP> Extension- <SEP> Reduction
<tb>
EMI9.3
Oou1e C ai S Kc ce SU. - <hour> 'sent z of section 3-4106-1 0.05 4 * 42 3.47 4.8 5,, 10 8.8 0.0012 Balance 13.8 3t- 2.2 3-4106-2 0.05 4.42 3.49 14.7 5.10 19.0 0.0096 Balance 35el 7.4 10.4 H106-3 OrC5 4p45 3.49 14.8 5.10 19.0 O, OÎ4S Balance 65.0 7.5 8.8 (II) Alloys of which the composition is included
EMI9.4
<tb> in <SEP> the specified <SEP> range <SEP>
<tb>
EMI9.5
3-3765 0.07 4.34 3.45 15.6 5.0 18.6 0.0240 Balance 82.1 14.6 20.7 Alloy- V 4.47 3.50 z5.6 5.1 18 , 8 0.029% Balance 123.1 11, .5 21.3 l1i ;; ge .... 4.37 3.49 15.8 5.0 .18.5 0.031 Balance 10,492 17.4 27.2 Aiege. .
WC * 4.40 3.55 14.5 5.25 19.0 0.030 Balance 100.3 ll3x3 19.0
<Desc / Clms Page number 10>
Note (b) t Harmful effect of iron
Heretofore it has been concluded that the presence of iron is beneficial for the life before failure under load when its content ranges from to 12% and when supported in an alloy containing 15-16. % chromium, 1.80 to 2.25 aluminum, 2.50-2.75% titanium, 5.5% molybdenum, 0.12-0.15% carbon, the balance being essentially mainly by nickel.
More particularly, the duration of failure when loaded at 871 C under a load of 14 kg / mm2 increases from about 250 hours for about 1% iron to about 400 hours for about 12% of fore. However, in the case of invention of the applicant, it is observed that iron has an opposite effect (that is to say a detrimental effect) on the life before rupture under load, as can be seen from the following figures
<Desc / Clms Page number 11>
EMI11.1
<tb> Duration <SEP> of <SEP> life <SEP> before
<tb> break <SEP> under <SEP> load
<tb> to <SEP> 982 C <SEP> from <SEP> 12.6
<tb>
EMI11.2
Cou1ée N! 22. S AI fi M2. S B !!.
Or.' k / F. / mm2 (hour8) Intent of 0.029 Scade 123, Fl claimant 18.8 15.6 .r.'7 's5 511 0.01 0.029 - Balance 123.1 3591 X-1570' t8.9 15, '4.40 3.50'.,) 5 t 0.0 '2.12 Balance. , 3'Srr 35.1 1571 19.1 t, 2 4ruz 3.4a 5.20 0.06 0 '., S'T So1d 7.8 .5 X-1572 18.8 15in 4r5O 3r5O 5.20 0.06 0 ,, 03 6.16 Sadde y
<Desc / Clms Page number 12>
Note (c) Beneficial effect of cobalt
The dramatic effect of the cobalt content is illustrated here to further illustrate the importance of specifying the compositions of Applicants' alloys. Four alloys have been prepared, all having essentially the same composition. , egg for cobalt content.
when subjected to a rupture test under a load of 899 C. under a load of 17.5 kg.mm2 a marked beneficial effect was found in increasing the cobalt to. a content of 15%, but only a small additional gain was obtained by increasing the concentration of this element up to about 20%.
<Desc / Clms Page number 13>
EMI13.1
Itacr & e 4th ¯vi ma * repfatre) 90! A.s <& ar- to. 89T kÚt: Dil Cast Sa Q ± A1 n! 2. g,! 91 Il ### * #### 2-793- t4.57 4.54 '. 55' h91 0, QT <&, 02T 4 * 6 Solft 4 S 2-793-4 14.57 4.54 3 , 55 4..9t 0.06 0.02? 9.4 So1h '0 2-.794-5 14.68 ... 49 3.53 5.07 0.01 0,, 0) 1 <4.8 SQ1.tè 3, 2-794-4' i4., 68 bzz9 3.53 5.G? -0.0 & O Ô3l 9.0 S014. (-40., 0k
<Desc / Clms Page number 14>
EMI14.1
& "8 <MMt lt * tnit 4% qo" llt * 96 poq-.? 0 u. : t1All 'l Mraa ..........., Q; fUU1.d.W.a} t! f.4:' 1 "t ft m 1 11 '', Ü tRi ,.
: tJ.I. t dlQf $ 'tiÜ .. "' tlùbtl. tavlll ... \ û,;:.;,: 1! 8: 1; aMAA" 'M' \. taavar * M 1t f ,, h <!! tt <t f4tM <Mt '\ 1.rt 1.
EMI14.2
L
<Desc / Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Duration <SEP> of <SEP> Sort <SEP> before <SEP>
<tb> break <SEP> at <SEP> 982 C
<tb>
EMI15.2
llli.agc ........... Q !. AI TI Mo e Zr Co Ni 5.6 kp;! MID2.
(hours) No 18 16.02 2.91 2.22 2.93 0.12 0.046 29.35 SoMe 33 (from Table VI) il * 55 14.73 2.83 1.77: 5.02 0.08 0.052 4.78 Balance 44 (d * after3
EMI15.3
<tb> array <SEP> xV)
<tb>
<Desc / Clms Page number 16>
EMI16.1
Alloys made according to the present invention have been tested for strength at very high temperature by means of a process generally called.
EMI16.2
neral "Short-term treatment test under rapid heating conditions". This process simulates operating conditions such as may occur with some rocket engines where the material is suddenly heated to a temperature near its melting point and then rapidly charged and loaded.
power on. The results are compared, in the following table with figures given for other imper-alloys of prime importance based on nickel chromium,
EMI16.3
8it! Mae.¯, a., Trçiī9n. & Temperatuffgg ,. uivtea (n¯K /?) folding, ip38.QQ 1 9. ' 0, -, .- 1149 P Beteronoe (f) "Waspaloy" 14 21 11.2 13.3. - p .. 68, 69, 70 "Hastelloy W 25.2 27.3 21.0 22.4 16ft p. 71, 72
EMI16.4
<tb> "Udimet <SEP> 500" <SEP> 13.3 <SEP> 9.1 <SEP> - <SEP> p. <SEP> 73
<tb>
<tb> "Nimonio <SEP> 90" <SEP> 10.5 <SEP> 7.0 <SEP> - <SEP> p.
<SEP> 74
<tb>
<tb> Alloy <SEP> of <SEP> the <SEP> 37.8 <SEP> 29.5 <SEP> 20.2 <SEP> Hot <SEP> 5-2367
<tb>
<tb>
<tb> applicant '<SEP>) 40.16 <SEP> 31.2 <SEP> 22.3
<tb>
EMI16.5
* According to the report of the "Défence Motale Information Center" NO'130 of June 17, 1960,
<Desc / Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb> Compositions <SEP> chemical <SEP> of the <SEP> allies <SEP> indicated <SEP> plus <SEP> up
<tb>
EMI17.2
Q !: Q2. !! Ti li2. !! Others Refrène.
Ifaspaloj. 19.5 1315 2 max. 1. 3 4 {- **} Balance 8Has'telloy r 5 2,, 5 D: aX. 5.5 24.5 Balance 0.6 max. V Ret'érnce '"Udîmet 500" 19 19 - 3 3 4 .1qilde given "Himonic 90" 19 20 - 1.7 2.7 Balance higher. Alloy of # 1 bolae) 1 pao 57 plaintiff 14.8 19 , 0 0.15 4.41 3.50 5.15 Balance 0.05 C Hot
EMI17.3
<tb> 0.028 <SEP> B <SEP> N <SEP> 5-2367
<tb>
(**) The cited reference erroneously gave 4% W instead of 4% MO.
EMI17.4
To have the correct composition see other references such as "Steel Kagazine Ketal Selector" of October 16, 1961 - page S-7