BE738054A - Production of metallic powders - Google Patents

Production of metallic powders

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BE738054A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling

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  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

Particles of a non-porous compound have a coherent internal structure and are consolidated. One constituent at least comprises at least 15% in volume of particles of a compression deformable metal. This produces a consolidated product with an almost uniform microstructure containing no more than 10% by high volume of segregation regions. Their minimum size is more than 25 microns. Metallic powders made according to this process have the advantage of a high degree of isotropic and are free of linear inclusions.

Description

  

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   "Poudres métalliques et leur' production" 
La présente invention est relative à des produits mé talliques et à leur fabrication par la métallurgie des poudres. 



   Lorsque des produits métalliques sont obtenus par fu-   si ,   de nombreux problèmes sont rencontrés . Ceux-ci comprennent l'apparition de dendrites et d'autres formes de ségrégation dans 

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 les pièces coulées d'alliages complexes , qui conduisent à des difficultés dans l'usinage ainsi qu'aune réponse non uniforme à un traitement thermique. Des ségrégations cassantes gênent la ductilité de la matière coulée.

   Si les ségrégations ont une composition à très bas point de fusion , elles peuvent conduire au phénomène connu sous le nom de " fragilité à chaud" , qui limite très fortement la gamme de travail à chaud admissible et même lorsque le travail d' usinage est possible, les régions de ségrégation persistent sous une forme allongée qui entraîne des propriétés d'anisotropie et d'autres désavantages. 



   Ces problèmes peuvent dans une certaine mesure -être surmontés grâce aux techniques de la métallurgie des poudres, qui constituent également le moyen le plus facile pour produire des métaux et alliages renforcés par dispersion ainsi que d'autres produits constitués par des constituants non miscibles finement di- visés. Cependant , la métallurgie des poudres présente d'autres pro- blèmes qui lui sont propres. 



   Etant donné que la possibilité d'homogénéisation est limitée à celle qui peut être apportée par frittage , difusion ther- mique à l'état solide et fusion localisée, on a besoin d'une matière première qui contient les constituants sous une forme finement di- visée et répartie uniformément. Ainsi, pour réaliser un alliage à partir d'un mélange de poudres élémentaires, ces dernières doivent être très fines, c'est-à-dire avec une dimension de 25,10 ou même 3 microns ou moins, de telle sorte que l'alliage puisse être rendu homogène par diffusion en un temps raisonnablement court et ces poudres tendent à être pyrophores et à recueillir des impuretés, par exemple de l'oxygène provenant de l'atmosphère, qui contaminent et affectatde façon perturbatrice les produits qui en sont préparés. 



  - ;Des pou dres de densités différentes mélangées mécaniquement ten dent aussi à offrir une ségrégation lors de l'entreposage et de la manipulation du mélange, ce qui conduit à des défauts d'uniformité 

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 dans les produits obtenus à partir du mélange. 



   Pour éviter la nécessité d'un mélange mécanique, on peut utiliser des poudres pré-alliées , par exemple celles obtenues par atomisation à partir d'un bain en fusion de l'alliage , mais ces poudres sont onéreuses , difficiles à obtenir avec une dimension de particule commandée et peuvent même contenir une importante   sé-   grégation déndritique. 



   Des difficultés semblables se présentent dans la pré- paration de métaux et d'alliages renforcés par dispersion , en con- solidant des mélanges mécaniques des constituants . Dans ce cas, des poudres métalliques particulièrement fines sont désirables, avec un risque associé de contamination et on rencontre également les problèmes supplémentaires que les particules dispresoide réfractai- res tendent à floculer à cause des charges électriques statiques et que des constituants de différentes densités tendent à se séparer lors de la conservation et de la manipulation du mélange. La flocu- lation et la ségrégation conduisent à un défaut d'uniformité du produit façonné final, à cause de la formation d'inclusions linéaires de de particules dispersoide et de zones adjacentes appauvries en dis- persolde. 



   De telles inclusions linéaires et les défauts associés sont une cause de perturbation dans des éléments structuraux soumis à un effort, en particulier à des températures élevées. Les régions appauvries ne contribuent pas de façon appréciable à là solidité du produit et un corps dans lequel les zones appauvries constituent plus de 10% en volume sera nettement plus faible qu'un corps sans ces défaut En outre, les fortes concentrations de particules réfrac- taires dans les inclusions linéaires elles-mêmes constituent des endroits de concentration   d'effort et   peuvent constituer un facteur important dans l'apparition d'un défaut aux températures élevées, en particulier à cause de la fatigue. 

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   Des procédés non mécaniques pour la production de   mélan-   ges de particules métalliques et non métalliques destinés à une consolidation comprennent le processus d'oxydation interne, dans le- quel une poudre , par exemple de nickel ou de cuivre contenant un élément soluble réactif tel que de l'aluminium; du silicium, du titane, du zirconium ou du thorium, est oxydé sélectivement pour former de fines particules d'oxyde réfractaire dispersées à travers la mas- se cristalline du métal. Ce processus exige également de fines par- ticules métalliques , il est généralement limité à de simples systèmes d'alliage binaires et, en outre, il est difficile à appliquer à des alliages à base de nickel contenant du chrome ainsi qu'à des aciers inoxydables sans oxydation du,chrome.

   Ainsi, ce procédé est en gé- néral uniquement applicable à des systèmes simples tels Ni-Al, Cu-Al, 
Ni-Th ou Cu-Si, où l'énergie libre de formation de l'oxyde du métal de matrice atteint jusqu'à   80.000   calories/atome -gramme d'oxygène. 



   Toutefois, si la totalité de la poudre d'alliage est d'abord oxy- dée et ensuite réduite sélectivement pour laisser l'oxyde réfractaire, il est difficile de réduire totalement l'oxyde métallique formant la matrice, en particulier s'il comprend des oxydes de métaux tels que du chrome, de l'aluminium et du titane. 



   On a également   proposé   diverses techniques par voie humi de pour la production de métaux et alliages durcis par dispersion. 



   Le procédé d'enrobage superficiel par ignition implique le revéte- ment des poudres de métal ou d'alliage par un sel décomposable du dispersoide d'oxyde réfractaire envisagé , par mélange des particules avec une solution du sel et évaporation du liquide. Ainsi, de la poudre de nickel peut être mélangée avec une solution de nitrate de thorium dans l'alcool. La poudre enrobée est alors chauffée dans une atmosphère inerte ou réductrice pour convertir le sel en l'oxyde correspondant, en tant que particules qui enrobent la surface des particules métalliques.

   Ici à nouveau, la nécessité de fines pou- dres métalliques pour réaliser un espacement étroit des particules de 

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 dispersolde introduit le risque d'une contamination; des précautions doivent être prises pour éviter une combustion   pyrophàre   de la poudre lorsqu'elle est traitée pour décomposer le sel.et une ségrégation peut survenir, étant donné que la dernière partie du liquide à évapo- rer tend à être très riche en sel. Des microstructures de produits métalliques ouvrés produits par ce procédé tendent à révéler des inclusions linéaires d'oxyde dispersé. 



   Dans le procédé de réduction d'oxyde par voie sélective, un mélange intime d'oxydes métalliques , dont l'un est réductible tandis que l'autre procure la phase d'oxyde dispersé, est préparé par exemple par coprécipitation des hydrates des métaux , conversion de ces hydrates en oxydes et réduction sélective de l'oxyde métalli- que formant matrice en   métal.   Les poudres résultantes peuvent être extrêmement fines et pyrophores et, par conséquent, hautement sus- ceptiblesde contamination. Ce procédé et d'autres procédés par voie humide soulève des problèmes délicats de manipulation des matières, tendent à être sales et sort habituellement onéreux. 



   Il a été proposé dans un brevet antérieur d'utiliser, comme matières de départ pour des procédés de la métallurgie des poudres , des poudres comprenant des particules composées consistant en une matière réfractaire dure d'un point de fusion élève, et en un métal ductile, les particules d'un des constituants étant enrobées par l'autre. Les procédés de préparation de ces particules comportent des dépôt chimiques ou en phase vapeur du métal sur les particules réfractaires et la production sur les particules du mé tal ductile d'une couche superficielle   d'un   métal formant un oxyde réfractaire qui est ensuite oxydé.

   Des particules analogues résultent du traitement courant au broyeur à bouler de melanges d'un   n'étal   ductile et d'un oxyde réfractaire, par exemple des mélanges de nickel et d'oxyde de thorium, pendant des périodes prolongées aux rapports habituels boulets/poudre, c'est-à-dire des rapports pouvant attéindre jusqu'à   3/1.   Toutes les poudres composées 'de ce type offrent le désavantage que la dimension de particules du noyau métallique est      

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 essentiellement celle de la poudre initiale utilisée et que cette structure relativement grossière est -transférée dans les produits ouvrés obtenus à partir de la poudre , ce qui conduit à des   inclu-   sions linéaires de dispersoide et des zones associées exemptes de   dispersolde.   



   Lors de la préparation de produits de la métallurgie des poudres en partant de métaux normalement non miscibles dans le liquide et/ou le solide , par exemple du fer et du cuivre, un squelette fritté de la poudre   d'un   métal peut être soumis à   infil-   tration par l'autre métal fondu ,ou bien on peut fritter un mélange des deux poudres métalliques. Quelque soit le procédé utilisé , la répartition du cuivre est limitée soit par la dimension des pores du squelette ,soit par la dimension relative des poudres initiales. 



   La présence d'une phase liquide au cours de l'infiltration ou-du- - filtrage tend également à provoquer une micro-ségrégation. 



   La présente invention surmonte ces diverses difficultés et offre des produits métalliques consolidés possédant un degré très élevé d'uniformité microstructurale et d'isotropie et qui sont pratiquement exempts de ségrégation et d'inclusions linéaires. 



   D'autres détails et particularités de l'invasion res- sortiront de la description   d-après,   donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: 
La figure 1 est une représentation schématique d'un appareil d'usure par frottement du type broyeur à boulets , capa- ble d'offrir un broyage par agitation destiné à produire des poudres composées à utiliser suivant l'invention. 



   La figure 2 est une reproduction d'une photomicrographie obtenue à un grossissement de 100 diamètres et illustrant en coupe longitudinale une microstructure d'un super alliage renforcé par dispersion , obtenu suivant l'invention après un recuit à 2.250 F pendant 4 heures dans l'argon. 

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   La figure 3 est une reproduction d'une photomicrographie électronique obtenue avecun grossissement de 10,000 diametres d'une reproduction superficielle d'un super alliage renforcé par disper- sion tel qu'illustré à la figure 2. 



   La figure 4 est une photomicrographie à transmission électronique obtenue avec un grossissement de   100.000   diamètres, illustrant la structure d'un autre super alliage renforcé par dispersion obtenu conformément à l'invention. 



   Dans ses grandes lignes, l'invention envisage la produc- tion de produits métalliques consolidés caractérisés par un degré élevé d'uniformité microstructurale et pratiquement dépourvus de ségrégation et d'inclusions linéaires par consolidation, par exemple par extrusion à chaud, pressage à chaud, forenge etc, des particules liées contenant au moins   15%   en vo lume d'un métal déformable tandis que le reste est constitué par un métal ou un   non-métal ,  ces particules offrant une structure in- terne alliée mécaniquement et interdispersée . 



   Un produit renforcé sans dispersion doit être considéré comme pratiquement exempt d'inclusions linéaires ou de ségrégation s'il contient moins de   10%   en volume d'inclusions linéaires ou de régions dépassant 25 microns en dimension minimum dans   lesquelles il   existe une variation de composition appréciable par rapport à la moyenne, c'est-à-dire un écart de composition dépassant 10% de la teneur moyenne de l'élément d'alliage séparé. Les limites d'une      région séparée sont considérées comme se situant à l'endroit ou l'écart de la composition par rapport à la moyenne est la moitié de l'écart maximum dans cette région. Des.régions d'écart de compo- sition inférieures à 25 microns de dimension minimum ne sont pas considérées comme des régions séparées.

   De préférence, la dimension minimum de l'inclusion linéaire ou de la région offrant des varia- tions de composition ne dépasse pas 10 microns. De préférence égale- 

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   ..tent,   la proportion des inclusions linéaires ou des régions séparées est inférieure à 5% en volume. des variations de composition à l'échelle définie   précédemment     peuvent,   par exemple , être détectées et mesarées par un examen à l'aide d'une   microsonde   électronique. le produits sont avantageusement obtenus suivant l'in- vention gréce à la consolidation de poudres composées spéciales. 



   Ces poudrre et leurs procédés de production ont été décrits dans le brevet belge n    729.149   du 28 février 1969. 



   Les poudres utilisées sont constituées pardes particules composées ouvrées possédant une structure interne cohérente non po- reuse composée de deux ou plus de deux constituants unis intimement et interdispersés, l'un au moins des constituants , totalisant au moins   15%   en volume des particules , étant un métal déformable par compression et les particules composées ayant individuellement pra- tiquement la composition de la poudre. La structure interne des par- ticules composées peut être considérée comme un alliage mécanique. 



   Les constituants des particules composées , autres que le métal déformable, peuvent être d'autres métaux ou des non métaux , notamment des oxydes réfractaires et d'autres phases dures intéres- santes pour des alliages à renforcement par dispersion. Le terme "métal" utilisé dans le présent brevet doit être compris comme en- globant les alliages. 



   L'espacement moyen entre les sous-particules des consti- tuants interdispersés dans les particules composées devrait être aussi petit que possible pour faciliter une diffusion thermique des   sont constituants susceptibles d'interdiffusion lorsqu'ils/chauffés pour   favoriser la formation d'alliage Avantageusement cet espacement ne dépasse pas 10 microns et, de préférence, en particulier dans le cas de produits à renforcement par dispersion, il ne dépasse pas 
3 microns ou même 1 micron et il peut être bien inférieur   à   un micron , tandis que les particules composées ont utilemeht une 

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 dimension moyenne de 20 à 200 microns .

   bien que de plus grandes particules puissent être utilisées lorsqu'il est possible de les former avec une structure interne suffisamment fine et des parti- cules plus petites peuvent être utilisées lorsque les systèmes mis en oeuvre sont suffisamment nobles pour éviter la pyrophoricité 
On se rendra compte que l'avantage d'utiliser de telles particules composées ouvrées pour former des produits de la   métallur-   gie des poudres consolidés' provient du fait que les particules agissent en tant que blocs de construction pour la structure finale, le haut degré d'uniformité de chacune des particules composées étant reporta et maintenu dans le produit ouvré final.

   Inversement, l'utilisation de particules   composées son     homogènes   contenant des dispersoldes pour la réalisation de produits consolidés ne   conduira        pas à des produits homogènes. L'espacement entre les constituants du produit dépendra évidemment de l'importance de la réduction survenant au cours de la consolidation et eet espacement sera en général inférieur à celui dans les particules de la poudre. 



   Des espacements inférieurs à 3 microns ou même à un micron , de préférence même encore beaucoup plus petits, sont      particulièrement avantageux dans le cas de poudres contenant des dispersoldes réfractaires. 



   Les particules de poudre sont avantageusement dans un état fortement écroui étant donné que ceci accélére la formation d'alliage des constituants par diffusion thermique lors de l'échauf fement et facilite la déformation à chaud, comme par exemple l'ex- trusion à chaud pour la consolidation d'une masse enfermée de par- ticules de poudre. Ceci est considéré comme étant du à la structure à grain très fin résultant d'une coalescence de la structure écrouie lors du chauffage pour la déformation à chaud. 



   La poudre peut être obtenue , suivant le brevet princi- pal, en soumettant un mélange constitué par au moins   15%   en volume 

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 plusieurs autres poudres de métaux ou de non métaux à un broyage par choc à haute énergie , utilement dans un broyeur à boulets à agita- tion, suffisamment énergique et suffisamment prolongé pour réduire les particules du métal déformable à moins de la moitié et de préféren- ce à moins d'un cinquième ou même un dizième de leur épaisseur pri- mitive et pour pulvériser et lier   ensemble   les constituants du mélan- ge afin de former des particules ouvrées composées non poreuses pré- sentant une structure interne interdispersée cohérente.

   Afin de pro- duire la structure désirée, le broyage peut être poursuivi , dans des conditions où un écrouissage survient, au moins jusqu'à ce que la dureté des particules composées ait été augmentée de la moitié de la différence entre la dureté de base et la dureté de saturation constante obtenue lors d'un broyage prolongé. Au cours du broyage à sec énergique, les particules composées sont constamment brisées et reformées par un travail à froid , avec une augmentation progres- sive de l'uniformité de la composition des particules et 1 affinage de leur structure interne. Avantageusement, la poudre est broyée jus- qu'à une dureté de saturation et de préférence le broyage est pour- suivi au-delà de ce point , jusqu'à ce que la structure ait été raffinée dans la mesure désirée.

   Le broyage au-delà du point de du- reté de saturation est particulièrement désirable dans le cas d' alliages complexes, étant donné que ceux-ci atteignent la dureté de saturation alors que leur structure est moins uniforme que dans le cas de métaux non alliés à cause de l'effet de durcissement des autres constituants dure, par exemple des fragments des alliages- mères. 



   Les particules composées comprennent ainsi des fragments moulus des particules du métal primitif soudés ou liés   métallurgi-   quement entre eux, la dimension minimum des fragments étant habituel-   J lement   inférieure à un cinquième et de,préférence inférieure à un   dizième   de la dimension moyenne du produit initial dont le fragment 

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 a été dérivé. Des particules réfractaires incorporées dans la poudre initiale sont réparties à travers les particules composées indivi- duelles dans un état de fine dispersion approximativement égal à la dimension minimum des fragments.

   Ainsi, la distance moyenne entre les particules réfractaires dans les particules composées; est bien inférieure à la dimension des particules du métal primitif et est avantageusement inférieure à un micron et même jusqu'à 0,5 micron ou moins . Dans de telles particules, il n'existe pratiquement aucun îlot ou zone dans les particules composées dépourvues de   dispersoide .    



   Le broyage par impact à sec à haute énergie peut utile- ment être exécuté dans un broyeur à boulets à agitation comprenant un cylindre stationnaire à axe vertical contenant une charge de bou- lets ou billes et possédant un arbre d'agitateur rotatif situé coaxialement par rapport au broyeur, avec des bras agitateurs espacés s'étendant pratiquement horizontalement à partir de cet arbre et servant à maintenir la masse de la charge de billes en mouvement relatif continu.

   Un tel broyeur a été décrit dans l'ouvrage de 
Perry "Chemical Engineer's   Handbook"   quatrième édition , 1963 , aux pages 8 à 26 et est illustré schématiquement à la figure 1 des dessins annexés, qui représentent en coupe partielle un cylindre vertical 13 entouré par une chemise de refroidissement 14 possé- dant des orifices d'admission et de sortie 15 et 16 destinés res- pectivement à la mise en circulation d'eau ou d'un autre agent de refroidissement. Un arbre 17 est supporté coaxialement dans le cylindre grâce à des moyens non représentés et possède des bras horizontaux 18,19 et 20 en une pièce avec cet arbre. Le broyeur est rempli de billes ou boulets 21 sur une profondeur suffisante pour noyer une partie au moins des bras. 



   Le temps de broyage t requis pour produire une dispersior satisfaisante , la vitesse W de l'agitateur (en tours par minute), le rayon er du cylindre (en centimètre et le rapport R entre le volume des billes et celui de la poudre sont associés par l'ex- 

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 pression suivante : 
1/t = K w3 r2 R dans laquelle K est une, constante dépendant du système mis en oeuvre. 



  Ainsi, une fois qu'on a établi un jeu de conditions satisfaisantes dans un broyeur de ce type, d'autres jeux de conditions   satisfaisan-        tes pour ce broyeur et d'autres broyeurs analogues peuvent être   éta-   blis en utilisant l'expression qui   précède.   



   Sauf indication contraire, le broyage par impact à ses mentionné dans chacun des exemples du présent brevet a été exécuté dans un broyeur de ce .type refroidi par eau. La vitesse de broyage indiquée en t/m est la vitesse de rotation de l'agitateur. Sauf in- dication contraire, le broyeur a été obturé de façon étanche afin , d'empêcher l'accès de l'air pendant le broyage à l'exception de celui 
 EMI12.1 
 ##qui#était présent#à#lrige-;#######- - -#'# ----- - -- 'autres broyeurs qui peuvent être utiliséscomprennent .      des broyeurs à boulets vibrants, des broyeurs agitateurs à grande vitesse et des broyeurs à boulets planétaires.

   Quel que soit le type de broyeur utilisé les boulets ou autres éléments   d'usu-   re par frottement doivent être durs et suffisamment tenaces pour comprimer le métal déformable et ils sont de préférence faits de métal ou de cermét, par exemple de l'acier ,de l'acier inoxydable, du nickel ou du carbure de tungstène,avec un petit diamètre par rapport au broyeur et avec une dimension pratiquement uniforme .. 



  Pour d'autres détails de la production des poudres, on se référera au brevet principal. 



   Les poudres composées peuvent offrir une gamme de compo- sitions extraordinairement larges et elles peuvent être utilisées pour produire une variété tout aussi large de produits composés. 



  Les compositions comprennent une très large gamme de systèmes mé talliques correspondant à la fois à des alliages binaires simples et à des alliages plus complexes , pour autant qu'ils comprennent un métal déformablé par 'compression.. 

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   Des alliages simples comprennent ceux à base de plomb, de zinc, d'aluminium et de magnésium, de cuivre, de nickel , de cobalt, de fer et des métaux réfractaires. Des alliages plus complexes comprennent des alliages bien connus résistant à la chaleur, par exemple ceux basés sur des systèmes nickel-chrome, cobalt-chrome et fer - chrome contenant une ou plusieurs additions 
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 d'alliage telles que du molybdênec%tungstène,du niobium, du tantale, de l'aluminium , du titane, du silicium , du zirconium . etc. avec ou sans des non-métaux tels que du carbone et du bore. 



   Les alliages ouvrés   duris   par dispersion , à la fois simples et complexes, peuvent être produits à partir de poudres composées possédant des dispersions uniformes d'une phase de com- posés réfractaires durs Les composés réfractaires   comprennent   des oxydes, des carbures, des nitrures, des borures de métaux réfractaires tels que le thorium, l'yttrium, le   zirconium,   l'haf- nium, le titane et même certains oxydes réfractaires tels que ceux de silicium, d'aluminium, de cérium, d'uranium, de magnésium, de calcium, de béryllium et le mélange d'oxydes de terres rares , l'oxyde de didyme .

   Les oxydes réfractaires généralement utiles en tant que phases dispersées sont ceux dont l'énergie libre ne- 
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 gative de formation-par atome-grammeoxygène/environ 25*C est d'au moins environ 90.000 calories et dont le point de fusion est au moins celui de la matrice. La proportion de phases dures . peut être suffisante pour produire des compositions de cermét aussi longtemps qu'une quantité suffisante de métal ductile est présente pour offrir une matrice de réception pour la phase dure ou le dispersolde.

   Lorsque l'on désire uniquement un renforcement par dispersion de compositions ouvrées, comme dans des alliages à haute température, la quantité de dispersolde peut aller de   0,05% à   25% en volume et, plus avantageusement , de   0,05%   à   5%   ou   10%   en volume. 

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   Le procédé suivant l'invention est également particu- lièrement utile pour obtenir des produits ouvrés à partir de systèmes métalliques dont les composants possèdent une solubilité limitée ou même pratiquement aucune solubilité mutuelle dans l'état liquide   et/ou   l'état solide , par exemple du plomb ou du fer avec du cuivre, du tungstène avec du cuivre ou du silicium et du chrome avec du cuivre.

   Il convient de remarquer particulièrement qu'étant donné que la constitution des poudres composées est celle d'un alliage mécanique à structure extrêmement fine, leurs compositions et donc   celles des   produits obtenus à partir de ces poudres ne sont pas limités par des considérations pratiques normales lors de l'utilisation des techniques de fusion ou des techniques classiques de la métallurgie des poudres et que l'absence pratique de ségrégation dans les produits conduit-¯¯¯ dans de nombreux cas à une amélioration remarquable de la possibi- lité de travail par comparaison avec les alliages coulés de même composition. De nombreuses compositions d'alliage nouvelles et avantageuses deviennent ainsi disponibles sous des formes ouvrées. 



   Les nombreux avantages de l'utilisation des particules composées ouvrées pour la réalisatin de produits métalliques consolidés obtenus suivant la métallurgie des poudres comprennent la protection des composants réactifs tels que le chrome,   l'alu-   minium et le titane contre l'oxydation grace à leur incorporation et leur isolement dans la matrice du métal déformable . Les parti- cules composées combinent également les avantages d'une poudre grossière , comprenant une conservation avec un minimum de contami- nation , une facilité de dégazage pour une extrusion en gaine , des propriétés non pyrophores, de bonnes caractéristiques de flua- ge et une densité apparente élevée, avec une dispersion extrêmement intime et fine des constituants dans chaque particule. 

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   La consolidation de la poudre composée en produits mé talliques peut ôtre réalisée par   n'importe   quel procédé approprié d'usinage mécanique, y compris l'extrusion dans une gaine fermée, le   foulage;,   le laminage et le pressage à chaud, La température de travail dépendra évidemment de la nature de la composition enviosegée Pendant le chauffage des particules à la température utilisée pour   l'usinage   toute homogénéisation et tout recuit   cies   particules pouvant survenir auront   en   général lieu, mais tout autre traitement   thermique     peut   être exécuté   ultérieurement   si on le désire.

   il est généralement désirable de dégazer la poudre autant qu'il est possible en pratique de le faire avant d'effectuer l'usinage ou le travail.. 



  Certains des divers type de produits ouvrés suivant l'invention 
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 seront à présent considérés plus en ëét;:il.--- - -######¯¯¯¯¯¯¯¯- 
Superaliages 
Des alliages complexes à haute termérature à base de nickel , de cobalt ou de fer (habituellement dénommas superalliages) qui contiennent du chrome et qui sont rendus susceptibles de durcissement par vieillissement grâce à des éléments d'alliage tels que le niobium, le titane et l'aluminium   et/ou   sont durcis en so- lution solide par du molybdène du du tungstène , tendent à souffrir de ségrégation lors de la coulée, en particulier avec de fortes teneurs de l'élément d'alliage.

   Ceci conduit 3   une=réponse   non   uniforme.au   durcissement par   vieillissement     et à   des difficultés lors de l'usinage à chaud. Si on fait appel à des techniques de la métallurgie des poudres ou à un mélange de poudres élémentaire. ou partiellement pré-alliées, on découvre que le chrome tend à être oxydé et que l'aluminium et le titane tendent à être perdus par oxydation ,de telle sorte qu'ils ne sont plus disponibles pour le durcissement par vieillissement et d'autres désavantages tels que la ségrégation se présentataussi comme déjà mentionné. 

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   D'êtres difficultés sont rencontrées en cherchant à depliquer le renforcement par dispersion aux superalliages, à cause de la termation aisée   d'inclusions   linéaires de dispersoide avec peur resaltar d'importantes   ons   de l'alliage qui sont dépourvues de dispersoide La fabrication de   superalliages   par   consolidation   lde poudres composées   ouvrons   suivant l'invention facilite l'élimina- sion de la ségrégation dans les compositions normales de superalli- ages élit* permet d'augmenter la teneur en éléments d'alliage pour le durcissement par vieillissement ou le durcissement en solution solide et elle permet de produire aisément des superalliages ren- forcés par dispersion.

   Les produits ouvrés résultants ont une microstructure qui est pratiquement uniforme de part en part , ils sont pratiquement exempts de ségrégation , de phase primaire gamma prime et d'inclusions linéaires et ils possèdent une réparti- tion   uniforme   des phases de durcissement par précipitation comme indiqué par les 'photomicrographies à transmission électronique. 



   Ils peuvent être renforcés par dispersion par l'un quelconque d'une large variété d'oxydes  ) carbures,   nitrures et borures réfractaires tels que définis précédemment de façon plus détaillée. 



   Il a été remarqué de façon fort surprenante que les corps produits par un travail ou un usinage à chaud de poudres alliées   mécaniquement   consolidées peuvent être travaillés dans une beau- coup plus grande mesure que les corps produits de façon classique avec la même composition que l'alliage de matrice. Ceci se révèle par les températures réduites requises pour des valeurs comparables de déformation à chaud, des pressions de travail réduites et de plus grandes valeurs admissibles de l'effort de travail. 



   D'une façon générale, les alliages ont un point de fu- sion d'au moins   1.093 C   et ils contiennent de 4 à 65% en poids de chrome, au moins 1% au total d'un ou plusieurs des composants - de niobium, aluminium et titane, de préférence   0,2 à   15% d'alumi- nium (par exemple 0,5 à   6,5%) ,   et 0,2 à 25% de titane (par exemple 

 <Desc/Clms Page number 17> 

   0,5   à   6,5%,   0 à   40%   de molybdène , o à 40% de tungstène , 0 à 
20% de niobium, 0 à 30% de tantale, 0 à   2%   de vanadium , jusqu'à   15% de   manganèse,jusqu'à   2%   de carbone, jusqu'à   1%   de silicium, jusqu'à   1%   de bore, jusqu'à 2% de zirconium et jusqu'à   0,

  5%   de magnésium, le restant (au moins   25% )   étant constitué essentielle- ment par du fer, du nickel ou du cobalt avec ou sans constituants de renforcement par dispersion, tels que de l'oxyde d'yttrium, de l'oxyde de lanthane, de l'alumine, de l'oxyde de thorium , etc, en quantités de   0,05% à   10% et de préférence 0,05 à 10% en volume de la composition totale. 



   Les superalliages que l'invention concerne plus parti- cluièremnt comprennent ceux tombant dans la gamma de 5 à 35% de chrome, 0,05 à 8% d'aluminium 0,5 à   10%   de titane, jusqu'à        12%   de molybdène jusqu'à   20%   de tungstène,jusqu'à   8%   de niobium, jusqu'à 10% de tantale, jusqu'à   2%   de vanadium, jusqu'à   2%   de man- ganèse, jusqu'à 1% de carbone, jusqu'à   1,5%   de silicium, jusqu'à   0,1%   de bore, jusqu'à 1% de zirconium, jusqu'à 2% d'hafnium, jus- qu'à 0,3% de magnésium, jusqu'à 45% de fer, jusqu'à 10% en volume de   dispersolde   qui est avantageusement de l'oxyde de thorium , de l'oxyde d'yttrium, de l'oxyde de lantane ,

   de l'oxyde de cérium ou des mélanges d'oxydes de terres rares tels que l'oxyde didyme peuvent être utilement présents en des quantités d'au moins 0,2% et de préférence de   0,5   à   5%   en volume, le restant (au moins 40% ) étant constitué par du nickel et/ou du cobalt.

   Quelques exemples particuliers de compositions de superalliages qui peuvent être produites avec ou sans un dispersoide sont donnés dans le tableau 1 ci-après. 

 <Desc/Clms Page number 18> 

   m   
 EMI18.1 
 n       
 EMI18.2 
 0 H tu o 3      
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 xyz 11f' 3      
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 0 3 O 1      
 EMI18.5 
 N 11 IC M - - oo - - - oo oo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M00-'00'00t-'0'-''-''-0 ##N 0 N - - - N 1C W i   11 N Ii   11 M o 0 0 0 O O rù,;"'''''''''1 'n ;..r8 M lll Z à ' ' ' à ô r i i ut00 0ut0 ui0 - - - oo - - - oo - - oo - - - - oo 0 0 0 0 0 0 0 liN m N 1 liN 1 o 0 0 o a o - - - - - - - - - - - - - - - - - >i h)"N) #-à N3m1-à Fi Fi"mm N 0 0 # N 0 
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<tb> 
 
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 o 0 0 000 0 0 0 0 0 N N N 4.

   N N N N N N N N N N 3 N N 11 1 0 0 0 -0 '0 ùl0 11) 0 0 0 m 1  oo - oo - oo - - oo - oo - oo ¯ 11 r o P r r i r 1 0 1 0 Ipl j W r m i m i O 0 0 n O O O Ut 0 0 N n n O w ui 0% o 0 0 0 0 N 0 0 0 0 N - - - - - - - - - - - - - - - - - 111"1'''''''11111111::: N N N N N N N N N N H N N 1. N N W p- N P 0\0 O O oc' U1 - H -       u - HM"    ..    '   il 11 yM m O i 1 1 O 0)<-(tt-**<!"' 500 mjm oo oo oo oo oo oo oo " - - - - " - - 0 ' r ' M W N N N 0 o M < OE 0 .... ,f:>. N Ut 0 ro - - M " H .. N N N N . H H H N N Ut 0 00 W .... 0 W W CI\ CI\ ON"" N 0 Ut CI\ 0 Ut 0 ........ 



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 EMI18.8 
 
<tb> n
<tb> 
 
 EMI18.9 
 e 

 <Desc/Clms Page number 19> 

 
Les particules de composé réfractaire stables peuvent être maintenues aussi fines que possible. , par exemple avec une   dimen-   sion inférieure à 0,5 micron. Une gamme de dimensions de particules déterminée comme particulièrement utile pour la production de sys- tèmes à renforcement par dispersion et: de 10 à   1.000   angstroms (O,ool à 0,1 micron). 



   L'important travail à froid communiqué aux particules de métal composés produites par broyage des métaux à haut point de fusion pour produire les compositions de   superalliages   est particuliè- rement avantageux . Il augmente les coefficients de diffusion effec- tifs dans la poudre produite et ce facteur .conjointement avec le mélange intime dans la poudre produite de fragments métalliques provenant des composants primitifs afin d'établir de petites dis- tances d'interdiffusion , favorise une homogénéisation rapide et la formation d'alliage de la poudre produite lors du chauffage à des températures d'homogénéisation et améliore la possibilité de travail à chaud comme expliqué précédemment.

   Les facteurs précé- dents ont une valeur particulière pour la production d'articles par la métallurgie des poudres possédant des matrices d'alliage assez complexes. 



   On donnera à présent quelques exemples:   EXEMPLE 1    
Un mélange pulvérulent constitué en poids par 14,9 %   .,/d'un   alliage-mère Ni-Ti-Alsous forme de poudre contenant 72,93%      de Ni, 16, 72 % de Ti ,7,75% de Al,   1,55%   de Fe,   0,62%   de Cu,   0,033%   de C,   0,05%   de Al2O3 0,036% de TiO2 62,25% de poudre de nickel carbonyle avec une dimension de particule de 5 à 7 microns, 19,8% de poudre de chrome avec une dimension de   particule 74   microns et 3,5% d'oxyde de thorium avec une dimension de particule de 0,

  04 micron a été prémélangé et 1300 grammes de ce mélange ont été   broyez   par impact à sec sous une atmosphère d'argon pendant 48 heures dans 

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 un broyeur d'attrition avec un rapport   boulets/poudre   de 17/1, tour- nant à 176 t/m. Le produit était constitué par des particules de poudre composée offrant une   acellente   interdispersion des ingré- dients dans les particules individuelles et possédant une structure striée sous un grossissement de 750. L'analyse de la poudre donnait   73,86%   de Ni, 19,3% de Cr 2,16% de Ti,   1,19%   de Al, 0,017% de 
C , moins de 0,05% de Cu, 2,93% de ThO2   0,015% de   Al2O3   0,013%   de TiO2 La quantité des autres impuretés était négligeable. 



   Après élimination de quelques particules grossières su- périeures à 350 microns , la poudre ayant une gamme de dimensions de particules de   45 à   350 microns a été extrudée en un barreau dans un pot en acier inoxydable après dégazage sous vide (2 x 10-5 mm Hg) à 350 C en faisant appel à un rapport d'extrusion de 16/1 et une température de   1175 C.   Le barreau extrudé contenait une dispersion fine et uniforme de particules d'oxyde de thorium avec une dimension moyenne de   0,04   micron et un espacement entre particules inférieur à 1 micron, sans inclusion linéaire et avec une dureté de 275   Vickers.

   ,   Un chauffage en solution pendant 16 heures à   1200 C   a réduit la dure- té à 235 Vickers , tandis qu'un vieillissement ultérieur pendant 16 heures à   705 C   a provoqué un durcissement par précipitation la dureté augmentant jusqu'à 356 Vickers. 



   Par comparaison, des alliages ouvrés ayant pratiquement la même composition de matrice et produits par des techniques de fu- sion classiques, avaient une dureté de 200 à 250 Vickers après re- cuit, valeur qui était augmentée jusqu'à   290-320   Vickers par un trai- tement de vieillissement semblable. 



   EXEMPLE 11 
Un mélange constitué en poids par   39.5%   d'un alliage- mère en poudre avec une dimension de particules inférieure à 43 mi- crons et contenant   67,69%   de Ni ,   8,95%   de Mo, 5,70% de Nb, 15,44% de Al , 1,77% de Ti, 0,053% de C,   0,06%   de Zr et   0,01%   de B ,45,74% 

 <Desc/Clms Page number 21> 

 de poudre de nickel carbonyle avec une dimension de particule de 5 microns ,   11, 64%   de poudre de chrome avec une dimension de particule inférieure à 74 microns et   3,12%   d'oxyde de thorium avec une dimen- sion de particule de 0,04 micron,

   a été broyé à sec pendant 48 heures dans l'air dans un   broyeur/attrition   avec un rapport boulets/ poudre de 29/1 en volume et une vitesse de 176   t/m .   Un examen au microscope de la poudrera révélé.que les constituants s'étaient réunis intimement pour former des particules de poudre métallique composées qui offraient une excellente interdispersion des ingré-   dients,   
Une partie du produit pulvérulent , après enlèvement de particules grossières supérieures à 350 microns , a été extrudée en un barreau dans un pot en acier inoxydable (après dégazage sous   vide à   425 C ), en faisant appel à   un   rapport d'extrusion de 16/1 et une température de   1200 C.   Le barreau résultant avait la composition analysée suivante :

   0,07% de C,   10,40%   de Cr. 3.005 de Mo   1,60%   de Nb,   5,20%   de   Al.   0,65% de Ti,   0,007%   de B,   0,03%   de Zr ,   3,20%   
 EMI21.1 
 de Th0, 1,38% de A12o3 d 0,018 de Ti02. 0,016% de cr203' le res- tant étant du Ni. Le Al2O3 était présent sous forme d'une disper- sion intime et la proportion des oxydes étrangers , TiO2 et Cr2O3 était ainsi très faible. 



   Des parties du barreau extrudé ont été chauffées à 1240 C pendant 4 heures sous argon pour tniter en solution l'alliage, augmenter sa dimension de grain et achever l'homogénéisation de la structure puis   refroidies   au four pour permettre au durcissement par précipitation de se produire. La structure de grain de l'alliage après ce traitement est   illustrés avec   un grossissement de 100 à la figure 2 des dessins. On remarquera que la structure de grain est allongée dans le sens de l'extrusion.

   Grace à un examen au microscope électronique après ce traitement, on a pu observer que 

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 l'alliage contenait à la fois une phase de durcissement par préci- pitation gamma prime et une dispersion intime de particules d'oxyde de thorium de dimension moyenne de 0,05 micron , avec un espacement entre particules inférieur à 1 micron. La fine structure observée avec un microscope électronique sous un grossissement de 10.000 fois est représentée à la figure 3 des dessins..      



   Les propriétés à haute température de l'alliage après le traitement thermique sont données dans le tableau II. 



     TABLEAU   II 
 EMI22.1 
 
<tb> Temp.essai: <SEP> Limite <SEP> élastique: <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> :Allongement.- <SEP> Striction
<tb> 
 
 EMI22.2 
 ( C) : dé formation C, 2% la traction . % iÉ 
 EMI22.3 
 
<tb> : <SEP> kg/cm2 <SEP> kg/cm2
<tb> 
<tb> 
<tb> 760 <SEP> 69,6 <SEP> 79.0 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 10,0
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 982 <SEP> 19,3 <SEP> 24,9 <SEP> Il,0 <SEP> : <SEP> $*Ci
<tb> 
 
 EMI22.4 
 1.093 7,5 :

   ¯¯¯$t2 ¯ 9* ¯^ZT ¯ 
L'amélioration apportée par la dispersion de l'oxyde de thorium dans l'alliage est révélée par la comparaison des propri- étés de rupture sous effort de l'alliage traité thermiquement avec celles d'un alliage à haute température coulé et durci par précipitation (alliage 713) ne contenant pas d'oxyde de thorium et ayant une composition semblable à celle de la matrice de l'alliage contenant de l'oxyde de thorium , à savoir 74,84% de Ni,   12,0%   de Cr,   4,5%   de Mo,   2,0%   de Nb,   0,06%   de Ti,   5,9%   de Al,   0,05%   de C, 0,1% de Zr et 0,01% de B.

   Ces propriétés sont comparées dans le tableau III en fonction de l'effort sous lequel les alliages ont of- ferts des vies de   100   et 1000 heures à 1093 c 
TABLEAU III 
 EMI22.5 
 
<tb> Vie,heures <SEP> : <SEP> Effort <SEP> pour <SEP> la <SEP> vie <SEP> indiquée <SEP> kg/mm2 <SEP> alliage
<tb> 
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯: <SEP> alliage <SEP> avec <SEP> ThO2 <SEP> 713
<tb> 
<tb> 
<tb> 100 <SEP> 6.0 <SEP> : <SEP> 4,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 1000 <SEP> 5,4 <SEP> :

   <SEP> 2,9
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 23> 

 
EXEMPLE III Une charge de poudre de 8,5   kg   de 1550 parties d'un 
 EMI23.1 
 alliage-mère de nickel contenant 7% e'aiunsiaiua , 14% de titane et 9% de   di¯dyme;   (un mélange de métaux de terre rare contenant 50% de lanthane avec du néodyme et du praséodyme et d'autres métaux de terre rare ) broyé de façon à franchir un tamis de 74 microns, 1800 parties de poudre de chroma plus petite que 74 microns , 20,4 parties d'alliage mère Ni Zr 3,87 parties d'un alliage-mère Ni-B et 5.241 parties de poudre de nickel   carbon#vle ,  a été   broyés   sous impact à sec dans un broyeur d'attrition de 38 litres contenant 189 kilos de grains de nickel de 6,3mm pendant 40 heures à une vitesse d'agitateur de 132 t/m.

   Le produit a été tamisé à travers un tamis de 350 microns et enfermé dans un pot en acier de 8,9 cm 
 EMI23.2 
 de diamè'tm--, -qui-a-été- obt'.1r-é -s.mls-wacuati.on ,¯¯aüsd-1.C3$ -*C- - et extrudé en une barre ronde de 1,9 cm de diamètre. La poudre a été consolidée par refoulement dans le récipient avant   l'extrusion   et une bonne capacité de travail à chaud était évidente d'après le fait que l'extrusion a été possible à la relativement basse tempéra- ture de 1,038 c La barre extrudée a été soumise à un traitement thermique comprenant un chauffage pendant 2 heures à   1275 C,   suivi par un chauffage pendant 7 heures à 1,080 c et ensuite pendant 16 heures à 705 C. Une structure à grain grossier allongée dans le sens de l'extrusion était présente.

   La barre extrudée se caractéri- sait par une dispersion finement divisée et bien répartie des oxydes des métaux de terre   rare ,   principalement le lanthane, résultant d'une oxydation interne par réaction du métal de terre rare extré ment finement divisé et de l'oxygène présent dans la poudre broyée. 



   Les   prqriétés   de rupture sous effort de la barre trai- tée thermiquement était très bonnes comme illustré par les données offertes dans le tableau 4 ci-après, indiquant une dispersion très uniforme de fines particules d'oxyde réfractaire. 

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    TABLEAU   IV 
 EMI24.1 
 t'e:'p.,Stni: Effort: Temps jusqu'à Allongement: Striction ( Ci (k<;/::nr.;2): la rupture (6) ¯¯¯¯¯¯¯¯¯s¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯&âjJ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 
 EMI24.2 
 
<tb> lose <SEP> 12,7 <SEP> 1.5 <SEP> 8,0 <SEP> 11,6
<tb> 
<tb> 
<tb> 1088 <SEP> 11,2 <SEP> 472,7 <SEP> 4,0 <SEP> 6,0
<tb> 
<tb> 1038 <SEP> 9,8 <SEP> 389,7 <SEP> 2,7 <SEP> 3,9
<tb> 
<tb> 
<tb> 760 <SEP> 35,2 <SEP> 16,3 <SEP> 2,7 <SEP> 3,9
<tb> 
<tb> 
<tb> 760 <SEP> 28,1 <SEP> 193,1 <SEP> 4,4 <SEP> 7,0
<tb> 
 
Cet exemple illustre une caractéristique particulière de   l'invention ,

     suivant laquelle des   métaux   renforcés par disper- sion peuvent être produits en prenant comme matière de départ une poudre dans laquelle est réparti à une échelle microscopique un métal dont l'oxyde possède une chaleur de formation élevée à 23 c dépassant   90.000   calories par atome-gramme d'oxygène. 



   Ce métal est oxydé sur place par l'oxygène disponible en quantité limitée dans la   poudre , à   cause des distances de diffusion très réduites impliquées, avec pour résultat que l'oxyde résultant est très fin et très bien réparti dans la forme consolidée résultante dans laquelle l'oxyde est un élément de renforcement par dispersion efficace. 



   EXEMPLE IV 
Une nouvelle charge de poudre de 8,5 kilos contenant environ 1490 parties d'un alliage-mère d'aluminium avec 17% de Ni de et   8,5%   de Ti , broyé jusqu'à moins/75 microns , 2000 parties de chrome avec une dimension inférieure à 75 microns, 1330 parties de poudres de nickel carbonyle fin prémélangées avec   10%   en poids d'oxyde d'yttrium fin (400 A ) , dans un mélangeur Waring, 24,8 par-   ties   d'un alliage-mère Ni-Zr avec une dimension irerieure à 75 microns,;

   3,9 parties d'un alliage-mère Ni - B avec une dimension inférieure à 75 microns et 5. 290 parties de poudre de nickel carbonyle , a été   broyé*pendant   40 heures dans un broyeur d'attrition de 38 litres 

 <Desc/Clms Page number 25> 

 contenant   180   kilos de grains de nickel de 6,3 mm , à 132 t/m. La poudre produite a été tamisée à travers un tamis de 350 microns et enfermée dans un pot en acier d'un diamètre de 8,9 centimètres. 



   Le pot a été mis sous vide jusqu'à une pression de mercure infériere à 10-4 mm. à 425 c et obturé par soudage. Le pot obturé sous vide a été chauffé à 1.093 c et extrudé en une barre d'un diamètre de 15,5 mm. La barre extrudée a été chauffée dans l'argon pendant 2 heures à 1275 C , puis à   1.080 C   pendant 7 heures et refroidie dans l'air. Elle a ensuite été chauffée pendant 16 heures à   700 C   et à nouveau refroidie à l'air. Une structure à grain grossier désirable allongée dans le sens d'extrusion a été obtenue.

   La barre contenait   0,061%   de C,   0,92%   de Al soluble,   2,46%   de Ti soluble,   20,4%   de 
Cr,   0,029%   de   Zr   soluble,   0,005%   de B,l,22% de   Y203 et     0,37%   de 
Al2O3 
Des échantillons de la barre extrudée traitée   thermi-   quement ont été soumis à un essais de rupture sous effort avec les excellents résultats définis dans le tableau V ci-après. 



   TABLEAU V 
 EMI25.1 
 
<tb> Temp.: <SEP> Effort <SEP> vie <SEP> jusqu'à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> Allongement: <SEP> Striction
<tb> 
 
 EMI25.2 
 (  C k m¯n2 rs) (%) 96 
 EMI25.3 
 
<tb> 1038 <SEP> : <SEP> 12,7 <SEP> 5,8 <SEP> 3,2 <SEP> 9,0
<tb> 
<tb> 
<tb> 1038: <SEP> 11,5 <SEP> 70,9 <SEP> 4.0 <SEP> 9,4
<tb> 
<tb> 
<tb> 1038: <SEP> 11,2 <SEP> 393,6 <SEP> 2,7 <SEP> 1,6
<tb> 
<tb> 
<tb> 927 <SEP> : <SEP> 17,6 <SEP> 7,1 <SEP> 6, <SEP> 2 <SEP> 10,5
<tb> 
 
 EMI25.4 
 927 15,8 117,4 5,3 11,6 760 : le, 20, 7fi : 35,2 E,O 7,2 20, 5 
 EMI25.5 
 
<tb> 760 <SEP> 28,1 <SEP> 131,3 <SEP> 6,4 <SEP> 21,5
<tb> 760 <SEP> :

   <SEP> 28,1 <SEP> 53,3 <SEP> 10,0 <SEP> 19,1
<tb> 
 
En outre, la matière contenant de l'oxyde   d'yttrium   s'est   réveil  être nettement plus résistante à la corosion par sulfuration résultant d'une exposition à 927 c à un bain de sel en fusion contenant, en poids, 90% de sulfate de sodium et   10%   

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 de chlorure de sodium , que l'alliage de base non renforcé'par dispersion. De même, la matière contenant de l'oxyde d'yttrium était nettement plus résistante que l'alliage de base non renforcé par dispersion au cours d'un essai d'oxydation cyclique à   1093 C   dans de l'air en circulation , où les spécimens ont été soumis à un cycle à la température ambiante toute les 24 heures.

   En particulier, la matière contenant de l'oxyde d'yttrium était beaucoup plus résis- tante à une pénétration en dessous de la surface que la matière nor- male au cours de ces essais. 



   La figure 4 est une photomicrographie électronique par transmission obtenue avec un grossissement de 100.000 fois à partir de la matière du présent exemple contenant de l'oxyde d'yttrium. La répartition fine et pratiquement uniforme du   dispersol-   de finement divisé (oxyde d'yttrium et alumine) tel qu'indiqué par la référence G et une répartition pratiquement uniforme de la phase gamma prime   tel qu'indiqués par   la référence   H   ressortactlai rement de la figure 4. Des carbures métalliques MC un peu plus grands indiqués par la référence J sont également évidents à la figure 4. 



   Cette figure 4 démontre l'absence de ségrégation qui caractérisé les matières suivant la présente invention. 



   EXEMPLE V 
Des poudres d'alliage composées avec la composition d' un super alliage à base de nickel classique,contenant 10% de Cr, 
3% de Mo, 15% de Co,   5,5%   de Al,   4,7%   de Ti, 1% de V,   0,18%   de C,   0,06%   de Zr,   0,014%   de B, le restant étant du Ni, ont été produites ' de par formation mécanique ; d'alliage.

   Un mélange/441 grammes de pou- dre de Cr (inférieur à   150   microns) , 134 grammes de poudre de Mo inférieure à 44   microns) ,   663 grammes de poudre de Co (inférieur à 44 microns), 1005 grammes de poudre de nickel carbonyle , 7,6 grammes de poudre de graphite, 1050 grammes de poudre d'une dimension inférieure à 75 microns d'un alliage-mère de nickel avec   15,96%   de Al et   3,68%   de Ti, 932 grammes d'une poudre de dimension inférieure 

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 à 75 microns d'un alliage-mère de nickel à   9,08%   de Al et   17,5%   de 
Ti, 71 grammes d'une poudre de dimension inférieure à 150 microns d'un alliage-mère de nickel avec 65% de V ,

   12 grammes d'une poudre de dimension inférieure à 75 microns d'un alliage-mère de nickel avec   28%   de Zr et 14,5% de Al et 3,3 grammes d'une poudre d'une di- mension inférieure à 75 microns d'un alliage-mère de niclcel avec   18%   de B, a été placé dans un broyeur à boulets horizontal à grande énergie d'une capacité de 15 litres possédant un réservoir stationnaire et un arbre horizontal mené équipé de bras agitateurs multiples s'étendant perpendiculairement à cette arbre ,pour être traité à une vitesse de 220 t/m avec 90 kilos de billes d'acier de 9,5 mm. 



   Une atmosphère d'azote à été maintenue dans le broyeur. Deux charges ont été traitées pendant   16   heures, une pendant 8 heures et une pendant 4 heures. 



   La structure de poudre interne des charges traitées pendant 16, heures a été observée comme étant pratiquement homogène avec la majorité des fragments d'ingrédient dans les particules composées d'une dimension inférieure à   1.micron.Par   opposition, les structures des charges traitées pendant 8 et 4 heures ont été progres- sivement moins homogènes , bien que toutes présentaient la même répartition générale de dimension des particules composées. 



   3.066 grammes de l'une des charges traitées pendant 16 heures tamisée de façon à traverser un tamis 350 microns ont été enfermés dans un pot en acier doux de 8,9 centimètres de diamètre -4 et mis sous vide jusqu'à une pression de mercure inférieure à 10 mm à 425 c par l'intermédiaire d'un tube en acier inoxydable prévu dans ce but. Le pot a été obturé par soudage par fusion du tube et consolidé par une extrusion à chaud en une barre d'un diamètre de 
2,5 centimètres, à 1177 c l'extrsion a été réalisée sans difficulté. en exigeant moins de 2/3 de la capacité de la presse et se détoulant avec une vitesse de piston de 33 à 61 centimètres par seconde. 

 <Desc/Clms Page number 28> 

 



  -Ceci malgré le -fait-que la composition telle que produite normalement n'est pas aisément susceptible d'être 'travaillée à chaud et doit être coulée avec précision à la forme finale. 



   Les résultats des essais de dureté exécutés sur des échan- tillons de cette extrusion dans l'état tel qu'extrudé et après deux traitements de recuit , sont donnés dans le tableau VI. 



   TABLEAU VI 
 EMI28.1 
 
<tb> Etat <SEP> : <SEP> Dureté
<tb> Rc
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Tel <SEP> qu'extrudé <SEP> : <SEP> 48
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 2 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 1243 c <SEP> 42,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 2 <SEP> heures <SEP> 1266 c <SEP> 40,5
<tb> 
 Eléments chauffants électriques ouvrés renforcés par dispersion 
 EMI28.2 
 -es alliages'"résistBmt#àla*chaiGur"poi.!r"des' éléments## chauffants électriques , comprenant du fer et/ou du nickel en alliage avec du chrome et/ou de l'aluminium , souffrent de ségrégation lors- qu'ils sont obtenus par coulée. Une égalisation pour homogénéiser la structure ne conduit qu'à une faible amélioration et peut avoir pour résultat un grain plus grossier , accompagné par des effets perturbateurs sur la capacité de forgage l'extrusion et le laminage.      



  En particulier, certains alliages bien connus qui contiennent à la fois de l'aluminium et du chrome , conjointement avec du nickel ou du fer ou les deux, sont cassants à la température ambiante bien que souples aux températures élevées. Un de ces alliages contient   67%   de fer, 25% de chrome, 5% d'aluminium et 3% de cobalt et un autre   55%   de fer;   37,5%   de chrome et   7,5%   d'aluminium. Ces deux alli- ages offrent une excellente réssistance à l'oxydation et à la corrosion aux températures d'exploitation élevées d'environ 1200 à 1300 c mais tendent à fluer et à perdre leur forme pendant l'utilisation comme éléments de résistance électrique. 



   Ces désavantages sont surmontés avec les alliages de chauffage électrique ouvrés durcis par dispersion offerts suivant 

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 l'invention, qui se caractérisat de part en part par l'uniformité de composition (c'est-à-dire l'absence de ségrégation ) et par   ----un   haut degré d'uniformité de dispersion et l'absence d'inclusions   --   linéaires avec les régions exemptes de dispersolde connexes. 



   D'une façon-générale, les alliages envisagés sont ceux contenant au   moins 10%   au total de chrome et/ou d'aluminium , la teneur en chrome ne dépassant pas   40%   et la teneur en aluminium ne dé- passant pas 34% , et de 0 à 5% de silicium, le restant de l'alliage (à l'exception des impuretés) étant constitué au moins par   50%   au total de fer   (5 à    75%)  ,de cobalt   (jusqu'à   15%)   et/ou   de nickel (5 à   80%)   tout en comprenant de 0,05 à   25%   en volume (sur la base de la composition totale ) d'un   dispersoide   de composé réfractaire. 
 EMI29.1 
 



  ----'une-façor-gênér.lefi-i.es alliages¯8nt une résistance électrique d'au moins   100   microhms/cm3. 



   Avantageusement, la teneur en chrome est de 15 à 40% , la teneur en cobalt ne dépasse pas 10%   ,la   teneur en aluminium ne dépasse pas 32% la somme des teneurs en fer, en cobalt et en nickel atteignant de 50 à 80% et la teneur en dispersolde de 0,05 à 10% en volume du total de la composition. 



   Une gamme de composition particulièrement désirable pour des alliages de chauffage électrique contient de 15 à 40% de chrome, 3 à 20% d'aluminium, le restant étant du fer, avec de 0,05 à 5% en volume de dispersolde. 



   Des dispersoldes particulièrement utiles sont l'oxyde d'yttrium, l'oxyde de lanthane , l'oxyde de troiumet le mélange de terres rares dénommé didyme, avec des dimensions inférieures à 1 micron et de préférence inférieurs à 0,1 micron. Des oxydes dé zirconium, de titane et de béryllium ainsi que des carbures, nitru- res et borures de tous les métaux définis précédemment peuvent également être utilisés. D'une façon générale, des oxydes réfractaires conve- nables sont ceux de métaux dont l'énergie libre négative de formation 

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 de l'oxyde par atome-gramme d'oxygène à 25 c est d'au moins 90.000 calories et dont le point de fusion atteint au moins   1300 C.   



   Des exemples particuliers d'alliages qui peuvent être renforcés par dispersion suivant l'invention sont donnés dans le tableau VII ci-après: 
TABLEAU VII 
 EMI30.1 
 
<tb> Alliage:Résistance <SEP> 3: <SEP> Composition <SEP> nominale
<tb> 
 
 EMI30.2 
 N  :Microhms/cm : 9 Cr : 9 A1 : Fe . Ni . autres 
 EMI30.3 
 
<tb> :à <SEP> 20 C.
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  17 <SEP> 1387 <SEP> 23 <SEP> : <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 72 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 18 <SEP> 1662 <SEP> 37,5 <SEP> 7,5 <SEP> 55 <SEP> : <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 19 <SEP> 1379 <SEP> 20 <SEP> . <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 73,5 <SEP> 1,5 <SEP> Si
<tb> 
<tb> 
<tb> 20 <SEP> 1163 <SEP> : <SEP> 20 <SEP> : <SEP> - <SEP> : <SEP> 8,5 <SEP> : <SEP> 68 <SEP> 2 <SEP> Si
<tb> 
<tb> 
<tb> 21 <SEP> 1122 <SEP> 16 <SEP> . <SEP> - <SEP> . <SEP> 22,5 <SEP> 60 <SEP> 1,5 <SEP> Si
<tb> 
 
 EMI30.4 
 .^2 2 S 5 67 : - :: 3 Co 
 EMI30.5 
 
<tb> 23 <SEP> . <SEP> 15 <SEP> : <SEP> 5 <SEP> . <SEP> - <SEP> 80-
<tb> 
<tb> 24 <SEP> 20 <SEP> . <SEP> 4 <SEP> . <SEP> 76 <SEP> -
<tb> 
<tb> 25 <SEP> : <SEP> 15 <SEP> : <SEP> 5 <SEP> . <SEP> 5 <SEP> 75-
<tb> 
<tb> 26 <SEP> 15 <SEP> :restant <SEP> : <SEP> -
<tb> 
<tb> 27 <SEP> 1013 <SEP> 20 <SEP> : <SEP> - <SEP> :

   <SEP> 43,5 <SEP> 35 <SEP> 1,5 <SEP> Si <SEP> 
<tb> 
<tb> 28 <SEP> 31,5: <SEP> 68,5 <SEP> : <SEP> -
<tb> 
<tb> 29 <SEP> 20 <SEP> . <SEP> - <SEP> . <SEP> 80-
<tb> 
 
Quelques exemples seront donnés à présent: 
EXEMPLE VI 
Un alliage de fer et d'aluminium renforcé par dispersion avec Al2O3 est préparé à partir d'une poudre composée produite par broyage par impact à sec d'une charge de fer spongieux de 
65 microns et d'un alliage-mère Fe-Al broyé en une   pudre   de dimension inférieure à 74 microns en des proportions appropriées avec 3% en volume   de gamma   alumine de 0,03 micron , en utilisant un¯rapport boulets/poudre de 20/1 et des boulets ou billes de nickel de6mm et une vitesse d'agitateur de   175   t/m.

   Un broyage pen- dant,45 heures a produit une poudre fortement travaillée à froid, 
 EMI30.6 
 z......' h , ..-0.. ,f ..... 1... "1"" 

 <Desc/Clms Page number 31> 

 dont les particules étaient constituées par une interdispersion pratiquement homogène de tous les ingrédients. La poudre a été   enfermée   sous vide dans un pot d'acier doux qui a été obturé par soudage, chauffé à 1093 C et extrudé avec un rapport de   16/1.   



   Après élimination de la matière du pot, la barre extrudée a été travaillée à chaud et à froid en ruban et en fil destinés à être utilisée 'comme éléments chauffants électriques . 



   EXEMPLE VII 
Lors de la production d'un alliage de chauffage élec- trique ouvré renforcé par dispersion , contenant en poids 20% de Cr , 5% de   Al.   1,5% de Si et   73,5%   de fer avec 4% en volume de Y2O3 2. 300 grammes d'un alliage-mère cassant contenant en poids   63,25%   de Fe, 21,7% de   Al,     6,5%   de Si et 8,55% d'yttrium 
 EMI31.1 
 ¯¯¯¯¯ ¯¯ ¯ ¯tal3ique, broyë an¯¯partirulc-sinfrie-usâ ?5¯ microns ¯.¯¯ont¯t鯯 ¯ mélangé avec 4.870 grammes d'éponge de fer à haute pureté de 
150 microns et 2.830 grammes de poudre de ferrochrome de 75 mi- crons.Le mélange a été broyé par impact à sec dans un broyeur d'attrition avec agitation d'une capacité de 38 litres , à 180 t/m et en utilisant des billes d'acier trempé de 6 mm et un rapport billes/poudre de 15/1.

   Un broyage pendant 24 heures a fourni une poudre composée totalement écrouie après élimination par tamisage des particules supérieures à 0,35 mm, la poudre a été emballée sous vide et enfermée par soudage dans un pot en acier doux et l'assemblage a été chauffé à   1.093 C.   Au cours de ce chauffage, l'oxygène accidentellement présent dans les poudres s'est combiné avec l'yttrium métallique pour donner une fine dispersion uniforme de Y2O3 d'une dimension de parti- cule moyenne inférieure à 0,1 micron. Le pot a ensuite été extru- dé à 1.93  C avec un rapport d'extrusion de 16/1 en une barre utilisable pour un étirage à des dimensions convenables pour des éléments chauffants électriques. 

 <Desc/Clms Page number 32> 

 



   ¯ EXEMPLE VIII 
Pour produire un alliage de chauffage électrique renfor- cé par dispersion de ThO2contenant 15% de Cr ,   5%   de Al, 5% de 
Fe et 75% de NI un alliage mère cassant contenant   67%   de Al , le restant étant constitué par du fer , a été broyé en particules inférieures à 150 microns. 89,5 grammes de la poudre broyée ont été mélangés avec   68,3'     gras   d'une poudre commerciale de 70% de Cr et 30% de Fe avec une dimension de particule inférieure à 150 microns, 132,2 grammes de poudre de Cr d'une dimension de particule inférieure à 75 microns .

   900 grammes d'une poudre de nickel carbonyle de dimension Fisher de 5 - 7 microns et une quantité suffisante de   ThO 2     d'   une dimension de 0,02 micron pour donner 3% en volume de ThO2 dans le produit. Le mélange a été broyé par 'impact à sec pendant 50 heures à 185 t/m. , dans un broyeur d'attrition avec agitation d'une capacité de 3,8 litres, en utilisant des billes de nickel de 6 mm avec un rapport billes/ poudre de 18/1. La poudre composée a été tamisée à travers un tamis de maille de 0,35 mm et emballée sous vide et obturée par soudage dans un pot d'acier doux, puis chauffée à 1093 c et extru- dée avec un rapport de 15/1 en une barre à section rectangulaire. 



   La barre contenait des particules de ThO2 de dimension inférieure   à 0,02   micron uniformément dispersées à travers elle , qui donnaiet de la raideur et de la résistance à l'affaissement'lors de l'utilisa- tion sous des températures élevées. 



   D'autres produits renforcés par dispersion qui peuvent ê tre préparés avantageusement comprennent , avec un renforcement par dispersion, du nickel , du cuivre, des aciers faiblement alliés,      des aciers maraging , des alliages à base de zinc , les métaux ré- fractaires chrome, niobium, tantale, molybdène et tungstène et leurs alliages , par exemple avec jusqu'à 50% d'un autre métal , des alliages à base de platine métallique et des alliages à base 

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Nickel renforcépar dispersion   EXEMPLE   IX 
Une charge constituée par 1173 grammes de poudre de nickel carbonyle ayant une dimension de particule moyenne de 3 à 5 microns et 27 grammes d'oxyde de thorium avec une dimension de particule de 0,

  05 micron a été prémélangée dans un mélangeur alimentaire à grande vitesse et ensuite broyée par impact à sec dans l'air à la température ambiante pendant 24 heures. Le broyeur contenait 3,8 litres de billes de nickel carbonyle d'un diamètre moyen de 6,2mm le rapport entre les billes et la poudre étant de 18/1 en volume et le broyeur a été mis en oeuvre avec une vitesse d'agitateur de 176 t/m., ce qui servait à maintenir pra- tiquement   testes   les billes dans un état hautement actif de col- lision mutuelle dans lequel le rapport entre les poudres et le volume interstitiel dynamique était d'environ 1/18 en volume. 



   Le produit broyé était constitué par des particules composées de nickel avec des particules d'oxyde de thorium très finement et uniformément dispersées à   bavers   elles et possédant une dureté de saturation de 640 à 650 Vickers. Après élimination des quelques par- ticules grossières, la poudre a été placée dans un pot d'extrusion en acier doux, dégazée sous vide à 400 C et ensuite enfermée de façon étanche dans le pot et extrudée en une barre à   980 C ,   avec un rapport d'extrusion de 16/1.

   Le produit extrudé était constitué par une matrice de nickel avec une dimension de grain inférieure à 5 microns,   présentant   une dispersion fine, stable et pratiquement      uniforme de particules d'oxyde de thorium de moins de 0,2 micron et,      pour la plupart, d'environ 0,02 micron. 



   Les propriétés de la matière , dans l'état tel   qu'extrudé   et après diverses réduction de section à froid , sont données dans le tableau suivant: 

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 TABLEAU VIII 
 EMI34.1 
 
<tb> Tenpessai: <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> par <SEP> traction <SEP> à <SEP> chaud <SEP> kg/mm2
<tb> 
 
 EMI34.2 
 "C¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯% de striction 
 EMI34.3 
 
<tb> : <SEP> Etat <SEP> extrudé: <SEP> 40% <SEP> : <SEP> 61% <SEP> : <SEP> 75%
<tb> 
<tb> 
<tb> 760 <SEP> 13,1- <SEP> : <SEP> - <SEP> : <SEP> 26,2
<tb> 
<tb> 
<tb> 982 <SEP> 7,4 <SEP> : <SEP> 11,5 <SEP> : <SEP> 15,4 <SEP> 18,5
<tb> 
<tb> 1093 <SEP> : <SEP> 5,3 <SEP> : <SEP> - <SEP> :

   <SEP> 14,7
<tb> 
 
On observera que cette structure très satisfaisante de la matière extrudée et le niveau élevé associé des propriétés ont été obtenus en partant de la poudre composée de l'invention , avec un rapport d'extrusion de 16/1 seulement. 



   EXEMPLE x 
Des charges de poudre composée de nickel et d'oxyde de thorium ont été préparées en broyant par impact à sec des charges de 777,4 grammes de poudre de carbonyle nickel et 22,6 grammes d'oxyde de thorium , avec une dimension de particule de 100-500   Angstroms ,   prémélangées dans un mélangeur à grande vitesse, pen- dant 24 heures dans l'air à la température ambiante dans le broyeur d'attrition de l'exemple 9, en utilisant des billes ou des boulets de carbonyle nickel d'un diamètre moyen de 4,5 mm et avec un rapport boulets/poudre de 26/1. La vitesse de l'agitateur était de 176 t/m.

   Après avoir combiné plusieurs charges de la poudre produite et avoir éliminé des particules trops grands pour franchir un tamis à maille de 0,35 mm , 2.500 grammes de la poudre composée ont été enfermés dans un pot en acier doux de 8,9 centimètres de diamètre et extrudés en une barre d'un diamètre de 2,200 centimètres à   982 C.   Des essais de rupture sous effort à   1093 C   sur des échantil- lons de la barre qui avait préalablement subi une réduction de sec- tion de   75%   en superficie ont donné les résultats   suivants:   
TABLEAU IX 
 EMI34.4 
 
<tb> Effort <SEP> vie <SEP> ( <SEP> heures <SEP> ) <SEP> Allongement
<tb> 
 
 EMI34.5 
 
<tb> 9,14 <SEP> 4,3
<tb> 
 
 EMI34.6 
 8.44 3 12,5 :

   2, g - 

 <Desc/Clms Page number 35> 

 
EXEMPLE XI 
La résistance d'un alliage de 90% de tantale et   10%   de tungstène est augmentée par l'incorporation d'oxyde de thorium Un mélange de 2.160 grammes de tantale et 240 grammes de tungstène, avec une dimension de particule de 3 à 40 microns ,avec 28 grammes de ThO2 de 0,02 micron ( environ 2% en volume) a été   prémélançé   et ensuite broyé par impact à sec dans une atmosphère d'azote pen- dant 40 à 50 heures à 176 t/m , en utilisant de la grenaille d'acier trempé d'un centimètre de diamètre avec un rapport boulets/poudre de 20/1 dans un broyeur d'attrition tel que décrit dans l'exemple 
IX. Après 48 heures, la poudre produite avait atteint la dureté de saturation.

   Après séparation par tamisage des particules supérieu- res à 0,35 mmla poudre composée était placée dans un pot en molyb- dène d'un diamètre de 8,9 cm, qui était mis sous vide , obturé et extrudé jusqu'à un diamètre de 2 centimètres à   1300 C.   La dispersion de l'oxyde de thorim dans la barre ouvrée résultante était très uniforme à la fois longitudinalement et transversalement. 



   EXEMPLE XII 
Lors de la production de niobium renforcé par dispersion, 
1100 grammes de poudre de Nb de 10 à 50 microns ont été mélangés avec 26 grammes de poudre d'oxyde de thorim de 0,4 micron et broyés dans un broyeur d'attrition à sec dans une atmosphère d'azote à 176 t/m pendant 48 heures, en utilisant des billes d'acier à outil de 6 mm avec un rapport billes/poudre de 18/1. Après tamisage à   tavers   un tamis de 0,35 mm , la poudre composée a été chargée dans un pot en molybdène de 8,9 centimètres de diamètcequi a été mis sous vide , obturé, chauffé à   1482 C   dans de l'hydrogène et extrudé en une barre de 2,5 centimètres à   1482 C.   



   EXEMPLE XII 
Du tungstène durci par dispersion ou vieillissement a été produit en broyant une charge de 2.500 grammes de poudre de W avec 27 grammes de ThO2 (2% en volume) comme dans l'exmeple 

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 précédent, afin d'obtenir une poudre   composée qui a-été tamisée   et. extrudée dans un pot en Mo de 8,9 centimètres de diamètre mis sous vide, après chauffage à   1925 c   dans l'hydrogène, en une barre de 2,5 centimètres de diamètre. 

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  Aciers faiblement alliés renforcés par dispersion 
Le renforcement par dispersion d'aciers faiblement alliés, en particulier ceux contenant du molybdène ou du vanadium, avec ou sans chrome, qui possèdent par exemple la composition définie dans le tableau suivant, permet de produire des aciers faiblement alliés possédant une résistance améliorée à la traction et au fluage à haute température. 



   Les aciers faiblement alliés qui peuvent être produits suivant l'invention comprennent des aciers contenant jusqu'à   0,8%   decarbone, au moins   0,25%   de Cr (jusqu'à 5% et/ou de Mo (jusqu'à 
5% de   0 à 2% de V,     de 0 à     2% de W,     de 0 à     5%   de Ni,   de 0 à   2% de 
Si et de 0 à 2% de Mn.

   Les exemples de tels aciers sont donnés dans le tableau X   ci-après ,   
TABLEAU X 
 EMI37.1 
 
<tb> Alliage <SEP> ¯¯¯¯Composition <SEP> nominale <SEP> en <SEP> poids
<tb> 
 
 EMI37.2 
 acier n" cl Cr. 5>.' z Fe, 0,-c' Autres, % ¯ 
 EMI37.3 
 
<tb> 1 <SEP> 0,08 <SEP> 5 <SEP> 0,5 <SEP> restant <SEP> 0,5 <SEP> Ti
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 2 <SEP> 0,12 <SEP> 5 <SEP> 0,5 <SEP> 1,2 <SEP> Si
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 3 <SEP> 0,15 <SEP> 0,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 4 <SEP> 0,17 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 5 <SEP> 0,12 <SEP> 1 <SEP> 0,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 6 <SEP> 0,13 <SEP> 0,6 <SEP> 0,01 <SEP> 0,65 <SEP> Mn
<tb> 
<tb> 0,018 <SEP> P
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 7 <SEP> 0,08 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> 0,5 <SEP> 0,06 <SEP> Zr
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 8 <SEP> 0,13 <SEP> 2 <SEP> 1,

  0
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 9 <SEP> 0,12 <SEP> 2,25 <SEP> 0,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 10 <SEP> 0,4 <SEP> 2 <SEP> 0,35 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 11 <SEP> 0,4 <SEP> 1 <SEP> 0,25 <SEP> v
<tb> 
   EXEMPLE   14 
Lors de la production   d'un   acier faiblement allié renforcé par dispersion, contenant 2% de Cr, 1% de Mo et 0,4% de C, un allia- ge -aère cassant contenant   30%   de Cr, 15% de Mo, 5% de C , le restant étant du fer, a été broyé de façon à traverser un tamis de   ..... - .    

 <Desc/Clms Page number 38> 

 



   74 microns et 80 gr ont été prémélangés avec 1120 gr d'éponge de   --- fer   de 65 microns. Ce mélange a été broyé à sec avec 30 gr de ThO2 de 0,02 micron, comme dans   l'exemple   précédent. Après tamisage à travers un tamis de 0,35 mm, la poudre composée a été placée dans un pot en acier doux de   8,9     cm,qui   a été chauffé à 80 cx mis   ,sous'   vide,refroidi rapidement sous vide, obturé de façon étanche et ' extrudé à 982 c en une barre de 2 cm de diamètre. 



   Acier   maraginq   renforcé par dispersion 
 EMI38.1 
 Les aciers maraging conçus récemment c'est-à-dire des aciers qui peuvent être durcis par vieillissement à l'état martensi tique et possèdent des compositions rentrant dans les   grandes,lignes   dans la gamme 10 à 30% de Ni, 0,2à 9%   de Ti   et jusqu'à   5%   de Al, de telle sorte que (Ti + Al) ne dépasse pas 9%, jusqu'à   25% de'        
 EMI38.2 
 .¯Go, s qul0 ste¯Mo .estant- tazltn m ±x mo.nprl raient tirer profit d'un renforcement par dispersion. La capacité de diffusion assez pénible du molybdène et d'autres matières dans des mélanges pulvérulents peut être compensée par l'utilisation.   vant' de poudres composées sui la présente invention.

   L'incorporation   d'un dispersoide dans la poudre permet l'obtention d'un produit renforcé par dispersion par extrusion à chaud, avec des propriétés de résistance améliorées dans la gamme de 480 à   650*C.   



   Métaux à base de zinc renforcés par dispersion 
Du zinc et des alliages de zinc ouvrés contenant, par exemple 50% ou plus de zinc, peuvent être renforcés par dispersion suivant   1*invention,   en augmentant ainsi leur résistance au fluage. 



   Des exemples de tels alliages comprennent :   0,15-0,35%   de Pb   0,15-30%   de Cd, le restant étant Zn; 0.005-0,1% de Pb,   0,5-1,5%   de Cu,   0,12-1,5%   de Ti, le restant étant Zn; jusqu'à   0,025%   de Mg, 
0,25-0,6% de Al, le restant étant Zn; jusqu'à 3,5% de Cu 0,02 
0,1% de Mg,   3,5-4,5%   de Al le restant étant Zn. 



   EXEMPLE 15 
Lors de la production de zinc renforcé par dispersion, 
 EMI38.3 
 1500 gr. de poudre de Zn. traversant un,. tam.s de 150 microns ont 

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 été prémélangés avec 25 gr de gamma alumine de 0,02 micron et broyés par impact à sec pendant 50 heures à 180 tours/minute en utili- sant des billes en acier trempé dans un rapport billes/poudre de 
20/1.

   Après tamisage pour éliminer les particules grossières supé- rieures à 0,35 mm, la poudre composée a été pressée à froid en un cylindre de 6,3 cm de diamètre, qui a été fritte pendant 3 heures de à 315 c dans l'hydrogène très anhydre la billette frittée a été adoucie par usinage et consolidée par extrusion à 177 c en une barre de 1,6 cm de diamètre qui possédait une dispersion très   unifor-   me de particules de Al2O3 à la fois dans le sens longitudinal et transversal et qui est pratiquement exempte d'inclusions linéaires. 



   Métaux et alliages du groupe du platine renforcés par dispersion 
Le renforcement par dispersion des métaux à base de pla- . 
 EMI39.1 
 



  ---..t.ine..est¯p.qrticulièr..?JI!.e.nt d.irable .J29..ur améliorer la résistance------ aux températures élevées et des alliages qui peuvent être renforcés avantageusement comprennent du platine avec jusqu'à 50% de Pd, du platine avec   3,5-40%   de Rh, du platine avec jusqu'à 35% de Ir, du platine avec jusqu'à 8% de W. Des exemples de métaux à base de platine renforcés par dispersion qui peuvent être produits en tant que formes ouvrées suivant l'invention sont : du platine avec 
2% en volume de ThO2 de 0,02 micron,   75%   de platine et 25% de Rh avec 3% en volume d'oxyde d'yttrium de 0,04 micron,92% de Pt et 8% de W avec 5% en volume de carbure de Ti de 1 micron, 90% de Pt, 10% de Pd avec 2% en volume de ZrO2 de 0,1 micron. 



  Métaux à base d'or renforcés par dispersion 
L'or est très doux et a une faible résistance au fluage. 



  Il peut être durci par l'addition d'éléments d'alliage et ce pro- cédé de durcissement peut être remplacé ou complété par un durcis- sement par dispersion ou vieillissement suivant l'invention. Les métaux à base d'or qui peuvent être ainsi durcis avantageusement comprennent les alliages d'or, par exemple 54-60% de Au, 14-18% de 
 EMI39.2 
 Pt, 1-8% de Pd, ,;ill11% de Ag, 7-13% de. C,U. 19 au maximum de Ni, ';::"1;:,.,.,'1"" . - .' ..., 

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1% muximum de Zn; 62-64% de Au,   7-13%   de Pd,   6%   maximum de Pd 9- les da Ag 7-14% de Cu, 2% maximum de Zn et 70% de Au   -30%   de Pt. 



     Des   additions en volume jusqu'à 10% ou plus de dispersiodes tels que   de   l'oxyda de therium de l'oxyda   d'yttrium,   de l'alumine et des carbares réfractaire peuvent aisément être produites dans des metaux à   bise   d'or ouvrés. curvre refercé par dispersion 
Un exemple de renforcement par dispersion de cuivre pour améliorer sa résistance au fluage aux températures élevées tout en maintenant une conductivité électrique et thermique élevée et le suivant. 



   EXEMPLE 16 
Une charge de 1173 gr de poudre de Cu de dimension 
Fisher (sub-sieve) de 7-10 microns et 27 gr d'alumine de 0,03 micron a été broyée à sec pendant 30 heures à 176   tours/minute        dans le broyeur d'attrition avec agitation de la figure 1, en uti- lisant des billes d'acier trempé de 6,5 mm le rapport billes/pou- dre étant de 18/1 La poudre composée (après tamisage) a été placée et frittée dans de l'hydrogène à 850 C pendant plus d'une heure, puis soudée sous vide dans un pot de Cu et extrudée à chaud avec un rapport de 18/1 à   800 C   pour donner un produit de Cu ouvré prati- quement exempt d'inclusions linéaires.

   Le produit après réduction en fil possédait des conductivités électrique et thermique élevées conjointement avec une solidité à la fois aux températures ambiante et élevée nettement supérieure à celle du cuivre   pur .   



  ,Compositions de métal réfractaire fritté 
Des matières à base de métal réfractaire fritté. telles que des carbures réfractaires frittés, également connus sous le nom de carbures cémentés, qui sont largement utilisées pour des ou- tils de coupe ou résistant à l'abrasion, des forets de perçage à l'huile et des matrices, sont constituées par 24% ou plus en volume de particules finement divisées du composé réfractaire pur et 

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 métal ductile afin de former un corps de grande dureté et de haute résistance   à     la   compression.

   D'une façon classique, le corps fritté est formé en tassant un mélange du composé réfractaire, par exem- ple du carbure de tungstène, et le métal de liaison formant la ma- trice, sous la forme de poudres finement divisées, et en chauffant le comprimé sous vide ou dans de l'hydrogène anhydre pour provo- quer un frittage de phase liquide. 



   Le métal liant préféré est le cobalt,   tant   donné que ce- lui-ci ne dissout qu'environ 1% de carbure de tungstène aux tempé- ratures ambiantes et offre par conséquent une matrice tenace. Le fer et le nickel dissolvent une plus grande quantité de carbure de tungstène et forment ainsi des matrices moins ductiles. 



   Le mélange de carbure de tungstène , de cobalt et   d'un   liant de cire organique est obtenu en broyant la poudre pendant 
60 heures ou plus dans un fluide protecteur , tel que de l'hexane, contenant des billes d'acier inoxydable . Pendant le broyage, une partie de la poudre de cobalt est étalée sur la surface des parti- cules de carbure sous la   forme.d'un   très mince revêtement. 



   La microstructure des composés, en particulier la dimension des particules de carbure de la matrice, leur répartition et la porosité ainsi que la qualité de la liaison entre le métal liant et les particules de carbure, sont des facteurs qui affectent la dureté et la solidité du produit fritté. La dimension de particules moyenne des carbures réfractaires dans le produit fritté est limi- tée par celle des matières de départ, qui est en général de 2 à 10 microns. 



   Cette difficulté est surmontée et on obtient une structure dispersée extrêmement finement de très fines particules de carbure ou d'un autre composé réfractaire, lorsque le carbure est incorporé dans les particules composées interdispersées avec le métal liant par un broyage par impact ou choc à sec suivant le brevet   princi-   pal. Ces particules doivent être distinguées de celles résultant 

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 d'une opération de mélange classique, dans laquelle le métal liant est étalé sur les particules dures en tant que revêtement.

   Suivant l'invention, des matières de composés réfractaires fritté sont obtenues en comprimant et frittant des particules composées conte- nant des constituants finement divisés et interdispersés dans les- quels la distance entre les sous-particules de constituants est avantageusement inférieure à 10 microns et de préférence inférieure à 2 microns ou même 1 micron. Ceci peut être réalisé de diverses façons. Un corps de poudre peut être consolidé par pressage à chaud à une température suffisamment élevée pour provoquer un frittage; il peut être d'abord comprimé à chaud ou à froid et fritté dans des conditions non oxydantes, ou bien le mélange peut être extrudé dans un pot , par exemple en acier et l'ensemble être extrudé à une tem- pérature suffisamment élevée pour qu'un frittage se produise au cours de l'extrusion.

   Les produits ouvrés obtenus suivant l'un quelconque de ces procédés ont un degré élevé d'uniformité de dis- persion de la phase dure dans la matrice. 



   Le composé réfractaire, qui constitue 30% ou plus en volu- me de la composition, peut être un carbure, un borure ou un nitrure de titane, de zirconium, d'hafnium, de chrome, de tungstène, de molybdène, de vanadium, de colombium ou de tantale,un carbure de silicium ou un oxyde d'aluminium, de béryllium , un métal de terre rare ,par exemple du cérium, du lanthane ou de l'yttrium, du ma- gnésium, du zirconium, du titane et du thorium. Des composés inter- métalliques tels que des aluminures des verylliures ou des sili- ciures peuvent être utilisés dans des conditions dans lesquelles ils conservent leur identité. 



   Le métal de liaison formant la matrice peut comprendre au moins un métal des groupes suivants (a) les métaux du groupe du fer, fer, nickel, cobalt; des alliages de ces métaux entre eux et des alliages d'au moins un métal du grou- pe du fer avec au moins un des métaux chrome, molybdène, tungstène, 

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 niobium, tantale, vanadium,titane, zirconium et hafnium. 



   (b) un métal ou un alliage du groupe argent, cuivre et un métal ductile du groupe du platine (par exemple le platine, le palladium, le rhodium ou le   ruthénium).   



   (c) l'aluminium, le zinc, le plomb ou leurs alliages. 



   Les métaux liants formant la matrice du groupe (b) sont particulièrement utiles pour la production d'éléments de contact électrique résistant à l'usure. 



   Les alliages liants du groupe (a) comprennent des composi- tions de superalliage bien connues capables   d'être   durcies par vieil- lissement à des températures d'environ 600 à   1000 C.   Ces composi- tions résistent à l'amollissement dans des conditions   oùl'ôutil   de (Dupe est utilisé avec des vitesses de coupe relativement élevées qui tendent à surchauffer le bord de coupe de l'outil.

   Des exemples de compositions de superalliage pouvant être durcies par vièillis- sement sont celles tombant dans les proportions en poids suivantes 4 à 65% de chrome, au moins 1% au total d'un élément de durcisse- ment par vieillissement choisi dans le groupe constitué de jusqu'à 15% d'aluminium et jusqu'à 25% de titane, jusqu'à   40% de   molybdène, jusqu'à 20% de niobium, jusqu'à 40% de tungstène, jusqu'à 30% de tan- tale,jusqu'à   2%   de vanadium, jusqu'à 15% de manganèse, jusqu'à 2% de carbone, jusqu'à 1% de silicium, jusqu'à 1% de bore, jusqu'à 2% de zirconium, jusqu'à   4%d'hafnium   et jusqu'à   0,5%   de magnésium, le restant étant constitué essentiellement pas au moins un élément du groupe constitué par le fer, le nickel et le cobalt,

   le total   deéeux-ci   étant présent en une quantité d'au moins environ 25%. 



   Des exemples de compositions sont les suivants : 15-25% de Co avec jusqu'à 3% en poids de (TaC + TiC), le restant étant WC;   25-45%de   Co avec jusqu'à   2%   en poids de (TaC + TiC) ,le restant étant WC; 15-25% de Co avec   10-22%   en poids de TiC, le restant étant WC: 15-25% de Co avec 18-30% de TaC, le restant étant WC: 

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 un alliage   15-50%-de   Ni-Mo, avec 85-50% de TiC. 



  L'alliage de matrice   Ni-Mo   de la dernière composition peut contenir de 25 à   70%   et avantageusement de 35 à 60% de molybdène, le restant étant du nickel. 



   Les compositions comprennent également les compositions de carbure métallique résistant à la chaleur conçues récemment pour des applications à haute température , connues sous le nom de cerméts, par exemple de 85 à 24% en volume et de préférence au moins 60% de carbures de titane et de chrome avec le restant cons- titué par du nickel ou un alliage à base de nickel en tant que métal liant. La phase carbure est constituée généralement de façon prédominante par TiC avec jusqu'à   25% de   carbure de Cr. 



   Quelques exemples seront à présent donnés. 
 EMI44.1 
 



  ----- ---- ------ ¯ ¯¯-¯ ¯¯ --- -   EXEMPLE 17   ;      
Un mélange pulvérulent de   25%   de Co de 5-7 microns et 75% de WC de 3-5 microns , en poids (63% de WC en volume ) est broyé par impact à sec dans un broyeur d'attrition avec agitation du type illustré à la figure 1, à 185 tours/minute, en utilisant des billes   enécier   trempé avec un rapport billes/poudre de 25/1 pen- dant 50 heures afin de former une poudre composée ouvrée constituée par des particules présentant des particules de WC interdispersées de façon homogène dans une matrice de Co. Les particules de WC ont été réduites en dimension à moins d'un micron.

   La poudre a été consolidée par pressage à chaud dans une matrice de graphite à 
1350 c pendant 3 minutes, en utilisant une pression de 35 kg par cm2 
EXEMPLE 18 
Afin.de produire une composition de cerméts résistant à la chaleur et à l'oxydation de TiC /alliage Ni 80-Cr 20, un mélange de 1240 gr de particules de TiC de 5-7 microns,448 gr de nickel carbonyle de 4-8 microns et 112 gr d'une poudre de Cr inférieure à 75 microns a été broyé par impact à sec dans un broyeur d'attri- tion avec agitation du type illustré à la figure 1, à 180 tours/ 

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 minute pendant 50 heures, en utlisant des billes d'acier trempé ¯ de 6 mm avec un rapport billes/poudre de 20/1 afin de produire une poudre composée ouvrée dans laquelle les particules étaient cons- tituées par du Ni,

   du Cr et du TiC uniformément interidspersés 
EXEMPLE 19 
Ceci est un exemple de la production d'une matière pour contact électrique frittée contenant   50%   de Ag et 50% de WC, en poids   (40%   de WC en   volume ).   



   Une poudre composée a été préparée en broyant à sec 1000 gr   deAg   avec une dimension de particules inférieure à 75 microns-et 
1000 gr de poudre de WC de 5-7 microns, en utilisant un broyeur d'attrition contenant des billes d'acier trempé avec un rapport billes/poudre de 18/1 et tournant à 185 tours/minute pendant 45 heures. Les particules de WC ont été réduites par le broyage à une      dimension inférieure à l'micron.

   La poudre est alors tamisée pour éliminer les particules supérieures à 100 microns et ensuite elle est pressée à chaud en des formes pour contacts électriques dans une matrice de graphite, en exerçant une pression de 35 kg/cm2 pendant 3 minutes à une température légèrement supérieure au point de fusion de l'argent, par exemple à 980 c 
Un exemple d'une autre composition qui peut être obtenue   est par des techniques analogues 'une composition de carbure de titane   
79% en volume 65% en poids de TiC contenant 35% en poids d'un alliage   50-50   de nickel et de molybdène en tant que liant. 



  Systèmes métalliques à solubilité limitée 
De systèmes métalliques comprenant deux ou plus de deux constituants métalliques avec une solubilité Mutuelle limitée dans l'état liquide   et/ou¯1état   solide ,   c'est-à-dire   qui ne sont pas miscibles ou miscibles partiellement seulement, tendent à présenter une ségrégation ou une séparation lors de la solidification si on cherche à les obtenir par fusion.

   Une infiltration d'un métal fondu dans un squelette solide de l'autre, par exemple du cuivre dans 

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 du fer, ou la compression de mélanges des poudres res- pectives suivie par un frittage en phase liquide, conduisent éga- lement à des microstructures non uniformes présentant une ségréga- tion, qui sont sujettes aux limites imposées par les dimensions de particules d es poudres utilisées. ----- 
Les produits métalliques consolidés de ces systèmes peu- vent aisément être obtenus à partir des poudres composées convena- bles suivant l'invention, avec une structure interne très affinée pratiquement exempte de ségrégation , de masses de ségrégation ou de formation de noyaux   dèntritiques.   



   Des exemples de systèmes binaires à solubilité limitée comprennent plomb-cuivre, cuivre-fer, cuivre-tungstène, argent- tungstène, cuivre-chrome, argent-chrome, cuivre-molybdène, argent- molybdène, argent-manganèse, argent-nickel,   platine-or, béryllium-'   molybdène, et argent-platine. L'invention peut également s'appliquer à des systèmes métalliques à solubilité limitée contenant 3 ou plus de 3 éléments, comme par exemple cuivre-nickel-chrome. 



   Des 'exemples des gammes de compositions qui peuvent être   produites sont les suivants : avec 1695% de Pb ; Fe avec 1-95%   de Cu; W avec   5-95%   de Cu; W avec   2-98%   de Ag; et Cu avec   5-95%   de Cr. 



   EXEMPLE 20 
Ceci est un exemple de la production d'une poudre compo- : sée de fer et de cuivre contenant 80% de Fe et 20% de Cu. 



   Du cuivre réduit à l'hydrogène,d'une dimension de parti- cules inférieure à 45 microns et de l'éponge de fer, avec une di- mension de particules inférieure à 150 microns, ont été broyés par impact. à sec dans de l'air dans un broyeur agitateur à grande vi- tesse d'une capacité de 50   cm3   fonctionnant à 1200 cycles par minu- te, qui a produit des particules métalliques composées en une très courte période par comparaison avec le broyeur d'attrition de la figure 1. Le broyeur a été chargé avec 10 gr de poudre et 45 gr 

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 de billes ou boulets de nickel de 6,2 mm de façon à obtenir un rapport boulets/poudre de 4,5/1 et un rapport entre le volume interstitiel dynamique et le volume de poudre de   41/1.   



   Un broyage pendant 30 minute a produit'des particules composées d'une dureté de 353 Vickers et d'une dimension moyenne de 135 microns, avec une structure fine, uniformément striée, l'espacement moyen entre les stries étant d'environ 1 micron. 



   Une consolidation par compression dans un tube d'acier qui a été obturé sous vide, suivie par un frogeage à chaud à 
982 c à la pleine densité, a donné un produit ouvré très uniforme. 



   EXEMPLE 21 
Ceci est un exemple de la production d'un produit de   50%   de cuivre et de 50% de plomb à solubilité   liftée.   



    Des   volumes égaux de limaille   de plomb et   de cuivre réduit à l'hydrogène, avec une dimension d particules inférieure à 45 microns , ont été broyés dans le broyeur agitateur de l'exemple précédent avec un rapport   boulets/poudre   de 4/1 Après      
10 minutes, les particules de produit avaient une dureté de 34,6 
Vickers et une dimension de particules de   100-200   microns et,, au bout de 30 minutes, une dureté de 69,5   Vickers et   une dimension      de particules de   100-150   microns.

   Dans chaque cas, les particules composées individuelles contenaient les deux éléments interdis- persés pratiquement uniformément,   l'espacement des   particules étant d'environ 5 microns au bout de 10 minutes et environ 1 mi- cron après 30 minutes. La structure-ne présentait pas de stries. 



   Ceci est considéré comme étant dû au fait que le plomb , qui pos-   . sède   un point de fusion d'environ 600 k subit un recuit naturel- lorsqu'il est travaillé aux températures ambiantes. 



   A cause de la grande quantité de plomb présente, la pou- dre composée peut être déformée-froid par exemple par extrusion à froid ou pressage à froid dans une matrice, à n'importe quelle forme   désirée,,   par exemple pour un élément de'palier antifriction. 

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     Grace à   une technique analogue, des produits ouvrés très uniformes avec comme constituants 50% de   Ag-50%   de W pour des ma- tières de contact électrique;   25%-50%   de   Cu/75%-50%   de W;   80%   de   Au/20%   de Pb;   50%-95%   de pt/50-5% de Ag et   50-95%   de Pb/50-5% de Au peuvent être obtenus. D'une façon analogue, des compositions dans la gamme de non-miscibilité de 6-63% de Cu dans le système Cu-Cr,   par exemple 70% de Cu-30% de Cr ; la gamme de non-miscibilité   du système Cu-Mo, par exemple de 2 à   98%   de Cu avec le restant du 
Mo peuvent être produites.

   Des compositions d'argent et de nickel convenant pour des applications de contacts électriques, comprenant   60%   de Ag-40% de Ni, peuvent être produites, de même que des com- positions de béryllium et de molybdène comprenant   50% de   Be et 50% de Mo. Une poudre de béryllium peut recevoir un mince revêtement d'oxyde à cause de sa propension à l'oxydation superficielle. Cet oxyde peut être utilisé pour procurer un renforcement par dispersion dans le produit final. 



   Acier inoxvdable renforcé par dispersion 
Les alliages d'acier inoxydable sont particulièrement su- jets à la ségrégation lorsqu'ils sont coulés en lingots, ce qui rend difficile le forgeage de ces lingots. Ainsi, la solidification assez lente de grands lingots conduit à la formation de grandes dendrites, de grands grains non répartis uniformément et de ségréga- tions de composition sur la longueur et la largeur des lingots. 



  Une égalisation prolongée à hautes températures pour chercher à homogénéiser la structure métallurgique des lingots n'apporte en général que peu d'amélioration et peut même provoquer la formation de grains plus grossiers, avec d'autres effets perturbateurs sur la capacité de forgeage à chaud, l'extrusion ou le laminage .

   Cette tendance à la ségrégation conduit également à une réponse au dur- cissement par précipitation non uniforme dans des aciers contenant des consitutants de durcissemnt la productin d'acier inoxydable 

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 les désavantages déjà définis précédemment, en particulier celui de 1'oxydation des éléments d'alliage les plus actifs, par exemple le chrome et des durcisseurs par précipitation tels que l'aluminium et le titane au cours du traitement et, dans le cas de compositions durcies par dispersion ou vieillissement, la formation d'inclusions linéaires. 



   Une classe avantageuse de produits suivant la présente in- vention est celle comprenant des aciers inoxydables ouvrés renfor- cés par dispersion , qui se caractérisent par un degré élevé d'uniformité de la composition et, dans le cas de compositions à durcissement par précipitation, une réponse au durcissement conjoin- tement avec une absence de ségrégation et d'inclusions linéaires. 



   Ceci est aisément obtenu en utilisant des particules composées avec la composition correspondante produite par un broyage par impact à haute énergie jusqu'à une dureté de saturation et au-delà, comme décrit précédemment ,suivant le brevet belge n    729.149,   étant donné que ces particules composées sont pratiquement uniformes à la fois statistiquement et intérieurement. 



  Des aciers   inoxydables/peuvent   être/produits suivant l'in vention peuvent avoir des compositions s'étendant, en poids, de 4 à 30% de chrome, de 0 à 35% de nickel, jusqu'à 10% de manganèse et jusqu'à 1,0% de carbone, conjointement avec de 0,05 à 25%, par exemple de 0,05 à 10% en volume d'un dispersolde d'un composé ré- fractaire, le restant , à l'exception des impuretés et des   ingré-   dients fortuits, étant du fer en une quantité d'au moins   45%.   Il doit être entendu que dans le cas présent, comme partout dans la présente description, les pourcentages des constituants autres que le dispersoide se réfèrent à la composition de la matrice   d'alliage.   



   D'une façon encore préférable, les aciers contiennent de 8 à 30% de chrome, jusqu'à   20% de   nickel , jusqu'à   5% de   manganèse et jusqu'à 0,25% en encore mieux jusqu'à 0,15% de carbone, conjoin- 
 EMI49.1 
 - - ---j .. ,.....", -.........1 Hm", d'un dispersolde d'un composé 1 

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Comme on s'en rendra compte, les compositions d'acier inoxydable peuvent contenir d'autres additions d'alliage , par exemple jusqu'à   5%   de silicium, jusqu'à   5%   de molybdène, jusqu'à   8%   de tungstène, jusqu'à 2% d'aluminium, jusqu'à 2% de titane, jusqu'à   2%   de niobium/ tantale , jusqu'à 7% de cuivre. 



   Des aciers inoxydables susceptibles de durcissement par précipitation comprennent ceux contenant au moins 0,2% en poids d'un ou plusieurs des additifs suivants aluminium jusqu'à 2% , titane jusqu'à 2% , niobium jusqu'à   2%   et cuivre jusqu'à 7%. 



  Ces aciers   peuvent paiement   contenir jusqu'à   0,4%   de phosphore et jusqu'à   0,3%   d'azote. Des quantités préférées de dispersoide s'étendent d'environ 0,05 à   5%   en volume avec des dimensions in- férieures à 1 micron. 



   Des impuretés et des ingrédients fortuits qui peuvent être présents comprennent un peu de soufre et/ou de sélénium pour un usinage aisé , etc. 



   Des exemples des types d'acier inoxydable qui peuvent être produits suivant l'invention sont donnés dans le tableau XI suivant. 

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  TABLEAU XI 
 EMI51.1 
 
<tb> Type <SEP> nominale
<tb> 
 
 EMI51.2 
 AISI % C % hin - % Si  / Cr % Ni Autres Aciers austénitiques 201 .0,15 max -5,50-7,50 .1,0 max '16-18 3,5-5,5 0,25N max 
 EMI51.3 
 
<tb> 202 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 7,5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> 0,25N <SEP> max
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 301 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 16-18 <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> ------
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 302 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> --------
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 303 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 8-10 <SEP> 0,15 <SEP> min <SEP> S
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 308 <SEP> 0,08 <SEP> max <SEP> 2,

  0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 19-21 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> -------
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 309 <SEP> 0,20 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 22-24 <SEP> 12 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> -------
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 314 <SEP> 0,25 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 2,0-3,0 <SEP> 23-26 <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 22 <SEP> --------
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 316 <SEP> 0,08 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 16-18 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 14 <SEP> 2.0-3.0 <SEP> Mo
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 321 <SEP> 0,08 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 5xteneur <SEP> min.
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  Ti
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 347 <SEP> 0,08 <SEP> max <SEP> 2,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 13 <SEP> la <SEP> x <SEP> teneur
<tb> 
 
 EMI51.4 
 min. Nb/Ta Acier martensitiaue 
 EMI51.5 
 
<tb> 403 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 0,5 <SEP> max <SEP> 11,5-13 <SEP> -------
<tb> 414 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 11,5-13, <SEP> 1,25-2,5
<tb> 431 <SEP> 0,20 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 15-17 <SEP> 1,25-2,5 <SEP> --------
<tb> 440B <SEP> 0,75-0,95 <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 16-18 <SEP> ----- <SEP> 0,75 <SEP> Mo <SEP> max
<tb> 440C <SEP> 0,95-1,2 <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1.6-18 <SEP> ------ <SEP> 0,75 <SEP> Mo <SEP> Max
<tb> 501 <SEP> 0,1 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,

  0 <SEP> max <SEP> 4-6 <SEP> ----- <SEP> 0,04-0,65 <SEP> Mo
<tb> 
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Composition <SEP> nominale <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.
<tb> 



  405 <SEP> 0,08 <SEP> aax <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 11,5-14,5 <SEP> ---- <SEP> 0,1-0,3 <SEP> Al
<tb> 430 <SEP> 0,12 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 14-18 <SEP> --- <SEP> ---
<tb> 430F <SEP> 0,12 <SEP> max <SEP> 1,25 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 14-18 <SEP> ---- <SEP> 0,15 <SEP> S <SEP> min
<tb> 
 
 EMI51.6 
 446 0,2 max ,.5 max ,0 max 23-27 ----- 0.25 DT max 

 <Desc/Clms Page number 52> 

 TABLEAU   XI  (suite) 
 EMI52.1 
 
<tb> Type¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Qualités <SEP> non <SEP> normalisées
<tb> AISI <SEP> : <SEP> % <SEP> c <SEP> % <SEP> MN <SEP> % <SEP> Si <SEP> : <SEP> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> Autres
<tb> 
<tb> 316 <SEP> F <SEP> 0,6 <SEP> 1,5 <SEP> 0,5 <SEP> 18 <SEP> 13 <SEP> - <SEP> 2,25 <SEP> Mo
<tb> 0, <SEP> 13P <SEP> 0,155
<tb> 418 <SEP> 0,17 <SEP> 0,4 <SEP> 0,3 <SEP> 12,75 <SEP> :

   <SEP> 2.0 <SEP> 3.0 <SEP> w
<tb> 
<tb> Inoxyda-
<tb> 
 
 EMI52.2 
 ble W O, 07 O, 5 O, 5 16,75 6, 5 O, 8 Ti : 0, AI 17-4PH: 0, 4 tri, 4 O, S 16,50: 4, 25: z?, 25 Nb 
 EMI52.3 
 
<tb> 3,6 <SEP> Cu
<tb> 
 
 EMI52.4 
 17-7PH O, 07 0,7 z I7, O 7, O 1,15 AI : t : z Pli 15-7 0, 7 O, 7 O, 4 15, O 7, i3 1, 5 Al Mo : 2 , 2 5 Mo 17-IOP: 0, 12 :

   O, i5 - O, 5 17, O: la, 5: tu, 2$ P 
Pour obtenir le produit d'acier inoxydable ouvré renforcé par dispersion, une charge des particules de métal denses composées ouvrées, ayant subi un alliage mécanique, avec la composition appro- priée et ayant   de   préférence une dimension moyenne telle que la superficie par unité de volume des particules ne soit pas supérieure 
 EMI52.5 
 à 6.000 cm 2/ cm3 dfJ particules, c'est-à-dire pr.'ltiquement exempte de particules inférieures à 5 microns , est consoildé à chaud en   une 'forme   de métal ouvrée. Ceci peut être réalisé utilement par extrusion à chaud de la poudre enfermée dans un pot métallique, par exemple en acier doux. 



   Le recuit de la poudre fortement usinée à froid a lieu au cours d'un chauffage dans le pot jusqu'à la température d'extrusion. 



   Deux exemples de la production d'aciers inoxydable seront donnés à présent: 
EXEMPLE XXII 
Un mélange comprenant , en poids, 27,2% de ferrochrome pul- vérulent à basse teneur en carbone , d'une dimension de   particles   de 44 à 74 microns contenant 70% de Cr, 1,01% de Si, 1,35% de SiO   0,54%   de Cr2O3 le restant étant du fer , ainsi- que   62,8%   de poudre 

 <Desc/Clms Page number 53> 

 d'éponge de fer de haute pureté , avec une dimension de parti- cules inférieure, à 150 microns et   10%   de poudre de nickel carbonyle d'une dimension de particules moyenne de 3 à 5 microns, a été broyé dans un broyeur d'attiition avec agitation du type illustré à la figure 1, tournant à 176 t/m avec un rapport boulets/poudre de 24/1 en deux fournées,

   la première pendant 16 heures et la seconde pendant 48 heures. Chaque produit était constitué par des particules composées d'une dimension moyenne de 125 à 135 microns , les particules broyées pendant 48 heures ayant une microstructure beaucoup plus fine et plus homogène. La dureté des poudres telles que produites et après divers traitements thermiques est donnée dans le tableau XII, qui révèle que la dureté de la poudre traitée pendant 48 heures était conservée dans une plus gran- de mesure lors d'un chauffage. 



   TABLEAU XII 
 EMI53.1 
 
<tb> Traitement <SEP> thermique <SEP> : <SEP> Broyage <SEP> 16 <SEP> heures <SEP> Broyage <SEP> 48 <SEP> heures
<tb> Dureté <SEP> Vickers
<tb> 
<tb> Tel <SEP> que <SEP> broyé <SEP> 785 <SEP> 794
<tb> 
<tb> 30 <SEP> min/982 C <SEP> 381 <SEP> 523
<tb> 
<tb> 30 <SEP> min/1066 c <SEP> 324 <SEP> 409
<tb> 
<tb> 1 <SEP> heure <SEP> 1204 c <SEP> :

   <SEP> 220-220
<tb> 
 
Après chauffage pendant 30 minutes à   1.066   degrés C la structure interne des particules traitées pendant 48 heures était homogène et une compression à 56,2 kg/mm2 donnait un   compri-   mé avec une densité de   74%   de la densité réelle et une résistance à l'état non traité de 76,2   kg/cm2.   La dureté initiale des parti- cules était remarquablement élevée par comparaison avec la dureté de 233 Vickers d'une poudre d'acier inoxydable atomisée commercia-: le. 

 <Desc/Clms Page number 54> 

 



   EXEMPLE   XXIII   
Une autre composition d'acier inoxydable a été produite par broyage à sec d'un mélange contenant 84 grammes de poudre de nickel carbonyle avec une dimension de particules moyenne. de 3 à 5 microns , 341 grammes d'une poudre de ferrochrome de haute pureté   (0,1%   de SiO2   70%   de Cr, le restant étant du fer), d'une dimension de particules moyenne de 120 microns et 760 gram- mes de poudre d'éponge de fer de haute pureté   (0,032%   de carbone,   0,115%   de silice) , d'une dimension de particules inférieure: à 
150 microns / pendant 40 heures dans l'air dans un broyeur d'attri tion tournant à 176 t/m , avec un rapport bôulets/poudre de   18/1   en volume.

   Les particules composés résultantes avaient une dimen- sion de particules moyenne de 85 microns. L'extrusion du produit, enfermé sous vide dans un pot en acier doux , en une barre avec un rapport d'extrusion de 12,5   /1 à     1.038 C,   donnait un produit présentant à l'analyse 9% de Ni,   20%   de Cr soluble,   0,09%   de 
Si , 2,15% de   Cr203 ,   le restant étant du fer, qui contenait un dispersolde grisâtre finement divisé qui y était réparti unifor- mément. Le dispersolde est considéré comme étant formé par de l'oxyde de chrome.

   A la température ambiante, la matière offrait une résistance à la traction de 137,5   kg/mm2,   une limité élastique 
2 (déformation de   0,2% )   de 121,0   kg/mm   un allongement de   7,5%   une striction de 29% et un module d'élasticité de 18,8 x   103kg/mm2.   



  La matière avait une dureté Vickers de 421 et elle était très légè- rement ferromagnétique. 



   Après chauffage pendant 90 heures à 1093 c cette matière était non magnétique et avait une dureté Vickers de 390, et à 650 c elle avait une durée jusqu'à rupture sous tension de 44,9 heures avec un allongement de   2,5%   sous une tension de 24,6    2- 2 kg/mm . A 816 C et sous une charge de 7kg/mm2 l'échantillon n'é-   tait toujours pas brisé au bout de 70 heures. 



   Les propriétés démontraient clairement que cette matière était renforcée par dispersion: 

 <Desc/Clms Page number 55> 

 
EXEMPLE XXIV 
Lors de la préparation d'un produit d'acier inoxy- dable ouvré, renforcé par dispersion et susceptible de durcisse- ment par précipitation , du type 17-7-pH contenant , en poids, 0,07% de C,   0,7%   de Mn , 0,4% de   Si,-17%   de Cr, 7% de   Ni; 1.15%   de Al et 2,5% d'oxyde de zirconium , le restant à l'exception des impuretés étant du fer, on a utilisé les matières de départ sui- vantes :   (au:   ferrochrome à faible teneur en carbone contenant en- viron   70%   de chrome et un peu de silicium avec une dimension de particules de 44 à 75 microns;

   (b) une éponge de fer a haute pureté d'une dimension de particules inférieure à 150   microns;(c)   de la poudre de nickel carbonyle avec une dimension moyenne d'environ 3 à 5 microns ; (d) du   ferroaluminium     contenant,   environ 65% d'alu- 
 EMI55.1 
 "munlunTe't dil'okyde"dà -z i rcbn i ur,5ae c-un-dimen siorr -moyec.---d'-en---- viron 400 Angstroms . Une fournée de 900 grammes calculée de façon à donner la composition précédente a été placée dans le broyeur d'attrition tel que décrit précédemment et broyée par impact à sec dans une atmosphère d'azote pendant 40 heures à   176t/m,   en utilisant un volume de 3,8 litres de grains de nickel d'une   dimen-   sion donnant un rapport boulets/poudre de 24/1.

   Après broyage pen- dant 48 heures, les particules composées avaient une uniformité optimum et présentaient une dimension de particules moyenne d'en- viron 100 microns. 



   Après enlèvement à partir du broyeur et passage à travers un tamis de 177 micrpns, la poudre était enfermée sous vide par soudage dans un pot d'acier doux. La poudre en pot était alors chauffée pendant 1,5 heure à   1.038 C   et extrudée en une barre avec un rapport d'extrusion de 16/1, la matière extrudée ayant approximativement la composition nominale de l'acier inoxydable   17-7   PH , à l'exception de la présence d'une dispersion très uni- forme d'oxyde de zirconium finement divisé (avec une dimension 

 <Desc/Clms Page number 56> 

 moyenne d'environ 400 Angstroms La barre extrudée a été recuite 
 EMI56.1 
 3 dissolution à 120J c , réchauffée à environ ?6O O pendant une heure et demie, refroidie à l'air et à nouveau réchauffée à 565 C pendant une heure et demie et refroidie.

   Ainsi, l'acier est renfor-   cé   en utilisant le double effet du renforcement par dispersion et de   durcissement.   par précipitation. 



   On connaît à l'heure actuelle un groupe particulier d'aciers   inoxydables   à deux phases qui sont ajustés en composition de façon à offrir une microstructure contenant de la ferrite et soit de la martensite soit de l'austénite. Ces aciers contiennent 
2% et de préférence   4,5   à 8% ou 12% de nickel , 18% de   préfé-   rence 23 à 28% ou même 35% de chrome, jusqu'à   1,5%   de titane, jusqu'à   1%   de vanadium, le restant étant essentielle=ent du fer. 



   Il a été découvert que des méanges pulvérulents de poudres calculés de façon à donner de tels aciers, broyés jusqu'à dureté de satura- tion et au-delà dans un broyeur à impact à haute énergie, par exemple un broyeur d'attrition, offre de--; structures à deux phases exceptionnellement fines après consolidation à chaud par extrusion ou forçage à chaud des poudres en pot , à des températures dans la gamme par exemple de 1700 à 2000 F. De telles matières consoli- dées à structure fine ou à structure microduplex offrent une superplasticité à des températures élevées. 



   Aciers à outil à haute teneur en carbone 
Des aciers à outil à haute teneur en carbone sont particulièrement sujets à la ségrégation pendant la solidification du lingot lorsqu'ils sont obtenus par des procédés de coulée, avec la formation de grandes dendrites et de ségrégations ou agrégats de carbure. Les carbures sont cassants et affectent de façon perturbatrice la ductilité du lingot, mais les ségrégations ou agrégats peuvent avec difficulté , être dispersés dans une me- sure limitée par un travail mécanique du lingot. Mène ainsi, le 

 <Desc/Clms Page number 57> 

 carbure tend à être réparti dans le produit forgé ou travaillé à chaud sous la forme d'inclusions linéaires allongées dans le sens du travail, avec les zones intermédiaires appauvries en carbures. 



   Il est également difficile d'obtenir une bonne ho-   mogénéité   de la composition avec une diffusion à l'état solide sous des températures élevées lorsque l'on fait appel aux procédés de la métallurgie des poudres, étant donné que des ingrédients d'alliage tels que le chrome, le tungstène et le molybdène ne se   diffusntque   péniblement dans l'état de poudre. 



   L'utilisation d'une poudre composée produite par broyage à haute énergie à sec de mélanges pulvérulents de départ calculés de façon à donner une composition d'acier à outil à haute teneur en carbone en tant que matière de départ pour la production par la métallurgie des poudres d'aciers à outil rapi- des permet la production d'acier à outil à haute teneur en carbone ouvré caractérisé par une dispersion pratiquement uniforme de carbures finement divisés et une absence pratique de ségrégations et agrégats de carbure. Le degré d'uniformité de la structure dépend de l'uniformité , à la fois statistique et interne, des particules composées.

   La vitesse de diffusion et de formation d' alliage accrue résultant du haut degré de travail à froid dans les particules composées est particulièrement avantageuses pour surmon- ter les tendances à la diffusion lente des éléments d'alliage. 



   D'une façon générale, les aciers à outil suivant 
 EMI57.1 
 l'invention contiennent q7 à 4% ..par. E'''tP'mf'1 n  n n. 7%, par exemple de 0,9 à   3,5%   de carbone et au moins 0,1% avantageusement au moins 1% d'au moins des éléments d'alliage suivants : chrome, va- nadium, tungstène et molybdène,   jusqu'à   2% de silicium, jusqu'à 2% de manganèse, jusqu'à 5%   dnickel   et jusqu'à 15% de cobalt, le . restant (au moins 40% ), à l'exception des impuretés , étant du fer 

 <Desc/Clms Page number 58> 

 
Les éléments d'alliage peuvent avantageusement être présents dans les gammes de 3 à 15% de chrome, jusqu'à 10 ou 20% de vanadium, jusqu'à   25%   de tungstène et jusqu'à   12%   de molybdène. 



  Une composition d'acier à outil Cr - V-W particulièrement utile est celle contenant de 3 à   9%   de Cr, de 0,3à 10% de V, de 1 à 25% de W, de 0 à   10%   de Mo , le fer constituant le restant. Un avantage particulier de l'invention est que des formateurs de carbure tels que le tantale, le niobium, l'hafnium, le zirconium et le titane peuvent être ajoutés en quantités jusqu'à 15% et bien répartis sous la forme de carbures dans la composition d'acier à outil résultante. Des exemples d'alliages particuliers qui peu- vent être obtenus sont donnés dans le tableau XIII suivant, le restant dans chaque composition étant du fer. 

 <Desc/Clms Page number 59> 

 



    T A B L E A XII Composition nomi le % poids Thpo d'acier Mn Si Cr   
 EMI59.1 
 3 c:: III   N   
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 <Desc/Clms Page number 60> 

      
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En plus du renforcement par dispersion des aciers à outil qui résulte de la présence des carbures extrêmement finement dispersés , d'autres dispersoides peuvent être incorporés dans la poudre composée utilisée pour former les aciers et par conséquent dans les aciers   eux-mêmes ,   en une quantité de 0,05   à 25% ,   de préférence pas plus de 10% 
Lors de la préparation des aciers, une poudre com- posée avec la composition désirée peut être consolidée à chaud- en une forme de métal ouvrée , par exemple en enfermant sous vide une charge des particules dans un pot en acier doux qui est ensuite chauffé à 425 C sous vide, refroidi brusquement sous vide ,

     cbtu-        ré par soudage opération suivie par une extrusion à chaude   ha-   bituellement à une température   ci environ   815  C ou plus; par      ¯ exemple de 1.038 à 1260 c L'homogénéisation et le recuit peuvent être réalisés pendant le chauffage des poudres en pot , préalablement; à l'extrusion. 



   Quelques exemples de la production d'aciers à outil ouvrés suivant l'invention sont les suivants :   EXEMPLE   XXV -Pour produire un acier à outil complexe à haute teneur en carbone contenant 20% de tungstène, 12% de cobalt , 
4% de chrome, 2% de vanadium,   0,8%   de carbone, le restant étant du fer , on réalise un mélange de   28,6   gram.^ses d'un alliage - mère de 70% de V dt 30% de Fe avec une dimension de particules inférieure à 150 microns , 57,2 grammes d'un alliage-mère de 70% de Cr et 30% de Fe avec une dimension de particules infé-   rieure à   150 microns , 200 grammes d'une poudre de W de 10 microns, 
120 grammes d'une poudre de cobalt avec une dimension de particules inférieure à 44 microns ,

   8.0 grammes de graphite lamellaire avec une dimension de particules inférieure à 150 ocrons et 586,2 grammes de poudre d'éponge de fer de 65 microns. Ce mélange est 

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 broyé par impact   à   sec dans un broyeur d'attrition du type illustré à la figure 1 , pendant 40 à 50 heures à   180     t/m   en utilisant des billes d'acier trempé de 6,2 mm , avec un rapport billes/poudre de   20/1.   La poudre composée ainsi produite avait une microstructure comprenant une interdispersion pratique- ment de tous les constituants. Après avoir été enfermée sous vide dans un pot en acier doux, la poudre a été extrudée à 1175 c -avec un rapport de 16/1 en une barre ouvrée exempte de dendrites, ségrégations et agrégats de carbure. 



     Le   produit d'acier rapide complexe est trempé par chauffage à une température de 1290 c pendant 5 à 10 minutes , suivi par une trempe à l'huile à la température ambiante, l'acier refroidi étant-ensuite-soumis--à un double-revenu par-chauffage à une température de 565 C pendant environ 2 heures , refroidissement à l'air et réchauffage à   565 C   pendant une période supplémentaire de 2 heures. 



   EXEMPLE XXVI 
Un acier ouvré à haute teneur en carbone contenant 0,85% de   C,0,2%   de   Cr,O,7%   de Mn 0,3% de Si,le restant étant du fer, a été produit comme suit.Un alliage-mère à haute teneur en carbone cassant contenant   4,25%   de C.1% de   Cr,3,5%   de   Mn,l,5%   de Si, le res- tant étant du fer, a été coulé en coquilles et broyé en particules inférieures à 75 microns.

   La poudre résultante (400 grammes)a été mélangée uniformément avec 1600 grammes de poudre d'éponge de fer de haute pureté de 65 microns et le mélange a été broyé par impact à sec come dans l'exemple XXV , en utilisant des billes d'acier trempé de 6,2 mm avec un rapport billes/poudre de 18/1 et une vitesse d'agitateur de 175 t/m pendant 45 heures afin d'obtenir une poudre de métal composée fortement travaillée à froid offrant une interdisper- sion pratiquement homogène de tous les constituants d'alliage.La poudre composée a été enfermée sous vide dans un pot en acier doux 

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 qui a été obturé par soudage, chauffé à   1.095 C   et ensuite extrudé à chaud en une barre ronde avec un rapport d'extrusion de 16/1.

   Cet acier, qui était exempt de ségrégations et agrégats de carbure, a été trempé par refroidissement brusque dans l'huile à partir d'une température d'austénitisation de 788 C, suivi par un revenu à une température de 
177 C. 



   EXEMPLE   XXVII   
Pour préparer une composition d'acier semi-rapide ouvrée avec les constituants suivants : 1,2% de 0,4% de Cr,3% de V, 
4% de Mo, 0,3% de Mn, 0,3% de Si, le. restant étant du fer un alliage.-- mère à haute teneur en carbone cassant contenant 4,85 de   C,16%   de Cr, 
12% de V, 125 de MO 1,2% de Mn 1,2% de Si, le restant étant du fer a été coulé en coquilles et ensuite broyé en particules inférieures à 
75 microns.

     400   grammes de cette poudre ont été mélangés avec 1200 gram- mes de poudre d'éponge de fer de haute pureté de   65   microns et le mélange a été broyé par impact à sec comme dans l'exemple XXv pendant 48 heures à   175   t/m , en utilisant des billes d'acier trempé de 6,3 mm, avec un rapport billes/poudre de   18/1   en volume. La poudre métal- lique composée fortement travaillée à froid ainsi obtenue avait une mi- crostructure comprenant une dispersion pratiquement homogène de tous les constituants d'alliage et était utilisée pour préparer des formes d'aciers à outil ouvrées par extrusion à chaud à 1,095 c dans un pot en acier   doux   qui était mis sous vide et obturé par. soudage, Une barre carrée a été produite avec un rapport d'extrusion de 15/1.

   Un outil fabriqué à partir de la barre peut être traité thermiquement par refroi- dissement brusque à partir de 1232 C dans de l'huile et ensuite par re- venu (durcissement secondaire ) grâce à un chauffage à 538 c et un maintien pendant une heure, avec une bonne réponse. 

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   Ce mélange a été broyé par impact à sec pendant 15 heures dans un broyeur à boulets à agitation horizontale contenant 91 kilos de      boulets d'acier trempé avec une vitesse de rotor de 245 t/m dans une atmosphère   d'azote,   pour donner une poudre de métal composée fortement travaillée à froid possédant une microstructure comprenant une interdispersion pratiquement   homogène   de tous les éléments d'alliage. 

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   La poudre a été enfermée sous vide dans un pot en acier doux qui a été obturé par soudage et extrudéen une barre à 1093 c avec un rapport d'extrusion de 16/1. La barre extrudée avait une dureté remarquablement élevée de 62,5 Rc. Un outil obtenu à partir de cette barre a été trempé en le chauffant lentement à 870 C, puis en le chauffant à 1205 c température à laquelle il a été maintenu pendant 5 minutes puis trempé à l'huile. Après un double revenu en le chauffant deux fois pendant deux heures à   538 C   et un refroidissement par ai.r, la dureté atteignait jusqu'à 67 Rc. 



   La structure de cet acier complexe à haute teneur en carbone était exceptionnellement fine et uniforme, contenant moins d'environ 5 % en volume de régions de ségrégation dépassant 10 microns en dimension. La microstructure de cet acier à outil à très haute teneur en carbone était remarquablement plus fine et avec beaucoup moins de ségrégations que celle des aciers à outil classiques avec des teneurs en carbone et autre alliage beaucoup plus faibles. 



   Lors de la réalisations de produits contenant des oxyaea dispersés, les particules composées utilisées au cours du processus ne  doivent pas nécessairement contenir l'oxyde désiré finalement. Au contraire, on peut utiliser des particules composées contenant des constituants qui réagissent après un chauffage ultérieur pour for- mer des oxydes réfractaires ou d'autres phases réfractaires qui ne sont pas présentes à l'origine.

   Ainsi, on peut préparer des particules composées dans lesquelles sont répartis intimement des métaux qui forment des oxydes réfractaires stables, par exemple l'yttrium, le la thane le cérium,le thorium, le chrome, le silicium, l'aluminium, le béryllium ou des mélanges de métaux de terre rare tels que la didyme, conjointement avec un oxyde moins stabled'un autre métal, comme par exemple un oxyde de nickel et d'autres 

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 constituants d'alliage. D'une autre façon, l'oxygène peut être ajouté en tant qu'oxygène absorbé ou oxygène gazeux dans l'atmosphère de broyage, cet oxygène étant absorbé et allié mécaniquement avec les constituants solides du mélange pulvérulent.

   De telles poudres peuvent alors être consolidées et chauffées pour permettre l'oxyda- tion du métal offrant l'oxyde stable par diffusion d'oxygène à partir de l'oxyde moins stable ou de l'oxygène métastable allié mécaniquement. En commandant la distance d'interdiffusion effective sur laquelle l'oxygène devrait circuler à une valeur inférieure à un micron et même moins que 0,5 micron, les particules d'oxyde réfractaires peuvent être produites avec un état de dispersion très fin par chauffage pendant une courte période seulement. Le procédé peut avantageusement être utilisé pour préparer des alliages de nickel ou contenant du nickel renforcés par dispersion avec de l'oxyde de lanthane, de l'oxyde d'yttrium, de l'oxyde de thorium, etc., à partir de particules composées contenant le métal corres- de pondant et l'oxygène allié mécaniquement.

   Si plus d'un métal oxyda- ble est présent, le procédé peut être commandé en limitant l'ali- mentation d'oxygène à la quantité nécessaire pour oxyder uniquement le métal avec l'oxyde le plus stable. 



   L'exemple suivant illustre l'utilisation de   ce.Procédé   pour la préparation d'un alliage de nickel renforcé par dispersion avec de l'alumine. 



   EXEMPLE XXIX 
Un mélange de 781 g. de poudre de nickel carbonyle avec une dimension de particules de 3-5 microns, 44 g. d'oxyde de nickel ( NiO ) avec une dimension de particules inférieure à   44   microns et 75 gr. d'une poudre d'alliage-mère de 80 % Ni et 20 % Al, avec une dimension de particules inférieure à 44 microns, est broyé à sec dans une atmosphère d'azote pendant 48 heures dans le broyeur 

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 de l'exemple I avec un rapport boulets/poudre de 22/1, la vitesse de rotation étant de 176 tours minute. Les particules composées formées, après l'élimination d'une faible fraction grossière,sont enfermées sous vide dans un pot en acier doux.

   Le pot obturé est alors chauffé à 982 C pendant 2 heures pour permettre aux consti- tuants dans les particules métalliques composées de se diffuser les uns dans les autres et de permettre à l'oxygène de l'oxyde de nickel de gésgir avec l'aluminium pour en convertir une proportion stoechiométrique en Al2O3 qui est formé en tant que fine dispersion à travers l'alliage. Le pot chauffé est alors extrudé avec un rapport d'extrusion de 16/1. 



   Deux constituants incompatibles peuvent aussi être   combi-   nés dans le même alliage en les séparant par un troisième consti- tuant mutuellement compatible, les deux constituants incompatibles étant introduits au cours d'opérations de broyage successives. En se rappelant que des constituants plus durs ou moins ductiles tendront à être dispersés dans des constituants plus doux ou plus ductiles, de nombreuses combinaisons de constituants peuvent être utilisées suivant une hiérarchie. Un tel composé hiérarchique peut être combiné avec un ou plusieurs autres composés hiérarchiques dans une matrice commune. De cette manière, on peut produire des structures nouvelles qui ne pouvaient pas être préparées d'une autre manière quelconque. 



   Un procédé hiérarchique de ce type est illustré par l'exemple suivant. 



    EXEMPLE XXX.   



   Une charge constituée de 50 % en volume de poudre de tungstène de 5   microns   et de 50   %   en volume de poudre d'oxyde de de zirconium avec une dimension de particules 0,03 microns a été 

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 broyée à sec dans un broyeur agitateurde laboratoire à grande vitesse, pendant environ .3heures. Une poudre composée comprenant de l'oxyde de zirconium réparti à travers une matrice de tungstène a été produite. 40 % en volume de poudre ont alors été mélangés avec   60   de poudre de nickel carbonyle possédant une dimension de particules moyenne de  3 à   5 microns et le mélange a de nouveau été broyé à sec dans le broyeur agitateur à grande vitesse, pendant un total de deux heures.

   Des particules de poudre de tungstène-oxyde de zirconium dures ont été pulvérisées et réparties dans la poudre produite sous forme d'une phase finement dispersée. La poudre de produit résultante relativement grossière contenait en volume 20 % de zirconium, 20   %   de tungstène et 60% de nickel, en relation        'hiérarchique   avec un contact minimun entre l'oxyde de zirconium et le nickel. 



   Il doit être attendu que dans les exemples précédents, lorsque l'on a réalisé un produit renforcé par dispersion, par exemple un   super¯alliage   ou un acier inoxydable renforcé par disper- sion, ce produit contenait moins de 10 % en volume de régions de ségrégation dépassant une dimension de 3 microns, et, plus couramment, de telles régions né dépassaient pas uns dimension de 1 micron ou même 0,5 micron; 
D'autres systèmes métalliques ouvrés qui sont avantageu- sement produits suivant l'invention comprennent les suivants : 
1  Des compositions qui sont difficiles à réaliser à cause du bas point d'ébullition de l'un des constituants, par exemple des alliages avec du lithium, tels qu'un alliage de nickel avec 1 % de lithium, pour des usages exigeant une réstance à la corrosion ;

   des systèmes comportant du bore, comme par exemple des compositions de nickel 

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 et de bore et des aciers contenant du bore, tels que les aciers Cr-Ni 18-8 ou les aciers de type AISI 347 avec du bore. 



  Des compositions dans lesquelles un composant est for- tement réactif, par exemple les compositions de métaux de terre rare telles que   RCOS   pour des aimants permanents, dans lesquelles R est un métal de terre rare tel que le cérium ou le samarium. Les métaux de terre rare réagissent aisément avec les revêtements réfractaires des creusets utilisés pour la fusion, de telle sorte qu'une fusion à lévitation ou à arc consommable dans un moule métallique 
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 -- - - -- refroidi est normalement utiliséeycequi conduit a une-- # dimension de grain de grandeur indésirable.      



   Des alliages fer-silicium pour des tôles de transfor- mateur , par exemple de fer avec 5 à 7% de   Si,   sans   nickel ;   ou avec jusqu'à 10 % de nickel pour améliorer les proprié- tés magnétiques. 



   L'invention s'applique tout particulièrement aux métaux déformables ayant un point de fusion absolu supérieur à 600   K et de préférence supérieur à   1000     K, étant donné que de tels métaux      sont capables d'être travaillés fortement avec le processus de broyage.

   En ce qui concerne les métaux à plus bas points de fusion, ; qui tendent à un recuit naturel sous des conditions de travail éner- gique à une température pratiquement ambiante, ils peuvent être traités avec d'autres métaux aux températures ambiantes pour produire une poudre de métal composée ouvrée utilisable.   D'un   autre côté, lorsque ceci devient nécessaire, de tels métaux peuvent être traités à une température inférieure à leur température de recristallisation en travaillant à des températures nettement inférieures à la tempé- 

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 rature ambiante pour arriver ainsi à l'état d'équilibre pratique-   ment.stable   entre les facteurs de soudage et de broyage. 



   Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. 



   REVENDICATIONS. 



   1. Procédé pour la fabrication d'un-produit métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à consolider des particules   compo-   sées ouvrées possédant une structure interne cohérente non poreuse formées par au moins deux constituants unis intimement et inter- 
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 dispersés ï- un- constituant- au moins comprenant au moins 5 % en volume des particules, étant un métal déformable par compression, de façon à réaliser un produit consolidé avec une microstructure pratiquement uniforme ne contenant pas plus de 10   %   en volume de régions de ségrégations de dimension minimum supérieure à 25 microns.



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   "Metal powders and their 'production"
The present invention relates to metallic products and to their manufacture by powder metallurgy.



   When metal products are obtained by fusing, many problems are encountered. These include the appearance of dendrites and other forms of segregation in

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 castings of complex alloys, which lead to difficulties in machining as well as a non-uniform response to heat treatment. Brittle segregations interfere with the ductility of the cast material.

   If the segregations have a very low melting point composition, they can lead to the phenomenon known as "hot brittleness", which severely limits the allowable hot work range and even when machining work is possible. , the segregating regions persist in an elongated form which results in anisotropic properties and other disadvantages.



   These problems can to some extent be overcome by the techniques of powder metallurgy, which are also the easiest way to produce dispersion-strengthened metals and alloys as well as other products consisting of finely-mixed immiscible constituents. - targeted. However, powder metallurgy presents other problems of its own.



   Since the possibility of homogenization is limited to that which can be provided by sintering, solid state thermal diffusion and localized melting, there is a need for a starting material which contains the constituents in a finely divided form. aimed and distributed evenly. Thus, to make an alloy from a mixture of elementary powders, the latter must be very fine, that is to say with a dimension of 25.10 or even 3 microns or less, so that the The alloy can be made homogeneous by diffusion in a reasonably short time and these powders tend to be pyrophoric and collect impurities, for example oxygen from the atmosphere, which contaminate and disruptively affect the products made from them.



  -; Powders of different densities mechanically mixed also tend to provide segregation during storage and handling of the mixture, which leads to defects in uniformity

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 in the products obtained from the mixture.



   To avoid the need for mechanical mixing, one can use pre-alloyed powders, for example those obtained by atomization from a molten bath of the alloy, but these powders are expensive, difficult to obtain with a dimension particle size controlled and may even contain significant dendritic segregation.



   Similar difficulties arise in the preparation of dispersion reinforced metals and alloys by consolidating mechanical mixtures of the components. In this case, particularly fine metal powders are desirable, with an associated risk of contamination and there are also the additional problems that the refractory dispersed particles tend to flocculate due to static electric charges and that constituents of different densities tend to flocculate. separate during storage and handling of the mixture. Flocculation and segregation lead to non-uniformity of the final shaped product, due to the formation of linear inclusions of dispersoid particles and adjacent dispersoid depleted areas.



   Such linear inclusions and associated defects are a cause of disturbance in structural members subjected to stress, particularly at high temperatures. Depleted regions do not contribute appreciably to product strength and a body in which depleted areas constitute more than 10% by volume will be significantly weaker than a body without these defects. In addition, high concentrations of refractive particles. Tears in linear inclusions themselves are places of stress concentration and can be an important factor in the appearance of a defect at high temperatures, especially due to fatigue.

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   Non-mechanical processes for the production of mixtures of metallic and non-metallic particles for consolidation include the internal oxidation process, in which a powder, for example of nickel or copper containing a soluble reactive element such as aluminum; silicon, titanium, zirconium or thorium, is selectively oxidized to form fine particles of refractory oxide dispersed throughout the crystalline mass of the metal. This process also requires fine metal particles, is generally limited to simple binary alloy systems, and furthermore difficult to apply to nickel base alloys containing chromium as well as stainless steels. without oxidation of chromium.

   Thus, this process is generally only applicable to simple systems such as Ni-Al, Cu-Al,
Ni-Th or Cu-Si, where the free energy of matrix metal oxide formation reaches up to 80,000 calories / gram of oxygen.



   However, if all of the alloy powder is first oxidized and then selectively reduced to leave the oxide refractory, it is difficult to completely reduce the metal oxide forming the matrix, especially if it includes particles. oxides of metals such as chromium, aluminum and titanium.



   Various wet techniques have also been proposed for the production of dispersion hardened metals and alloys.



   The surface ignition coating process involves coating the metal or alloy powders with a decomposable salt of the contemplated refractory oxide dispersoid, mixing the particles with a solution of the salt and evaporating the liquid. Thus, nickel powder can be mixed with a solution of thorium nitrate in alcohol. The coated powder is then heated in an inert or reducing atmosphere to convert the salt to the corresponding oxide, as particles which coat the surface of the metal particles.

   Here again, the need for fine metal powders to achieve tight particle spacing.

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 dispersolde introduces the risk of contamination; Care must be taken to avoid pyrophytic combustion of the powder when it is treated to decompose salt. and segregation may occur, since the last part of the liquid to be evaporated tends to be very high in salt. Microstructures of fabricated metal products produced by this process tend to reveal linear inclusions of dispersed oxide.



   In the selective oxide reduction process, an intimate mixture of metal oxides, one of which is reducible while the other provides the dispersed oxide phase, is prepared for example by coprecipitation of the hydrates of the metals, converting these hydrates to oxides and selectively reducing the metal matrix oxide to the metal. The resulting powders can be extremely fine and pyrophoric and therefore highly susceptible to contamination. This process and other wet processes raise delicate material handling problems, tend to be dirty, and are usually expensive.



   It has been proposed in an earlier patent to use, as starting materials for powder metallurgy processes, powders comprising composite particles consisting of a hard refractory material with a high melting point, and a ductile metal. , the particles of one of the constituents being coated by the other. Methods of preparing these particles include chemical or vapor deposition of the metal on the refractory particles and providing on the ductile metal particles a surface layer of a refractory oxide-forming metal which is then oxidized.

   Similar particles result from the routine processing in the ball mill of mixtures of a ductile metal and a refractory oxide, for example mixtures of nickel and thorium oxide, for prolonged periods at the usual ball / powder ratios. , that is to say ratios which can reach up to 3/1. All compound powders of this type have the disadvantage that the particle size of the metal core is.

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 essentially that of the initial powder used and that this relatively coarse structure is transferred into the processed products obtained from the powder, resulting in linear inclusions of dispersoid and associated areas free of dispersoid.



   When preparing powder metallurgical products starting from metals normally immiscible in the liquid and / or the solid, for example iron and copper, a sintered skeleton of the powder of a metal may be subjected to infil - Tration by the other molten metal, or it is possible to sinter a mixture of the two metal powders. Whatever the process used, the distribution of copper is limited either by the size of the pores of the skeleton, or by the relative size of the initial powders.



   The presence of a liquid phase during infiltration or -filtering also tends to cause micro-segregation.



   The present invention overcomes these various difficulties and provides consolidated metal products which possess a very high degree of microstructural uniformity and isotropy and which are substantially free from segregation and linear inclusions.



   Other details and features of the invasion will emerge from the description below, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a schematic representation of a ball mill type friction wear apparatus capable of providing agitation grinding for producing compound powders for use in accordance with the invention.



   Figure 2 is a reproduction of a photomicrograph obtained at a magnification of 100 diameters and illustrating in longitudinal section a microstructure of a superalloy reinforced by dispersion, obtained according to the invention after annealing at 2,250 F for 4 hours in the argon.

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   Figure 3 is a reproduction of an electron photomicrograph obtained with a magnification of 10,000 diameters of a surface reproduction of a dispersion reinforced superalloy as shown in Figure 2.



   Fig. 4 is an electron transmission photomicrograph obtained with a magnification of 100,000 diameters, illustrating the structure of another dispersion reinforced superalloy obtained in accordance with the invention.



   Broadly speaking, the invention contemplates the production of consolidated metal products characterized by a high degree of microstructural uniformity and practically free of segregation and linear inclusions by consolidation, for example by hot extrusion, hot pressing, forenge etc, bound particles containing at least 15% by volume of a deformable metal while the remainder consists of a metal or a non-metal, these particles providing a mechanically alloyed and interdispersed internal structure.



   A reinforced product without dispersion should be considered practically free from linear inclusions or segregation if it contains less than 10% by volume of linear inclusions or regions exceeding 25 microns in minimum dimension in which there is an appreciable variation in composition. from the average, i.e. a compositional deviation exceeding 10% of the average content of the separated alloying element. The boundaries of a separate region are considered to be where the deviation of the composition from the mean is half the maximum deviation in that region. Composition deviation regions less than 25 microns in minimum dimension are not considered separate regions.

   Preferably, the minimum dimension of the linear inclusion or region offering variations in composition is not more than 10 microns. Preferably equal-

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   ..tent, the proportion of linear inclusions or separated regions is less than 5% by volume. variations in composition on the scale defined above can, for example, be detected and measured by examination using an electron microprobe. the products are advantageously obtained according to the invention through the consolidation of special compound powders.



   These powders and their production processes have been described in Belgian Patent No. 729,149 of February 28, 1969.



   The powders used consist of worked compound particles having a coherent non-porous internal structure composed of two or more constituents intimately united and interdispersed, at least one of the constituents, totaling at least 15% by volume of the particles, being a metal deformable by compression and the compound particles individually having substantially the composition of the powder. The internal structure of the compound particles can be regarded as a mechanical alloy.



   The constituents of the compound particles, other than the deformable metal, can be other metals or non-metals, especially refractory oxides and other hard phases of interest for dispersion-reinforced alloys. The term "metal" used in this patent is to be understood as encompassing alloys.



   The average spacing between the sub-particles of the interdisperse components in the compound particles should be as small as possible to facilitate thermal diffusion of the components which are susceptible to interdiffusion when heated to promote alloying. spacing does not exceed 10 microns and preferably, particularly in the case of dispersion-reinforced products, it does not exceed
3 microns or even 1 micron and it can be much less than a micron, while the compound particles have utilemeht a

  <Desc / Clms Page number 9>

 average size from 20 to 200 microns.

   although larger particles can be used when it is possible to form them with a sufficiently fine internal structure and smaller particles can be used when the systems used are sufficiently noble to avoid pyrophoricity
It will be appreciated that the advantage of using such engineered compound particles to form consolidated powder metallurgy products arises from the fact that the particles act as building blocks for the final structure, the high degree. uniformity of each of the composite particles being carried over and maintained in the final work product.

   Conversely, the use of homogeneous compound particles containing dispersals for the production of consolidated products will not lead to homogeneous products. The spacing between the constituents of the product will obviously depend on the extent of the reduction occurring during consolidation and this spacing will generally be less than that in the particles of the powder.



   Spaces of less than 3 microns or even one micron, preferably even much smaller, are particularly advantageous in the case of powders containing refractory dispersants.



   The powder particles are advantageously in a highly strain-hardened state since this accelerates the alloying of the constituents by thermal diffusion during heating and facilitates hot deformation, such as for example hot extrusion for example. consolidation of an enclosed mass of powder particles. This is considered to be due to the very fine grain structure resulting from coalescence of the work hardened structure upon heating for hot deformation.



   The powder can be obtained, according to the main patent, by subjecting a mixture consisting of at least 15% by volume

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 several other powders of metals or non-metals to high energy impact crushing, usefully in a stirred ball mill, sufficiently energetic and sufficiently prolonged to reduce the particles of the deformable metal to less than half and preferably this to less than a fifth or even a tenth of their original thickness and to pulverize and bond together the constituents of the mixture to form non-porous compound wrought particles exhibiting a coherent interdisperse internal structure.

   In order to produce the desired structure, grinding may be continued, under conditions where strain hardening occurs, at least until the hardness of the compound particles has been increased by half of the difference between the base hardness and. the constant saturation hardness obtained during prolonged grinding. During vigorous dry grinding, the compound particles are constantly broken up and reformed by cold working, with a gradual increase in the uniformity of the composition of the particles and the refining of their internal structure. Advantageously, the powder is ground to saturation hardness and preferably grinding is continued beyond this point, until the structure has been refined to the desired extent.

   Grinding beyond the saturation point of hardness is particularly desirable in the case of complex alloys, since these reach saturation hardness while their structure is less uniform than in the case of unalloyed metals. due to the hardening effect of other hard constituents, for example fragments of parent alloys.



   The compound particles thus comprise ground fragments of the original metal particles welded or metallurgically bonded together, the minimum size of the fragments usually being less than one-fifth and preferably less than one-tenth of the average size of the product. initial whose fragment

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 was derived. Refractory particles incorporated in the initial powder are distributed throughout the individual composite particles in a state of fine dispersion approximately equal to the minimum size of the fragments.

   Thus, the average distance between the refractory particles in the compound particles; is much smaller than the particle size of the original metal and is preferably less than one micron and even down to 0.5 micron or less. In such particles, there are virtually no islands or zones in the compound particles devoid of dispersoid.



   High energy dry impact milling can usefully be carried out in an agitating ball mill comprising a stationary vertical axis cylinder containing a charge of balls or balls and having a rotating agitator shaft located coaxially with respect to it. to the mill, with spaced agitator arms extending substantially horizontally from this shaft and serving to maintain the mass of the load of balls in continuous relative motion.

   Such a crusher has been described in the work of
Perry "Chemical Engineer's Handbook" Fourth Edition, 1963, pages 8 to 26 and is illustrated schematically in Figure 1 of the accompanying drawings, which shows in partial section a vertical cylinder 13 surrounded by a cooling jacket 14 having orifices of. The inlet and outlet 15 and 16 are respectively intended for circulating water or other cooling medium. A shaft 17 is supported coaxially in the cylinder by means not shown and has horizontal arms 18, 19 and 20 in one piece with this shaft. The crusher is filled with balls or balls 21 to a sufficient depth to flood at least part of the arms.



   The grinding time t required to produce a satisfactory dispersior, the speed W of the agitator (in revolutions per minute), the radius er of the cylinder (in centimeters and the ratio R between the volume of the balls and that of the powder are associated by the ex-

  <Desc / Clms Page number 12>

 next press:
1 / t = K w3 r2 R in which K is a constant depending on the system used.



  Thus, once a satisfactory set of conditions has been established in a mill of this type, other sets of satisfactory conditions for this mill and other like mills can be established using the expression which precedes.



   Unless otherwise indicated, the impact milling mentioned in each of the examples of this patent was carried out in a mill of this type cooled by water. The grinding speed indicated in rpm is the speed of rotation of the agitator. Unless otherwise specified, the crusher has been sealed in order to prevent the access of air during grinding except that
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 ## who # was present # at # lrige -; ####### - - - # '# ----- - -' Other grinders that may be used include. vibrating ball mills, high speed agitator mills and planetary ball mills.

   Regardless of the type of mill used the balls or other frictional wear elements should be hard and tough enough to compress the deformable metal and they are preferably made of metal or cement, for example steel, stainless steel, nickel or tungsten carbide, with a small diameter relative to the mill and with a practically uniform dimension.



  For further details of the production of the powders, reference is made to the main patent.



   Composite powders can offer an extraordinarily wide range of compositions and they can be used to produce an equally wide variety of composite products.



  The compositions include a very wide range of metal systems corresponding to both simple binary alloys and more complex alloys, as long as they include a metal deformed by compression.

  <Desc / Clms Page number 13>

 



   Simple alloys include those based on lead, zinc, aluminum and magnesium, copper, nickel, cobalt, iron and refractory metals. More complex alloys include well-known heat-resistant alloys, for example those based on nickel-chromium, cobalt-chromium and iron-chromium systems containing one or more additions.
 EMI13.1
 alloys such as tungsten molybdenum, niobium, tantalum, aluminum, titanium, silicon, zirconium. etc. with or without non-metals such as carbon and boron.



   Dispersion hardened wrought alloys, both simple and complex, can be produced from compound powders having uniform dispersions of a hard refractory phase. Refractory compounds include oxides, carbides, nitrides, borides of refractory metals such as thorium, yttrium, zirconium, hafnium, titanium and even certain refractory oxides such as those of silicon, aluminum, cerium, uranium, magnesium, calcium, beryllium and the mixture of rare earth oxides, didyma oxide.

   Refractory oxides generally useful as dispersed phases are those whose free energy does not
 EMI13.2
 The formation gative-per gram-atom oxygen / about 25 ° C is at least about 90,000 calories and has a melting point at least that of the matrix. The proportion of hard phases. may be sufficient to produce cermet compositions as long as sufficient ductile metal is present to provide a receiving matrix for the hard phase or dispersal.

   When only dispersion strengthening of crafted compositions is desired, such as in high temperature alloys, the amount of dispersal may range from 0.05% to 25% by volume and more preferably from 0.05% to 5%. % or 10% by volume.

  <Desc / Clms Page number 14>

 



   The process according to the invention is also particularly useful for obtaining manufactured products from metal systems the components of which have limited solubility or even practically no mutual solubility in the liquid state and / or the solid state, for example. lead or iron with copper, tungsten with copper or silicon and chromium with copper.

   It should be particularly noted that since the constitution of the compound powders is that of a mechanical alloy with an extremely fine structure, their compositions and therefore those of the products obtained from these powders are not limited by normal practical considerations when the use of melting techniques or conventional powder metallurgy techniques and that the practical absence of segregation in the products leads in many cases to a remarkable improvement in the workability by comparison with cast alloys of the same composition. Many new and advantageous alloy compositions are thus becoming available in manufactured forms.



   The many advantages of using the wrought compound particles for the production of consolidated metal products obtained by powder metallurgy include the protection of reactive components such as chromium, aluminum and titanium against oxidation thanks to their. incorporation and isolation in the matrix of the deformable metal. The compound particles also combine the advantages of a coarse powder, including storage with minimal contamination, ease of degassing for sheath extrusion, non-pyrophoric properties, good flow characteristics and high flowability. high bulk density, with an extremely intimate and fine dispersion of the constituents in each particle.

  <Desc / Clms Page number 15>

 



   The consolidation of the compound powder into metallic products can be carried out by any suitable mechanical machining process, including extrusion in a closed sheath, crushing, rolling and hot pressing. The work will obviously depend on the nature of the composition enviosegée During the heating of the particles to the temperature used for the machining any homogenization and any annealing such particles which may occur will generally take place, but any other heat treatment can be carried out subsequently if desired .

   it is generally desirable to degas the powder as much as is practicable to do so before performing the machining or working.



  Some of the various types of manufactured products according to the invention
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 will now be considered more in ëét;: il .--- - - ###### ¯¯¯¯¯¯¯¯¯-
Superaliages
Complex high-temperature alloys based on nickel, cobalt or iron (usually referred to as superalloys) which contain chromium and which are made susceptible to age hardening thanks to alloying elements such as niobium, titanium and l Aluminum and / or are hardened to a solid solution by molybdenum or tungsten, tend to suffer from segregation in casting, particularly with high contents of the alloying element.

   This leads to a non-uniform response to age hardening and difficulties in hot machining. If one uses powder metallurgy techniques or an elemental powder mixture. or partially pre-alloyed, it is found that chromium tends to be oxidized and that aluminum and titanium tend to be lost through oxidation, so that they are no longer available for aging hardening and other disadvantages such as segregation also occurs as already mentioned.

  <Desc / Clms Page number 16>

 



   Difficulties are encountered in seeking to deplicate dispersion reinforcement to superalloys, because of the easy termination of linear dispersoid inclusions with fear of resalting large amounts of the alloy which are devoid of dispersoid The fabrication of superalloys by Consolidation of powders composed of openings according to the invention facilitates the elimination of segregation in normal superalloy compositions. It allows the content of alloying elements to be increased for age hardening or solid solution hardening and it allows the easy production of dispersion reinforced superalloys.

   The resulting wrought products have a microstructure which is substantially uniform throughout, are substantially free of segregation, primary gamma prime phase and linear inclusions, and have a uniform distribution of precipitation hardening phases as indicated by electronically transmitted photomicrographs.



   They can be enhanced by dispersion with any of a wide variety of refractory oxides) carbides, nitrides and borides as defined above in more detail.



   It has been remarkably noticed that bodies produced by hot working or hot machining of mechanically consolidated alloy powders can be worked to a much greater extent than bodies conventionally produced with the same composition as the body. matrix alloy. This is shown by the reduced temperatures required for comparable values of hot strain, reduced working pressures and higher allowable values of working stress.



   Generally, alloys have a melting point of at least 1.093 C and they contain 4 to 65% by weight of chromium, at least 1% in total of one or more of the components - niobium , aluminum and titanium, preferably 0.2 to 15% aluminum (for example 0.5 to 6.5%), and 0.2 to 25% titanium (for example

  <Desc / Clms Page number 17>

   0.5 to 6.5%, 0 to 40% molybdenum, o to 40% tungsten, 0 to
20% niobium, 0 to 30% tantalum, 0 to 2% vanadium, up to 15% manganese, up to 2% carbon, up to 1% silicon, up to 1% boron , up to 2% zirconium and up to 0,

  5% magnesium, the remainder (at least 25%) consisting essentially of iron, nickel or cobalt with or without dispersion strengthening constituents, such as yttrium oxide, oxide lanthanum, alumina, thorium oxide, etc., in amounts of 0.05% to 10% and preferably 0.05 to 10% by volume of the total composition.



   The superalloys to which the invention relates more particularly include those falling in the gamma of 5 to 35% chromium, 0.05 to 8% aluminum, 0.5 to 10% titanium, up to 12% molybdenum up to 20% tungsten, up to 8% niobium, up to 10% tantalum, up to 2% vanadium, up to 2% manganese, up to 1% carbon, up to 1.5% silicon, up to 0.1% boron, up to 1% zirconium, up to 2% hafnium, up to 0.3% magnesium, up to '45% iron, up to 10% by volume of dispersolde which is advantageously thorium oxide, yttrium oxide, lantan oxide,

   cerium oxide or mixtures of rare earth oxides such as didyme oxide can usefully be present in amounts of at least 0.2% and preferably 0.5 to 5% by volume, the remaining (at least 40%) being constituted by nickel and / or cobalt.

   Some specific examples of superalloy compositions which can be produced with or without a dispersoid are given in Table 1 below.

  <Desc / Clms Page number 18>

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 <tb>
 
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  <Desc / Clms Page number 19>

 
The stable refractory compound particles can be kept as fine as possible. , for example with a dimension less than 0.5 micron. A range of particle sizes determined to be particularly useful for the production of dispersion enhancement systems and: from 10 to 1,000 Angstroms (0.000 to 0.1 microns).



   Particularly advantageous is the extensive cold work imparted to the compound metal particles produced by grinding the high melting point metals to produce the superalloy compositions. It increases the effective diffusion coefficients in the produced powder and this factor together with the intimate mixing in the produced powder of metal fragments from the primitive components in order to establish small interdiffusion distances, promotes rapid homogenization and alloying the produced powder upon heating to homogenizing temperatures and improves hot workability as explained above.

   The foregoing factors are of particular value in the production of powder metallurgical articles having fairly complex alloy matrices.



   We will now give some examples: EXAMPLE 1
A pulverulent mixture consisting by weight of 14.9%., / Of a parent Ni-Ti-Al alloy in powder form containing 72.93% of Ni, 16, 72% of Ti, 7.75% of Al, 1.55% Fe, 0.62% Cu, 0.033% C, 0.05% Al2O3 0.036% TiO2 62.25% nickel carbonyl powder with a particle size of 5-7 microns, 19 , 8% chromium powder with a particle size of 74 microns and 3.5% thorium oxide with a particle size of 0,

  04 micron was premixed and 1300 grams of this mixture was dry impact crushed under argon atmosphere for 48 hours in

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 an attrition mill with a ball / powder ratio of 17/1, rotating at 176 rpm. The product consisted of particles of compound powder offering an excellent interdispersion of the ingredients in the individual particles and having a striated structure under a magnification of 750. Analysis of the powder gave 73.86% Ni, 19.3 % Cr 2.16% Ti, 1.19% Al, 0.017%
C, less than 0.05% Cu, 2.93% ThO2 0.015% Al2O3 0.013% TiO2 The amount of other impurities was negligible.



   After removing a few coarse particles larger than 350 microns, the powder having a particle size range of 45 to 350 microns was extruded into a bar in a stainless steel pot after vacuum degassing (2 x 10-5 mm Hg) at 350 C using an extrusion ratio of 16/1 and a temperature of 1175 C. The extruded rod contained a fine and uniform dispersion of thorium oxide particles with an average size of 0.04 microns and a particle spacing less than 1 micron, without linear inclusion and with a hardness of 275 Vickers.

   Heating in solution for 16 hours at 1200 C reduced the hardness at 235 Vickers, while subsequent aging for 16 hours at 705 C caused precipitation hardness increasing to 356 Vickers.



   By comparison, wrought alloys having substantially the same matrix composition and produced by conventional smelting techniques had a hardness of 200-250 Vickers after annealing, which was increased to 290-320 Vickers by one. similar aging treatment.



   EXAMPLE 11
A mixture consisting by weight of 39.5% of a powdered master alloy with a particle size of less than 43 microns and containing 67.69% Ni, 8.95% Mo, 5.70% Nb, 15.44% Al, 1.77% Ti, 0.053% C, 0.06% Zr and 0.01% B, 45.74%

  <Desc / Clms Page number 21>

 carbonyl nickel powder with a particle size of 5 microns, 11.64% chromium powder with a particle size less than 74 microns and 3.12% thorium oxide with a particle size of 0 , 04 micron,

   was dry milled for 48 hours in air in a mill / attritor with a ball / powder ratio of 29/1 by volume and a speed of 176 rpm. Microscopic examination of the powder revealed that the constituents had united intimately to form compound metal powder particles which provided excellent interdispersion of the ingredients,
Part of the pulverulent product, after removal of coarse particles greater than 350 microns, was extruded into a bar in a stainless steel pot (after degassing under vacuum at 425 C), using an extrusion ratio of 16 / 1 and a temperature of 1200 C. The resulting bar had the following composition analyzed:

   0.07% C, 10.40% Cr. 3.005 of Mo 1.60% of Nb, 5.20% of Al. 0.65% of Ti, 0.007% of B, 0.03% of Zr, 3.20%
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 of Th0, 1.38% of A12o3 d 0.018 of TiO2. 0.016% cr203, the remainder being Ni. The Al2O3 was present as an intimate dispersion and the proportion of foreign oxides, TiO2 and Cr2O3 was thus very low.



   Parts of the extruded bar were heated at 1240 C for 4 hours under argon to dissolve the alloy, increase its grain size and complete the homogenization of the structure then oven cooled to allow precipitation hardening to occur. . The grain structure of the alloy after this treatment is shown at 100 magnification in Figure 2 of the drawings. Note that the grain structure is elongated in the direction of extrusion.

   Thanks to an examination under an electron microscope after this treatment, it was observed that

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 the alloy contained both a gamma prime precipitation hardening phase and an intimate dispersion of thorium oxide particles with an average size of 0.05 micron, with particle spacing less than 1 micron. The fine structure observed with an electron microscope under 10,000 times magnification is shown in Figure 3 of the drawings.



   The high temperature properties of the alloy after heat treatment are given in Table II.



     TABLE II
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 <tb> Test temp: <SEP> Limit <SEP> elastic: <SEP> Resistance <SEP> to <SEP>: Elongation.- <SEP> Striction
 <tb>
 
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 (C): C deformation, 2% traction. % ie
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 <tb>: <SEP> kg / cm2 <SEP> kg / cm2
 <tb>
 <tb>
 <tb> 760 <SEP> 69.6 <SEP> 79.0 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 10.0
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 982 <SEP> 19.3 <SEP> 24.9 <SEP> He, 0 <SEP>: <SEP> $ * Ci
 <tb>
 
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 1,093 7.5:

   ¯¯¯ $ t2 ¯ 9 * ¯ ^ ZT ¯
The improvement provided by the dispersion of thorium oxide in the alloy is revealed by comparing the stress failure properties of the heat treated alloy with those of a cast and precipitation hardened high temperature alloy. (alloy 713) not containing thorium oxide and having a composition similar to that of the matrix of the alloy containing thorium oxide, namely 74.84% Ni, 12.0% Cr, 4.5% Mo, 2.0% Nb, 0.06% Ti, 5.9% Al, 0.05% C, 0.1% Zr, and 0.01% B.

   These properties are compared in Table III as a function of the stress under which the alloys offer lives of 100 and 1000 hours at 1093 c
TABLE III
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 <tb> Life, hours <SEP>: <SEP> Effort <SEP> for <SEP> the <SEP> life <SEP> specified <SEP> kg / mm2 <SEP> alloy
 <tb>
 <tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯: <SEP> alloy <SEP> with <SEP> ThO2 <SEP> 713
 <tb>
 <tb>
 <tb> 100 <SEP> 6.0 <SEP>: <SEP> 4.5
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 1000 <SEP> 5.4 <SEP>:

    <SEP> 2.9
 <tb>
 

  <Desc / Clms Page number 23>

 
EXAMPLE III An 8.5 kg powder charge of 1550 parts of a
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 master nickel alloy containing 7% aiunsiaiua, 14% titanium and 9% dīdyme; (a mixture of rare earth metals containing 50% lanthanum with neodymium and praseodymium and other rare earth metals) crushed so as to pass a 74 micron sieve, 1800 parts of chroma powder smaller than 74 microns , 20.4 parts of Ni Zr master alloy 3.87 parts of Ni-B master alloy and 5,241 parts of nickel carbon powder # vle, was crushed under dry impact in a 38 attrition mill. liters containing 189 kilos of 6.3mm nickel grains for 40 hours at a stirrer speed of 132 rpm.

   The product was sifted through a 350 micron sieve and enclosed in an 8.9 cm steel pot
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 in diameter--, -which-was- obtained.1r-é -s.mls-wacuati.on, ¯¯aüsd-1.C3 $ - * C- - and extruded into a round bar of 1 , 9 cm in diameter. The powder was consolidated by upsetting into the container prior to extrusion and good hot workability was evident from the fact that extrusion was possible at the relatively low temperature of 1.038 ° C. The extruded bar was was subjected to a heat treatment comprising heating for 2 hours at 1275 C, followed by heating for 7 hours at 1.080 C and then for 16 hours at 705 C. A coarse-grained structure elongated in the direction of extrusion was present .

   The extruded bar was characterized by a finely divided and well distributed dispersion of the rare earth metal oxides, mainly lanthanum, resulting from internal oxidation by reaction of the extremely finely divided rare earth metal and the oxygen present. in the ground powder.



   The stress failure properties of the heat treated bar were very good as illustrated by the data offered in Table 4 below, indicating a very uniform dispersion of fine particles of refractory oxide.

  <Desc / Clms Page number 24>

 



    TABLE IV
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 t'e: 'p., Stni: Effort: Time until Elongation: Striction (Ci (k <; / :: nr.; 2): the break (6) ¯¯¯¯¯¯¯¯¯s¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ & âjJ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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 <tb> lose <SEP> 12.7 <SEP> 1.5 <SEP> 8.0 <SEP> 11.6
 <tb>
 <tb>
 <tb> 1088 <SEP> 11.2 <SEP> 472.7 <SEP> 4.0 <SEP> 6.0
 <tb>
 <tb> 1038 <SEP> 9.8 <SEP> 389.7 <SEP> 2.7 <SEP> 3.9
 <tb>
 <tb>
 <tb> 760 <SEP> 35.2 <SEP> 16.3 <SEP> 2.7 <SEP> 3.9
 <tb>
 <tb>
 <tb> 760 <SEP> 28.1 <SEP> 193.1 <SEP> 4.4 <SEP> 7.0
 <tb>
 
This example illustrates a particular characteristic of the invention,

     according to which dispersion reinforced metals can be produced by taking as starting material a powder in which is distributed on a microscopic scale a metal the oxide of which has a heat of formation high at 23 ° C exceeding 90,000 calories per gram atom oxygen.



   This metal is oxidized in place by the oxygen available in limited quantity in the powder, due to the very small diffusion distances involved, with the result that the resulting oxide is very fine and very well distributed in the resulting consolidated form in which the oxide is an effective dispersion strengthening element.



   EXAMPLE IV
A new 8.5 kilogram powder charge containing approximately 1490 parts of a master aluminum alloy with 17% Ni and 8.5% Ti, ground to minus / 75 microns, 2000 parts chromium with a dimension less than 75 microns, 1330 parts of fine nickel carbonyl powders premixed with 10% by weight of fine yttrium oxide (400 A), in a Waring mixer, 24.8 parts of an alloy- mother Ni-Zr with a dimension less than 75 microns;

   3.9 parts of a Ni - B parent alloy with a dimension of less than 75 microns and 5.290 parts of carbonyl nickel powder, was ground * for 40 hours in a 38 liter attrition mill

  <Desc / Clms Page number 25>

 containing 180 kilos of 6.3 mm nickel grains, at 132 t / m. The produced powder was sieved through a 350 micron sieve and enclosed in a steel pot with a diameter of 8.9 centimeters.



   The pot was evacuated to a mercury pressure of less than 10-4 mm. at 425 c and sealed by welding. The vacuum sealed jar was heated to 1093 c and extruded into a bar with a diameter of 15.5 mm. The extruded bar was heated in argon for 2 hours at 1275 C, then at 1080 C for 7 hours and cooled in air. It was then heated for 16 hours at 700 C and again cooled in air. A desirable coarse-grained structure elongated in the direction of extrusion was obtained.

   The bar contained 0.061% C, 0.92% soluble Al, 2.46% soluble Ti, 20.4%
Cr, 0.029% soluble Zr, 0.005% B, l, 22% Y203 and 0.37%
Al2O3
Samples of the heat treated extruded bar were subjected to stress failure testing with the excellent results defined in Table V below.



   TABLE V
 EMI25.1
 
 <tb> Temp .: <SEP> Effort <SEP> life <SEP> until <SEP> the <SEP> break <SEP> Elongation: <SEP> Striction
 <tb>
 
 EMI25.2
 (C k m¯n2 rs) (%) 96
 EMI25.3
 
 <tb> 1038 <SEP>: <SEP> 12.7 <SEP> 5.8 <SEP> 3.2 <SEP> 9.0
 <tb>
 <tb>
 <tb> 1038: <SEP> 11.5 <SEP> 70.9 <SEP> 4.0 <SEP> 9.4
 <tb>
 <tb>
 <tb> 1038: <SEP> 11.2 <SEP> 393.6 <SEP> 2.7 <SEP> 1.6
 <tb>
 <tb>
 <tb> 927 <SEP>: <SEP> 17.6 <SEP> 7.1 <SEP> 6, <SEP> 2 <SEP> 10.5
 <tb>
 
 EMI25.4
 927 15.8 117.4 5.3 11.6 760: le, 20, 7fi: 35.2 E, O 7.2 20, 5
 EMI25.5
 
 <tb> 760 <SEP> 28.1 <SEP> 131.3 <SEP> 6.4 <SEP> 21.5
 <tb> 760 <SEP>:

    <SEP> 28.1 <SEP> 53.3 <SEP> 10.0 <SEP> 19.1
 <tb>
 
In addition, the yttrium oxide-containing material was found to be significantly more resistant to sulphurization corrosion resulting from exposure to 927 ° C to a molten salt bath containing 90% sulphate by weight. sodium and 10%

  <Desc / Clms Page number 26>

 of sodium chloride, than the base alloy not reinforced by dispersion. Likewise, the yttrium oxide-containing material was significantly stronger than the non-dispersed base alloy in a cyclic oxidation test at 1093 C in circulating air, where specimens were cycled at room temperature every 24 hours.

   In particular, the yttrium oxide-containing material was much more resistant to below-surface penetration than normal material during these tests.



   Fig. 4 is a transmission electron photomicrograph obtained at 100,000 times magnification from the material of the present example containing yttrium oxide. The fine and practically uniform distribution of the finely divided dispersol (yttrium oxide and alumina) as indicated by the reference G and a practically uniform distribution of the gamma prime phase as indicated by the reference H is clearly apparent from the description. Figure 4. Slightly larger MC metal carbides indicated by the reference J are also evident in Figure 4.



   This figure 4 demonstrates the absence of segregation which characterizes the materials according to the present invention.



   EXAMPLE V
Alloy powders composed with the composition of a classic nickel - based superalloy, containing 10% Cr,
3% Mo, 15% Co, 5.5% Al, 4.7% Ti, 1% V, 0.18% C, 0.06% Zr, 0.014% B, the remainder being Ni, were produced by mechanical training; of alloy.

   A mixture / 441 grams of Cr powder (less than 150 microns), 134 grams of Mo powder less than 44 microns), 663 grams of Co powder (less than 44 microns), 1005 grams of carbonyl nickel powder , 7.6 grams of graphite powder, 1050 grams of powder with a dimension less than 75 microns of a nickel master alloy with 15.96% Al and 3.68% Ti, 932 grams of a smaller dimension powder

  <Desc / Clms Page number 27>

 at 75 microns of a mother nickel alloy containing 9.08% Al and 17.5%
Ti, 71 grams of a powder of size less than 150 microns of a nickel master alloy with 65% V,

   12 grams of a powder of size less than 75 microns of a master nickel alloy with 28% Zr and 14.5% Al and 3.3 grams of a powder of a size less than 75 microns of a niclcel master alloy with 18% B, was placed in a high energy horizontal ball mill with a capacity of 15 liters having a stationary tank and a driven horizontal shaft equipped with multiple agitator arms s' extending perpendicular to this shaft, to be processed at a speed of 220 rpm with 90 kilos of 9.5 mm steel balls.



   A nitrogen atmosphere was maintained in the mill. Two loads were treated for 16 hours, one for 8 hours and one for 4 hours.



   The internal powder structure of batches treated for 16 hours was observed to be substantially homogeneous with the majority of ingredient fragments in particles composed of a size less than 1 micron. In contrast, the structures of loads treated for 8 and 4 hours were progressively less homogeneous, although all exhibited the same general size distribution of the compound particles.



   3.066 grams of one of the charges treated for 16 hours sieved through a 350 micron sieve were enclosed in a mild steel pot 8.9 centimeters in diameter -4 and evacuated to a pressure of mercury less than 10 mm at 425 c via a stainless steel tube provided for this purpose. The pot was sealed by fusion welding of the tube and consolidated by hot extrusion into a bar with a diameter of
2.5 centimeters, at 1177 c the extraction was carried out without difficulty. by requiring less than 2/3 of the press capacity and unwinding with a piston speed of 33 to 61 centimeters per second.

  <Desc / Clms Page number 28>

 



  This despite the fact that the composition as normally produced is not readily susceptible to hot work and must be precisely cast to the final shape.



   The results of the hardness tests carried out on samples of this extrusion in the as-extruded state and after two annealing treatments are given in Table VI.



   TABLE VI
 EMI28.1
 
 <tb> State <SEP>: <SEP> Hardness
 <tb> Rc
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> Tel <SEP> than extruded <SEP>: <SEP> 48
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 2 <SEP> hours <SEP> to <SEP> 1243 c <SEP> 42.5
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 2 <SEP> hours <SEP> 1266 c <SEP> 40.5
 <tb>
 Dispersion reinforced fabricated electric heating elements
 EMI28.2
 -The alloys '"resistBmt # to the * chaiGur" poi.! r "of the' electric heating elements, comprising iron and / or nickel alloyed with chromium and / or aluminum, suffer from segregation when They are obtained by casting Equalization to homogenize the structure only leads to little improvement and may result in coarser grain, accompanied by disruptive effects on the forging ability, extrusion and rolling.



  In particular, certain well-known alloys which contain both aluminum and chromium, together with nickel or iron or both, are brittle at room temperature although flexible at high temperatures. One of these alloys contains 67% iron, 25% chromium, 5% aluminum and 3% cobalt and another 55% iron; 37.5% chromium and 7.5% aluminum. Both of these alloys provide excellent resistance to oxidation and corrosion at elevated operating temperatures of about 1200 to 1300 ° C but tend to flow and lose their shape during use as electrical resistance elements.



   These disadvantages are overcome with the dispersion hardened fabricated electric heating alloys offered following

  <Desc / Clms Page number 29>

 the invention, which is characterized through and through by uniformity of composition (i.e. absence of segregation) and by ---- a high degree of uniformity of dispersion and absence of 'inclusions - linear with the associated dispersal-free regions.



   In general, the alloys envisaged are those containing at least 10% in total of chromium and / or aluminum, the chromium content not exceeding 40% and the aluminum content not exceeding 34%, and from 0 to 5% silicon, the remainder of the alloy (except for impurities) consisting of at least 50% in total of iron (5 to 75%), cobalt (up to 15%) and / or nickel (5 to 80%) while comprising from 0.05 to 25% by volume (based on the total composition) of a refractory compound dispersoid.
 EMI29.1
 



  ---- 'one-way-general the alloys¯8nt an electrical resistance of at least 100 microhms / cm3.



   Advantageously, the chromium content is 15 to 40%, the cobalt content does not exceed 10%, the aluminum content does not exceed 32% the sum of the iron, cobalt and nickel contents reaching 50 to 80% and the dispersal content of 0.05 to 10% by volume of the total composition.



   A particularly desirable composition range for electrically heated alloys contains 15 to 40% chromium, 3 to 20% aluminum, the remainder being iron, with 0.05 to 5% by volume dispersold.



   Particularly useful dispersants are yttrium oxide, lanthanum oxide, triumium oxide and the mixture of rare earths called didyma, with dimensions less than 1 micron and preferably less than 0.1 micron. Oxides of zirconium, titanium and beryllium as well as carbides, nitrites and borides of all the metals defined above can also be used. Generally speaking, suitable refractory oxides are those of metals whose negative free energy of formation

  <Desc / Clms Page number 30>

 of the oxide per gram atom of oxygen at 25 C is at least 90,000 calories and has a melting point of at least 1300 C.



   Specific examples of alloys which can be reinforced by dispersion according to the invention are given in Table VII below:
TABLE VII
 EMI30.1
 
 <tb> Alloy: Resistance <SEP> 3: <SEP> Composition Nominal <SEP>
 <tb>
 
 EMI30.2
 N: Microhms / cm: 9 Cr: 9 A1: Fe. Neither. other
 EMI30.3
 
 <tb>: to <SEP> 20 C.
 <tb>
 <tb>
 <tb>



  17 <SEP> 1387 <SEP> 23 <SEP>: <SEP> 5 <SEP>: <SEP> 72 <SEP> -
 <tb>
 <tb>
 <tb> 18 <SEP> 1662 <SEP> 37.5 <SEP> 7.5 <SEP> 55 <SEP>: <SEP> -
 <tb>
 <tb>
 <tb> 19 <SEP> 1379 <SEP> 20 <SEP>. <SEP> 5 <SEP>: <SEP> 73.5 <SEP> 1.5 <SEP> If
 <tb>
 <tb>
 <tb> 20 <SEP> 1163 <SEP>: <SEP> 20 <SEP>: <SEP> - <SEP>: <SEP> 8.5 <SEP>: <SEP> 68 <SEP> 2 <SEP> If
 <tb>
 <tb>
 <tb> 21 <SEP> 1122 <SEP> 16 <SEP>. <SEP> - <SEP>. <SEP> 22.5 <SEP> 60 <SEP> 1.5 <SEP> If
 <tb>
 
 EMI30.4
 . ^ 2 2 S 5 67: - :: 3 Co
 EMI30.5
 
 <tb> 23 <SEP>. <SEP> 15 <SEP>: <SEP> 5 <SEP>. <SEP> - <SEP> 80-
 <tb>
 <tb> 24 <SEP> 20 <SEP>. <SEP> 4 <SEP>. <SEP> 76 <SEP> -
 <tb>
 <tb> 25 <SEP>: <SEP> 15 <SEP>: <SEP> 5 <SEP>. <SEP> 5 <SEP> 75-
 <tb>
 <tb> 26 <SEP> 15 <SEP>: remaining <SEP>: <SEP> -
 <tb>
 <tb> 27 <SEP> 1013 <SEP> 20 <SEP>: <SEP> - <SEP>:

    <SEP> 43.5 <SEP> 35 <SEP> 1.5 <SEP> If <SEP>
 <tb>
 <tb> 28 <SEP> 31.5: <SEP> 68.5 <SEP>: <SEP> -
 <tb>
 <tb> 29 <SEP> 20 <SEP>. <SEP> - <SEP>. <SEP> 80-
 <tb>
 
Some examples will now be given:
EXAMPLE VI
An alloy of iron and aluminum dispersion reinforced with Al2O3 is prepared from a compound powder produced by dry impact grinding of a sponge iron filler of
65 microns and an Fe-Al master alloy ground to a powder of size less than 74 microns in appropriate proportions with 3% by volume of 0.03 micron gamma alumina, using a ball / powder ratio of 20 / 1 and 6mm nickel balls or balls and an agitator speed of 175 rpm.

   Grinding during 45 hours produced a strongly cold worked powder,
 EMI30.6
 z ...... 'h, ..- 0 .., f ..... 1 ... "1" "

  <Desc / Clms Page number 31>

 the particles of which were constituted by a practically homogeneous interdispersion of all the ingredients. The powder was vacuum sealed in a mild steel pot which was sealed by welding, heated to 1093 C and extruded at a 16/1 ratio.



   After removing the material from the pot, the extruded bar was hot and cold worked into tape and wire for use as electric heaters.



   EXAMPLE VII
In the production of a dispersion-reinforced wrought electric heating alloy containing by weight 20% Cr, 5% Al. 1.5% Si and 73.5% iron with 4% by volume of Y2O3 2.300 grams of a brittle parent alloy containing by weight 63.25% Fe, 21.7% Al, 6.5% Si and 8.55% yttrium
 EMI31.1
 ¯¯¯¯¯ ¯¯ ¯ ¯tal3ic, ground an¯¯partirulc-sinfrie-usâ? 5¯ microns ¯.¯¯ have¯t¯¯ ¯ mixed with 4,870 grams of high purity iron sponge of
150 microns and 2.830 grams of 75 micron ferrochrome powder. The mixture was dry impact crushed in an attrition mill with stirring with a capacity of 38 liters, at 180 t / m and using balls 6 mm hardened steel and a 15/1 ball / powder ratio.

   Grinding for 24 hours provided a fully hardened compound powder after sifting off particles larger than 0.35mm, the powder was vacuum packed and sealed in a mild steel pot, and the assembly was heated to 1.093 C. During this heating the oxygen accidentally present in the powders combined with the metallic yttrium to give a fine uniform dispersion of Y2O3 with an average particle size of less than 0.1 microns. The pot was then extruded at 1.93 ° C with an extrusion ratio of 16/1 into a bar suitable for stretching to sizes suitable for electric heaters.

  <Desc / Clms Page number 32>

 



   ¯ EXAMPLE VIII
To produce an electrically heated alloy reinforced by dispersion of ThO2 containing 15% Cr, 5% Al, 5%
Fe and 75% NI a brittle mother alloy containing 67% Al, the remainder being iron, was ground to particles smaller than 150 microns. 89.5 grams of the ground powder was mixed with 68.3 'fat of a commercial powder of 70% Cr and 30% Fe with a particle size of less than 150 microns, 132.2 grams of Cr powder with a particle size of less than 75 microns.

   900 grams of Fisher size nickel carbonyl powder of 5-7 microns and a sufficient amount of ThO 2 of 0.02 micron size to provide 3% by volume of ThO2 in the product. The mixture was dry impact crushed for 50 hours at 185 rpm. , in a stirred attrition mill with a capacity of 3.8 liters, using 6 mm nickel balls with a bead / powder ratio of 18/1. The compound powder was sieved through a 0.35mm mesh sieve and vacuum packed and sealed by welding in a mild steel pot, then heated to 1093c and extruded at a 15: 1 ratio into a rectangular section bar.



   The bar contained ThO2 particles less than 0.02 micron in size uniformly dispersed throughout it, which gave stiffness and sag resistance when used at elevated temperatures.



   Other dispersion reinforced products which can be advantageously prepared include, with dispersion reinforcement, nickel, copper, low alloy steels, maraging steels, zinc base alloys, chromium refractory metals, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten and their alloys, for example with up to 50% of another metal, platinum metal base alloys and metal base alloys

  <Desc / Clms Page number 33>

 
Nickel reinforced by dispersion EXAMPLE IX
A filler consisting of 1173 grams of nickel carbonyl powder having an average particle size of 3 to 5 microns and 27 grams of thorium oxide with a particle size of 0,

  05 micron was premixed in a high speed food mixer and then dry impact crushed in air at room temperature for 24 hours. The mill contained 3.8 liters of nickel carbonyl balls with an average diameter of 6.2 mm the ratio between the balls and the powder being 18/1 by volume and the mill was operated with a stirrer speed of 176 rpm, which served to keep the beads practically tested in a highly active state of mutual collision in which the ratio of powders to dynamic pore volume was about 1/18 by volume.



   The ground product consisted of particles composed of nickel with particles of thorium oxide very finely and uniformly dispersed over them and having a saturation hardness of 640 to 650 Vickers. After removing the few coarse particles, the powder was placed in a mild steel extrusion pot, vacuum degassed at 400 C and then sealed in the pot and extruded into a bar at 980 C, with a 16/1 extrusion ratio.

   The extruded product consisted of a nickel matrix with a grain size of less than 5 microns, exhibiting a fine, stable and substantially uniform dispersion of thorium oxide particles of less than 0.2 microns and, for the most part, d. about 0.02 microns.



   The properties of the material, in the state as extruded and after various cold section reduction, are given in the following table:

  <Desc / Clms Page number 34>

 TABLE VIII
 EMI34.1
 
 <tb> Tenpessai: <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> break <SEP> by <SEP> traction <SEP> to <SEP> hot <SEP> kg / mm2
 <tb>
 
 EMI34.2
 "C¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯% necking
 EMI34.3
 
 <tb>: <SEP> State <SEP> extruded: <SEP> 40% <SEP>: <SEP> 61% <SEP>: <SEP> 75%
 <tb>
 <tb>
 <tb> 760 <SEP> 13.1- <SEP>: <SEP> - <SEP>: <SEP> 26.2
 <tb>
 <tb>
 <tb> 982 <SEP> 7.4 <SEP>: <SEP> 11.5 <SEP>: <SEP> 15.4 <SEP> 18.5
 <tb>
 <tb> 1093 <SEP>: <SEP> 5.3 <SEP>: <SEP> - <SEP>:

    <SEP> 14.7
 <tb>
 
It will be observed that this very satisfactory structure of the extruded material and the associated high level of properties have been obtained starting from the powder composed of the invention, with an extrusion ratio of only 16/1.



   EXAMPLE x
Powder charges composed of nickel and thorium oxide were prepared by dry impact grinding charges of 777.4 grams of nickel carbonyl powder and 22.6 grams of thorium oxide, with a particle size 100-500 Angstroms, premixed in a high speed mixer, for 24 hours in air at room temperature in the attrition mill of Example 9, using nickel carbonyl balls or balls. 'an average diameter of 4.5 mm and with a ball / powder ratio of 26/1. The speed of the agitator was 176 rpm.

   After combining several charges of the powder produced and removing particles too large to pass through a 0.35mm mesh sieve, 2,500 grams of the compound powder was enclosed in a mild steel pot 8.9 centimeters in diameter. and extruded into a bar with a diameter of 2.200 centimeters at 982 C. Breaking stress tests at 1093 C on samples of the bar which had previously undergone a 75% reduction in section area gave the following results:
TABLE IX
 EMI34.4
 
 <tb> Effort <SEP> life <SEP> ( <SEP> hours <SEP>) <SEP> Elongation
 <tb>
 
 EMI34.5
 
 <tb> 9.14 <SEP> 4.3
 <tb>
 
 EMI34.6
 8.44 3 12.5:

   2, g -

  <Desc / Clms Page number 35>

 
EXAMPLE XI
The strength of an alloy of 90% tantalum and 10% tungsten is increased by the incorporation of thorium oxide A mixture of 2,160 grams of tantalum and 240 grams of tungsten, with a particle size of 3 to 40 microns , with 28 grams of 0.02 micron ThO2 (about 2% by volume) was pre-started and then dry impact crushed in a nitrogen atmosphere for 40-50 hours at 176 t / m, using the hardened steel shot of one centimeter in diameter with a ball / powder ratio of 20/1 in an attrition mill as described in the example
IX. After 48 hours, the powder produced had reached saturation hardness.

   After separation by sieving of particles larger than 0.35 mm, the compound powder was placed in a molybdenum pot with a diameter of 8.9 cm, which was evacuated, sealed and extruded to a diameter of 8.9 cm. 2 centimeters at 1300 C. The dispersion of thorim oxide in the resulting work bar was very uniform both longitudinally and transversely.



   EXAMPLE XII
When producing dispersion-enhanced niobium,
1100 grams of 10-50 micron Nb powder was mixed with 26 grams of 0.4 micron thorim oxide powder and ground in a dry attrition mill in a nitrogen atmosphere at 176 rpm for 48 hours, using 6mm tool steel balls with 18/1 ball to powder ratio. After sieving through a 0.35 mm sieve, the compound powder was loaded into an 8.9 cm diameter molybdenum pot which was evacuated, sealed, heated to 1482 C in hydrogen and extruded into a bar of 2.5 centimeters at 1482 C.



   EXAMPLE XII
Dispersion or aging hardened tungsten was produced by grinding a 2,500 gram charge of W powder with 27 grams of ThO2 (2% by volume) as in the example.

  <Desc / Clms Page number 36>

 previous, in order to obtain a compound powder which has been sieved and. extruded in a Mo pot 8.9 centimeters in diameter placed under vacuum, after heating at 1925 c in hydrogen, into a bar 2.5 centimeters in diameter.

  <Desc / Clms Page number 37>

 



  Low alloy steels reinforced by dispersion
The dispersion reinforcement of low alloy steels, in particular those containing molybdenum or vanadium, with or without chromium, which have for example the composition defined in the following table, makes it possible to produce low alloy steels having improved resistance to heat. high temperature traction and creep.



   Low alloy steels which can be produced according to the invention include steels containing up to 0.8% carbon, at least 0.25% Cr (up to 5% and / or Mo (up to
5% from 0 to 2% of V, from 0 to 2% of W, from 0 to 5% of Ni, from 0 to 2% of
Si and from 0 to 2% of Mn.

   The examples of such steels are given in Table X below,
PAINTINGS
 EMI37.1
 
 <tb> Alloy <SEP> ¯¯¯¯Composition Nominal <SEP> <SEP> in <SEP> weight
 <tb>
 
 EMI37.2
 steel n "cl Cr. 5>. ' z Fe, 0, -c 'Others,% ¯
 EMI37.3
 
 <tb> 1 <SEP> 0.08 <SEP> 5 <SEP> 0.5 <SEP> remaining <SEP> 0.5 <SEP> Ti
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 2 <SEP> 0.12 <SEP> 5 <SEP> 0.5 <SEP> 1,2 <SEP> If
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 3 <SEP> 0.15 <SEP> 0.5
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 4 <SEP> 0.17 <SEP> 0.5 <SEP> 0.5
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 5 <SEP> 0.12 <SEP> 1 <SEP> 0.5
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 6 <SEP> 0.13 <SEP> 0.6 <SEP> 0.01 <SEP> 0.65 <SEP> Mn
 <tb>
 <tb> 0.018 <SEP> P
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 7 <SEP> 0.08 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> 0.5 <SEP> 0.06 <SEP> Zr
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 8 <SEP> 0.13 <SEP> 2 <SEP> 1,

  0
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 9 <SEP> 0.12 <SEP> 2.25 <SEP> 0.5
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 10 <SEP> 0.4 <SEP> 2 <SEP> 0.35 <SEP> -
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 11 <SEP> 0.4 <SEP> 1 <SEP> 0.25 <SEP> v
 <tb>
   EXAMPLE 14
When producing a dispersion-reinforced low alloy steel containing 2% Cr, 1% Mo and 0.4% C, a brittle alloy containing 30% Cr, 15% Mo, 5% C, the remainder being iron, was ground to pass a ..... - sieve.

  <Desc / Clms Page number 38>

 



   74 microns and 80 g were premixed with 1120 g of 65 micron iron sponge. This mixture was dry ground with 30 g of 0.02 micron ThO2, as in the previous example. After sieving through a 0.35 mm sieve, the compound powder was placed in an 8.9 cm mild steel jar, which was heated to 80 cm, under vacuum, cooled rapidly under vacuum, sealed with. sealed and extruded at 982 c into a bar 2 cm in diameter.



   Dispersion reinforced maraginq steel
 EMI38.1
 The recently designed maraging steels, that is to say steels which can be hardened by aging in the martensitic state and have compositions falling broadly in the range 10 to 30% Ni, 0.2 to 9 % Ti and up to 5% Al, such that (Ti + Al) does not exceed 9%, up to 25% of '
 EMI38.2
 .¯Go, s qul0 stēMo .estant- tazltn m ± x mo.nprl would benefit from dispersion reinforcement. The rather strenuous diffusion capacity of molybdenum and other materials in powder mixtures can be compensated for by use. vant 'powders composed sui the present invention.

   The incorporation of a dispersoid in the powder allows obtaining a product reinforced by dispersion by hot extrusion, with improved strength properties in the range of 480 to 650 ° C.



   Dispersion Reinforced Zinc Metals
Zinc and wrought zinc alloys containing, for example, 50% or more zinc, can be dispersed according to the invention, thereby increasing their creep resistance.



   Examples of such alloys include: 0.15-0.35% Pb 0.15-30% Cd, the remainder being Zn; 0.005-0.1% Pb, 0.5-1.5% Cu, 0.12-1.5% Ti, the remainder being Zn; up to 0.025% Mg,
0.25-0.6% of Al, the remainder being Zn; up to 3.5% Cu 0.02
0.1% Mg, 3.5-4.5% Al the remainder being Zn.



   EXAMPLE 15
When producing dispersion-enhanced zinc,
 EMI38.3
 1500 gr. of Zn powder. crossing a ,. 150 micron tam.s have

  <Desc / Clms Page number 39>

 was premixed with 25 grams of 0.02 micron gamma alumina and dry impact crushed for 50 hours at 180 rpm using hardened steel balls in a ball to powder ratio.
20/1.

   After sieving to remove coarse particles larger than 0.35mm, the compound powder was cold pressed into a 6.3cm diameter cylinder, which was sintered for 3 hours at 315 ° C in hydrogen. very anhydrous the sintered billet was softened by machining and consolidated by extrusion at 177 c into a bar 1.6 cm in diameter which had a very uniform dispersion of Al2O3 particles both lengthwise and transversely and which is practically free from linear inclusions.



   Dispersion-reinforced platinum group metals and alloys
Reinforcement by dispersion of metals based on pla-.
 EMI39.1
 



  --- .. t.ine..is¯p.qrticulièr ..? JI! .e.nt desirable .J29..ur improve resistance ------ to high temperatures and alloys which may be Advantageously reinforced include platinum with up to 50% Pd, platinum with 3.5-40% Rh, platinum with up to 35% Ir, platinum with up to 8% W. Examples Dispersion reinforced platinum-based metals which can be produced as fabricated forms according to the invention are: platinum with
2% by volume of 0.02 micron ThO2, 75% platinum and 25% Rh with 3% by volume 0.04 micron yttrium oxide, 92% Pt and 8% W with 5% by volume of 1 micron Ti carbide, 90% Pt, 10% Pd with 2% by volume of 0.1 micron ZrO2.



  Dispersion Reinforced Gold Metals
Gold is very soft and has low creep resistance.



  It can be hardened by the addition of alloying elements and this hardening process can be replaced or supplemented by dispersion or aging hardening according to the invention. Gold-based metals which can be so advantageously hardened include gold alloys, e.g. 54-60% Au, 14-18% Au.
 EMI39.2
 Pt, 1-8% Pd,,; ll11% Ag, 7-13%. C, U. Maximum 19 of Ni, '; :: "1;:,.,.,' 1" ". -. ' ...,

  <Desc / Clms Page number 40>

 
At least 1% Zn; 62-64% of Au, 7-13% of Pd, 6% maximum of Pd 9- les da Ag 7-14% of Cu, 2% maximum of Zn and 70% of Au -30% of Pt.



     Additions by volume of up to 10% or more of dispersiodes such as therium oxide, yttrium oxide, alumina, and refractory carbars can readily be produced in wrought gold weatherstripping metals. . curvre re-pierced by dispersion
An example of copper dispersion reinforcement to improve its resistance to creep at high temperatures while maintaining high electrical and thermal conductivity is the following.



   EXAMPLE 16
A load of 1173 gr of Cu powder of dimension
Fisher (sub-sieve) of 7-10 microns and 27 gr of 0.03 micron alumina was dry milled for 30 hours at 176 rpm in the attrition mill with agitation of Figure 1, using a - reading hardened steel balls of 6.5 mm the ball / powder ratio being 18/1 The compound powder (after sieving) was placed and sintered in hydrogen at 850 C for more than one hour, then vacuum welded in a Cu pot and hot extruded at a ratio of 18/1 at 800 C to give a worked Cu product substantially free from linear inclusions.

   The product after reduction to wire exhibited high electrical and thermal conductivities together with significantly higher strength at both ambient and high temperatures than pure copper.



  , Sintered refractory metal compositions
Sintered refractory metal materials. Such as refractory sintered carbides, also known as cemented carbides, which are widely used for cutting or abrasion resistant tools, oil drilling drills and dies, consist of 24 % or more by volume of finely divided particles of the pure refractory compound and

  <Desc / Clms Page number 41>

 ductile metal to form a body of great hardness and high compressive strength.

   Conventionally, the sintered body is formed by packing a mixture of the refractory compound, eg tungsten carbide, and the bonding metal forming the matrix, in the form of finely divided powders, and heating. the tablet in vacuo or in anhydrous hydrogen to cause liquid phase sintering.



   The preferred binder metal is cobalt, as this only dissolves about 1% tungsten carbide at ambient temperatures and therefore provides a tough matrix. Iron and nickel dissolve more tungsten carbide and thus form less ductile dies.



   The mixture of tungsten carbide, cobalt and an organic wax binder is obtained by grinding the powder for
60 hours or more in a protective fluid, such as hexane, containing stainless steel balls. During grinding, part of the cobalt powder is spread over the surface of the carbide particles as a very thin coating.



   The microstructure of the compounds, in particular the size of the matrix carbide particles, their distribution and porosity as well as the quality of the bond between the binder metal and the carbide particles, are factors which affect the hardness and strength of the material. sintered product. The average particle size of the refractory carbides in the sintered product is limited by that of the starting materials, which is generally 2 to 10 microns.



   This difficulty is overcome and an extremely finely dispersed structure of very fine particles of carbide or other refractory compound is obtained when the carbide is incorporated into the compound particles interdispersed with the binder metal by impact or dry impact grinding following the main patent. These particles must be distinguished from those resulting

  <Desc / Clms Page number 42>

 of a conventional mixing operation, in which the binder metal is spread over the hard particles as a coating.

   According to the invention, sintered refractory compound materials are obtained by compressing and sintering compound particles containing finely divided and interdispersed components in which the distance between the component sub-particles is preferably less than 10 microns and preferably less than 2 microns or even 1 micron. This can be done in a number of ways. A powder body can be consolidated by hot pressing at a temperature high enough to cause sintering; it may first be hot or cold pressed and sintered under non-oxidizing conditions, or the mixture may be extruded into a pot, for example of steel, and the whole may be extruded at a temperature high enough that sintering occurs during extrusion.

   The wrought products obtained by any of these methods have a high degree of hard phase dispersion uniformity in the matrix.



   The refractory compound, which constitutes 30% or more by volume of the composition, can be a carbide, a boride or a nitride of titanium, zirconium, hafnium, chromium, tungsten, molybdenum, vanadium, of columbium or tantalum, a silicon carbide or an oxide of aluminum, of beryllium, a rare earth metal, for example cerium, lanthanum or yttrium, magnesium, zirconium, titanium and thorium. Intermetallic compounds such as aluminides, silicides or silicides can be used under conditions in which they retain their identity.



   The bonding metal forming the matrix may comprise at least one metal from the following groups (a) metals from the group of iron, iron, nickel, cobalt; alloys of these metals with one another and alloys of at least one metal from the iron group with at least one of the metals chromium, molybdenum, tungsten,

  <Desc / Clms Page number 43>

 niobium, tantalum, vanadium, titanium, zirconium and hafnium.



   (b) a metal or alloy of the silver group, copper and a ductile metal of the platinum group (eg, platinum, palladium, rhodium or ruthenium).



   (c) aluminum, zinc, lead or their alloys.



   The binder metals forming the matrix of group (b) are particularly useful for the production of wear resistant electrical contact elements.



   The binder alloys of group (a) include well known superalloy compositions capable of being aged hardened at temperatures of about 600 to 1000 C. These compositions are resistant to softening under conditions where The Dupe tool is used with relatively high cutting speeds which tend to overheat the cutting edge of the tool.

   Examples of superalloy compositions which can be age hardened are those falling in the following proportions by weight 4 to 65% chromium, at least 1% in total of an age-hardening element selected from the group consisting of: up to 15% aluminum and up to 25% titanium, up to 40% molybdenum, up to 20% niobium, up to 40% tungsten, up to 30% tan- tale, up to 2% vanadium, up to 15% manganese, up to 2% carbon, up to 1% silicon, up to 1% boron, up to 2% zirconium, up to 4% hafnium and up to 0.5% magnesium, the remainder consisting essentially of at least one element from the group consisting of iron, nickel and cobalt,

   the total of these being present in an amount of at least about 25%.



   Examples of compositions are as follows: 15-25% Co with up to 3% by weight (TaC + TiC), the remainder being WC; 25-45% Co with up to 2% by weight (TaC + TiC), the remainder being WC; 15-25% Co with 10-22% by weight TiC, the remainder being WC: 15-25% Co with 18-30% TaC, the remainder being WC:

  <Desc / Clms Page number 44>

 a 15-50% Ni-Mo alloy, with 85-50% TiC.



  The Ni-Mo matrix alloy of the latter composition may contain 25 to 70% and preferably 35 to 60% molybdenum, the remainder being nickel.



   The compositions also include the heat resistant metal carbide compositions recently designed for high temperature applications, known as cermets, for example 85 to 24% by volume and preferably at least 60% titanium carbides and of chromium with the remainder consisting of nickel or a nickel-based alloy as the binder metal. The carbide phase generally consists predominantly of TiC with up to 25% Cr carbide.



   Some examples will now be given.
 EMI44.1
 



  ----- ---- ------ ¯ ¯¯-¯ ¯¯ --- - EXAMPLE 17;
A powder mixture of 25% Co of 5-7 microns and 75% WC of 3-5 microns, by weight (63% WC by volume) is dry impact crushed in an attrition mill with agitation of the type shown in Figure 1, at 185 rpm, using hardened hardened balls with a 25/1 ball / powder ratio for 50 hours to form a worked compound powder consisting of particles with inter-dispersed WC particles homogeneously in a Co matrix. WC particles were reduced in size to less than one micron.

   The powder was consolidated by hot pressing in a graphite matrix at
1350 c for 3 minutes, using a pressure of 35 kg per cm2
EXAMPLE 18
In order to produce a heat and oxidation resistant cermet composition of TiC / Ni 80-Cr 20 alloy, a mixture of 1240 gr of 5-7 micron TiC particles, 448 gr of 4- nickel carbonyl 8 microns and 112 gr of a Cr powder less than 75 microns was dry impact crushed in an agitation grinder of the type shown in Figure 1, at 180 turns /

  <Desc / Clms Page number 45>

 minute for 50 hours, using 6 mm ¯ hardened steel balls with a 20/1 ball to powder ratio to produce a worked compound powder in which the particles consisted of Ni,

   uniformly interspersed Cr and TiC
EXAMPLE 19
This is an example of the production of a sintered electrical contact material containing 50% Ag and 50% WC, by weight (40% WC by volume).



   A compound powder was prepared by dry grinding 1000 gr of Ag with a particle size less than 75 microns - and
1000 gr of 5-7 micron WC powder, using an attrition mill containing hardened steel balls with a bead / powder ratio of 18/1 and spinning at 185 rpm for 45 hours. The WC particles were reduced by grinding to a size smaller than the micron.

   The powder is then sieved to remove particles larger than 100 microns and then it is hot pressed into shapes for electrical contacts in a graphite matrix, exerting a pressure of 35 kg / cm2 for 3 minutes at a temperature slightly above melting point of silver, for example at 980 c
An example of another composition which may be obtained is by analogous techniques a composition of titanium carbide.
79% by volume 65% by weight of TiC containing 35% by weight of a 50-50 alloy of nickel and molybdenum as a binder.



  Metallic systems with limited solubility
Metal systems comprising two or more metal constituents with limited mutual solubility in the liquid and / or solid state, i.e. which are not immiscible or only partially miscible, tend to exhibit segregation. or separation during solidification if it is desired to obtain them by melting.

   An infiltration of a molten metal in a solid skeleton of the other, for example copper in

  <Desc / Clms Page number 46>

 iron, or the compression of mixtures of the respective powders followed by sintering in the liquid phase, also lead to non-uniform microstructures exhibiting segregation, which are subject to the limits imposed by the particle sizes of the powders. used. -----
The consolidated metal products of these systems are readily obtainable from the suitable compound powders according to the invention with a highly refined internal structure substantially free from segregation, segregating masses or the formation of dentritic nuclei.



   Examples of limited solubility binary systems include lead-copper, copper-iron, copper-tungsten, silver-tungsten, copper-chromium, silver-chromium, copper-molybdenum, silver-molybdenum, silver-manganese, silver-nickel, platinum -gold, beryllium- 'molybdenum, and silver-platinum. The invention can also be applied to metal systems with limited solubility containing 3 or more than 3 elements, such as for example copper-nickel-chromium.



   Examples of the ranges of compositions which can be produced are as follows: with 1695% Pb; Fe with 1-95% Cu; W with 5-95% Cu; W with 2-98% Ag; and Cu with 5-95% Cr.



   EXAMPLE 20
This is an example of the production of a powder composed of iron and copper containing 80% Fe and 20% Cu.



   Hydrogen-reduced copper with a particle size of less than 45 microns and sponge iron with a particle size of less than 150 microns were impact crushed. dry in air in a high speed 50cc capacity agitator mill operating at 1200 cycles per minute, which produced compound metal particles in a very short period of time compared to the high speed agitator mill. 'attrition of Figure 1. The mill was loaded with 10 gr of powder and 45 gr

  <Desc / Clms Page number 47>

 6.2 mm nickel balls or balls so as to obtain a ball / powder ratio of 4.5 / 1 and a ratio between the dynamic interstitial volume and the powder volume of 41/1.



   Grinding for 30 minutes produced particles composed of 353 Vickers hardness and an average size of 135 microns, with a fine, uniformly ridged structure, the average spacing between the ridges being about 1 micron.



   Consolidation by compression in a steel tube which has been vacuum sealed, followed by hot froging at
982 c at full density gave a very uniform workmanship.



   EXAMPLE 21
This is an example of producing a 50% copper and 50% lead product with lifted solubility.



    Equal volumes of hydrogen-reduced lead and copper filings, with a particle size of less than 45 microns, were ground in the agitator mill of the previous example with a ball / powder ratio of 4/1 After
10 minutes, the product particles had a hardness of 34.6
Vickers and a particle size of 100-200 microns and, after 30 minutes, a hardness of 69.5 Vickers and a particle size of 100-150 microns.

   In each case, the individual composite particles contained the two interdispersed elements substantially uniformly, the particle spacing being about 5 microns after 10 minutes and about 1 micron after 30 minutes. The structure did not show any streaks.



   This is believed to be due to the fact that lead, which pos-. A melting point of about 600 k undergoes natural annealing when worked at ambient temperatures.



   Because of the large amount of lead present, the compound powder can be cold deformed, for example by cold extrusion or cold pressing into a die, to any shape desired, for example for an element. anti-friction bearing.

  <Desc / Clms Page number 48>

 



     Thanks to a similar technique, very uniform worked products with as constituents 50% Ag-50% W for electrical contact materials; 25% -50% Cu / 75% -50% W; 80% Au / 20% Pb; 50% -95% pt / 50-5% Ag and 50-95% Pb / 50-5% Au can be obtained. Analogously, compositions in the immiscibility range of 6-63% Cu in the Cu-Cr system, eg 70% Cu-30% Cr; the range of immiscibility of the Cu-Mo system, for example from 2 to 98% Cu with the remainder of the
Mo can be produced.

   Silver and nickel compositions suitable for electrical contact applications, comprising 60% Ag-40% Ni, can be produced, as can compositions of beryllium and molybdenum comprising 50% Be and 50%. % Mo. Beryllium powder can receive a thin oxide coating due to its propensity for surface oxidation. This oxide can be used to provide dispersion reinforcement in the final product.



   Dispersion-reinforced stainless steel
Stainless steel alloys are particularly prone to segregation when they are cast into ingots, which makes it difficult to forge such ingots. Thus, the rather slow solidification of large ingots leads to the formation of large dendrites, large grains not uniformly distributed and composition segregations along the length and width of the ingots.



  Prolonged equalization at high temperatures to seek to homogenize the metallurgical structure of the ingots generally provides little improvement and may even cause the formation of coarser grains, with other disruptive effects on the hot forging capacity. extrusion or rolling.

   This tendency to segregate also leads to a non-uniform precipitation hardening response in steels containing hardening constituents of the stainless steel product.

  <Desc / Clms Page number 49>

 the disadvantages already defined above, in particular that of the oxidation of the most active alloying elements, for example chromium and hardeners by precipitation such as aluminum and titanium during the treatment and, in the case of compositions hardened by dispersion or aging, forming linear inclusions.



   A preferred class of products according to the present invention is that comprising dispersion-reinforced wrought stainless steels which are characterized by a high degree of uniformity of composition and, in the case of precipitation-hardening compositions, a high degree of uniformity of composition. response to curing together with an absence of segregation and linear inclusions.



   This is easily achieved by using particles composed with the corresponding composition produced by high energy impact grinding to saturation hardness and beyond, as previously described, according to Belgian Patent No. 729,149, since these particles compounds are practically uniform both statistically and internally.



  Stainless steels / may be / produced according to the invention may have compositions ranging, by weight, from 4 to 30% chromium, 0 to 35% nickel, up to 10% manganese and up to 1.0% carbon, together with 0.05 to 25%, for example 0.05 to 10% by volume of a dispersal of a refractory compound, the remainder, excluding impurities and incidental ingredients, being iron in an amount of at least 45%. It should be understood that in the present case, as everywhere in the present description, the percentages of the constituents other than the dispersoid refer to the composition of the alloy matrix.



   Even more preferably, steels contain 8 to 30% chromium, up to 20% nickel, up to 5% manganese and up to 0.25% even better up to 0.15 % carbon, conjoin-
 EMI49.1
 - - --- j .., ..... ", -......... 1 Hm", of a dispersal of a compound 1

  <Desc / Clms Page number 50>

 
As will be appreciated, the stainless steel compositions can contain other alloy additions, for example up to 5% silicon, up to 5% molybdenum, up to 8% tungsten, up to 2% aluminum, up to 2% titanium, up to 2% niobium / tantalum, up to 7% copper.



   Stainless steels susceptible to precipitation hardening include those containing at least 0.2% by weight of one or more of the following additives aluminum up to 2%, titanium up to 2%, niobium up to 2% and copper up to 2%. 'at 7%.



  These steels may contain up to 0.4% phosphorus and up to 0.3% nitrogen. Preferred amounts of dispersoid range from about 0.05 to 5% by volume with dimensions of less than 1 micron.



   Impurities and incidental ingredients which may be present include some sulfur and / or selenium for easy machining, etc.



   Examples of the types of stainless steel which can be produced according to the invention are given in the following Table XI.

  <Desc / Clms Page number 51>

 



  TABLE XI
 EMI51.1
 
 <tb> Type Nominal <SEP>
 <tb>
 
 EMI51.2
 AISI% C% hin -% Si / Cr% Ni Other Austenitic steels 201 .0.15 max -5.50-7.50 .1.0 max '16 -18 3.5-5.5 0.25N max
 EMI51.3
 
 <tb> 202 <SEP> 0.15 <SEP> max <SEP> 7.5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> 0.25N <SEP> max
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 301 <SEP> 0.15 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 16-18 <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> ------
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 302 <SEP> 0.15 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> --------
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 303 <SEP> 0.15 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 8-10 <SEP> 0.15 <SEP> min <SEP> S
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 308 <SEP> 0.08 <SEP> max <SEP> 2,

  0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 19-21 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> -------
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 309 <SEP> 0.20 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 22-24 <SEP> 12 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> -------
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 314 <SEP> 0.25 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 2.0-3.0 <SEP> 23-26 <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 22 <SEP> --------
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 316 <SEP> 0.08 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 16-18 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 14 <SEP> 2.0-3.0 <SEP> MB
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 321 <SEP> 0.08 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 5xteneur <SEP> min.
 <tb>
 <tb>
 <tb>



  Ti
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb>
 <tb> 347 <SEP> 0.08 <SEP> max <SEP> 2.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 13 <SEP> the <SEP> x <SEP> content
 <tb>
 
 EMI51.4
 min. Nb / Ta Martensitiaue steel
 EMI51.5
 
 <tb> 403 <SEP> 0.15 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 0.5 <SEP> max <SEP> 11.5-13 <SEP> -------
 <tb> 414 <SEP> 0.15 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 11.5-13, <SEP> 1.25-2.5
 <tb> 431 <SEP> 0.20 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 15-17 <SEP> 1.25-2.5 <SEP> --------
 <tb> 440B <SEP> 0.75-0.95 <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 16-18 <SEP> ----- <SEP> 0.75 <SEP> MB <SEP> max
 <tb> 440C <SEP> 0.95-1.2 <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.6-18 <SEP> ------ <SEP> 0.75 <SEP> MB <SEP> Max
 <tb> 501 <SEP> 0.1 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1,

  0 <SEP> max <SEP> 4-6 <SEP> ----- <SEP> 0.04-0.65 <SEP> MB
 <tb>
 <tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Composition Nominal <SEP> <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.
 <tb>



  405 <SEP> 0.08 <SEP> aax <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 11.5-14.5 <SEP> ---- <SEP> 0.1-0.3 <SEP> Al
 <tb> 430 <SEP> 0.12 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 14-18 <SEP> --- <SEP> ---
 <tb> 430F <SEP> 0.12 <SEP> max <SEP> 1.25 <SEP> max <SEP> 1.0 <SEP> max <SEP> 14-18 <SEP> ---- <SEP> 0.15 <SEP> S <SEP> min
 <tb>
 
 EMI51.6
 446 0.2 max, .5 max, 0 max 23-27 ----- 0.25 DT max

  <Desc / Clms Page number 52>

 TABLE XI (continued)
 EMI52.1
 
 <tb> Typē¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Qualities <SEP> no <SEP> standardized
 <tb> AISI <SEP>: <SEP>% <SEP> c <SEP>% <SEP> MN <SEP>% <SEP> If <SEP>: <SEP>% <SEP> Cr <SEP>% <SEP> Neither <SEP> Others
 <tb>
 <tb> 316 <SEP> F <SEP> 0.6 <SEP> 1.5 <SEP> 0.5 <SEP> 18 <SEP> 13 <SEP> - <SEP> 2.25 <SEP> MB
 <tb> 0, <SEP> 13P <SEP> 0.155
 <tb> 418 <SEP> 0.17 <SEP> 0.4 <SEP> 0.3 <SEP> 12.75 <SEP>:

    <SEP> 2.0 <SEP> 3.0 <SEP> w
 <tb>
 <tb> Inoxyda-
 <tb>
 
 EMI52.2
 ble W O, 07 O, 5 O, 5 16.75 6, 5 O, 8 Ti: 0, AI 17-4PH: 0, 4 tri, 4 O, S 16.50: 4, 25: z ?, 25 Nb
 EMI52.3
 
 <tb> 3.6 <SEP> Cu
 <tb>
 
 EMI52.4
 17-7PH O, 07 0.7 z I7, O 7, O 1.15 Al: t: z Pli 15-7 0, 7 O, 7 O, 4 15, O 7, i3 1, 5 Al Mo: 2 , 2 5MB 17-IOP: 0, 12:

   O, i5 - O, 5 17, O: la, 5: tu, 2 $ P
To obtain the dispersion reinforced worked stainless steel product, a filler of the dense compound metal particles worked, mechanically alloyed, with the appropriate composition and preferably having an average size such as the area per unit volume. particles is not greater
 EMI52.5
 at 6,000 cm 2 / cm3 of the particles, i.e. essentially free of particles smaller than 5 microns, is hot formed into a metalwork form. This can usefully be achieved by hot extrusion of the powder enclosed in a metal pot, for example of mild steel.



   Annealing of the heavily cold-machined powder takes place during heating in the pot to extrusion temperature.



   Two examples of stainless steel production will now be given:
EXAMPLE XXII
A mixture comprising, by weight, 27.2% low carbon powdered ferrochrome, with a particle size of 44 to 74 microns containing 70% Cr, 1.01% Si, 1.35% of SiO 0.54% of Cr2O3 the remainder being iron, as well as 62.8% of powder

  <Desc / Clms Page number 53>

 high purity iron sponge, with a particle size less than 150 microns and 10% carbonyl nickel powder with an average particle size of 3 to 5 microns, was ground in a grinder. attiition with agitation of the type illustrated in figure 1, rotating at 176 rpm with a ball / powder ratio of 24/1 in two batches,

   the first for 16 hours and the second for 48 hours. Each product consisted of particles composed of an average size of 125 to 135 microns, the particles crushed for 48 hours having a much finer and more homogeneous microstructure. The hardness of the powders as produced and after various heat treatments is given in Table XII, which reveals that the hardness of the powder treated for 48 hours was retained to a greater extent upon heating.



   TABLE XII
 EMI53.1
 
 <tb> Processing Thermal <SEP> <SEP>: <SEP> Grinding <SEP> 16 <SEP> hours <SEP> Grinding <SEP> 48 <SEP> hours
 <tb> Hardness <SEP> Vickers
 <tb>
 <tb> Tel <SEP> that <SEP> crushed <SEP> 785 <SEP> 794
 <tb>
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After heating for 30 minutes at 1,066 degrees C the internal structure of the particles treated for 48 hours was homogeneous and compression to 56.2 kg / mm2 gave a tablet with a density of 74% of actual density and resistance to water. untreated condition of 76.2 kg / cm2. The initial hardness of the particles was remarkably high compared to the 233 Vickers hardness of a commercial atomized stainless steel powder.

  <Desc / Clms Page number 54>

 



   EXAMPLE XXIII
Another stainless steel composition was produced by dry grinding a mixture containing 84 grams of nickel carbonyl powder with an average particle size. 3 to 5 microns, 341 grams of a high purity ferrochrome powder (0.1% SiO2 70% Cr, the remainder being iron), with an average particle size of 120 microns and 760 grams - high purity iron sponge powder (0.032% carbon, 0.115% silica), with a particle size smaller than:
150 microns / for 40 hours in air in an allocation mill rotating at 176 t / m, with a bead / powder ratio of 18/1 by volume.

   The resulting compound particles had an average particle size of 85 microns. Extrusion of the product, vacuum sealed in a mild steel pot, into a bar with an extrusion ratio of 12.5 / 1 at 1.038 C, gave a product exhibiting 9% Ni, 20% on analysis. soluble Cr, 0.09%
Si, 2.15% Cr 2 O 3, the remainder being iron, which contained a finely divided greyish dispersal which was evenly distributed therein. The dispersal is considered to be formed by chromium oxide.

   At room temperature, the material offered a tensile strength of 137.5 kg / mm2, elastic limitation
2 (0.2% strain) of 121.0 kg / mm an elongation of 7.5% a necking of 29% and a modulus of elasticity of 18.8 x 103 kg / mm2.



  The material had a Vickers hardness of 421 and was very slightly ferromagnetic.



   After heating for 90 hours at 1093 c this material was non-magnetic and had a Vickers hardness of 390, and at 650 c it had a stress rupture time of 44.9 hours with an elongation of 2.5% under tension of 24.6 2- 2 kg / mm. At 816 ° C. and under a load of 7 kg / mm2 the sample was still not broken after 70 hours.



   The properties clearly demonstrated that this material was enhanced by dispersion:

  <Desc / Clms Page number 55>

 
EXAMPLE XXIV
In the preparation of a product of worked stainless steel, reinforced by dispersion and susceptible to hardening by precipitation, of the type 17-7-pH containing, by weight, 0.07% C, 0.7 % Mn, 0.4% Si, -17% Cr, 7% Ni; 1.15% Al and 2.5% zirconium oxide, the remainder except impurities being iron, the following starting materials were used: (au: low carbon ferrochrome containing en- about 70% chromium and some silicon with a particle size of 44 to 75 microns;

   (b) a high purity iron sponge with a particle size of less than 150 microns; (c) carbonyl nickel powder with an average size of about 3 to 5 microns; (d) ferroaluminum containing about 65% aluminum
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 "munlunTe't dil'okyde" dà -z i rcbn i ur, 5ae c-un-dimen siorr -moyec .--- d'-en ---- about 400 Angstroms. A batch of 900 grams calculated to give the above composition was placed in the attrition mill as described above and dry impact crushed in a nitrogen atmosphere for 40 hours at 176t / m, using a volume of 3.8 liters of nickel grains of a size giving a ball / powder ratio of 24/1.

   After milling for 48 hours, the compound particles had optimum uniformity and exhibited an average particle size of about 100 microns.



   After removal from the mill and passing through a 177 micron sieve, the powder was sealed under vacuum by welding in a mild steel pot. The potted powder was then heated for 1.5 hours at 1.038 C and extruded into a bar with an extrusion ratio of 16/1, the extruded material having approximately the nominal composition of 17-7 PH stainless steel, at except for the presence of a very uniform dispersion of finely divided zirconium oxide (with a dimension

  <Desc / Clms Page number 56>

 average about 400 Angstroms Extruded bar was annealed
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 3 dissolve at 120J c, warmed to about? 6O O for one and a half hours, cooled in air and again warmed to 565 C for one and a half hours and cooled.

   Thus, the steel is strengthened using the dual effect of dispersion strengthening and hardening. by precipitation.



   A particular group of two-phase stainless steels are known at the present time which are adjusted in composition so as to provide a microstructure containing ferrite and either martensite or austenite. These steels contain
2% and preferably 4.5-8% or 12% nickel, 18% preferably 23-28% or even 35% chromium, up to 1.5% titanium, up to 1% chromium. vanadium, the remainder being essential = ent iron.



   It has been found that powdery mixtures of powders calculated to give such steels, crushed to saturation hardness and beyond in a high energy impact mill, for example an attrition mill, provides of--; exceptionally fine two-phase structures after hot consolidation by extrusion or hot forcing of powders in pots, at temperatures in the range, for example, from 1700 to 2000 F. Such consolidated fine-structure or microduplex-structured materials provide superplasticity at high temperatures.



   High carbon tool steels
High carbon tool steels are particularly prone to segregation during ingot solidification when obtained by casting processes, with the formation of large dendrites and carbide segregations or aggregates. Carbides are brittle and disturbingly affect ingot ductility, but segregations or aggregates can with difficulty be dispersed to a limited extent by mechanical working of the ingot. So leads the

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 Carbide tends to be distributed throughout the forged or hot worked product in the form of linear inclusions elongated in the direction of the work, with the intermediate areas depleted of carbides.



   It is also difficult to achieve good homogeneity of the composition with solid state diffusion at elevated temperatures when using powder metallurgy processes, since alloying ingredients such as that chromium, tungsten and molybdenum diffuse only painfully in the powder state.



   The use of a compound powder produced by high energy dry grinding of starting powder mixtures calculated to give a high carbon tool steel composition as a starting material for production by metallurgy powders of rapid tool steels permit the production of worked high carbon tool steel characterized by a substantially uniform dispersion of finely divided carbides and a practical absence of carbide segregations and aggregates. The degree of structural uniformity depends on the uniformity, both statistical and internal, of the compound particles.

   The increased diffusion and alloying rate resulting from the high degree of cold working in the composite particles is particularly advantageous in overcoming the slow diffusion tendencies of the alloying elements.



   In general, the following tool steels
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 the invention contain q7 to 4% ..par. E '' 'tP'mf'1 n n n. 7%, for example from 0.9 to 3.5% of carbon and at least 0.1%, advantageously at least 1% of at least one of the following alloying elements: chromium, vanadium, tungsten and molybdenum, up to 'with 2% silicon, up to 2% manganese, up to 5% nickel and up to 15% cobalt, the. remaining (at least 40%), excluding impurities, being iron

  <Desc / Clms Page number 58>

 
The alloying elements can advantageously be present in the ranges from 3 to 15% chromium, up to 10 or 20% vanadium, up to 25% tungsten and up to 12% molybdenum.



  A particularly useful Cr - VW tool steel composition is that containing 3 to 9% Cr, 0.3 to 10% V, 1 to 25% W, 0 to 10% Mo, iron constituting the remainder. A particular advantage of the invention is that carbide formers such as tantalum, niobium, hafnium, zirconium and titanium can be added in amounts up to 15% and well distributed in the form of carbides in the mixture. resulting tool steel composition. Examples of particular alloys which can be obtained are given in the following Table XIII, the remainder in each composition being iron.

  <Desc / Clms Page number 59>

 



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In addition to the dispersion reinforcement of tool steels which results from the presence of the extremely finely dispersed carbides, other dispersoids can be incorporated into the compound powder used to form the steels, and therefore into the steels themselves, in an amount. from 0.05 to 25%, preferably not more than 10%
In preparing steels, a powder composed with the desired composition can be hot consolidated into a metalwork form, for example by vacuum enclosing a charge of the particles in a mild steel pot which is then heated to. 425 C under vacuum, suddenly cooled under vacuum,

     welding operation followed by hot extrusion usually at a temperature of about 815 C or higher; for example from 1.038 to 1260 c The homogenization and annealing can be carried out while heating the powders in pots, beforehand; extrusion.



   Some examples of the production of wrought tool steels according to the invention are as follows: EXAMPLE XXV - To produce a complex high carbon tool steel containing 20% tungsten, 12% cobalt,
4% chromium, 2% vanadium, 0.8% carbon, the remainder being iron, a mixture of 28.6 grams is produced. ^ Ses of a master alloy of 70% V dt 30% de Fe with a particle size of less than 150 microns, 57.2 grams of a master alloy of 70% Cr and 30% Fe with a particle size of less than 150 microns, 200 grams of a powder of W of 10 microns,
120 grams of a cobalt powder with a particle size less than 44 microns,

   8.0 grams of flake graphite with a particle size of less than 150 ocrons and 586.2 grams of 65 micron iron sponge powder. This mixture is

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 dry impact crushed in an attrition mill of the type shown in Figure 1, for 40-50 hours at 180 rpm using 6.2mm hardened steel balls, with a ball / powder ratio of 20/1. The compound powder thus produced had a microstructure comprising an interdispersion of substantially all of the components. After being vacuum sealed in a mild steel pot, the powder was extruded at 1175c-16: 1 into a worked bar free from dendrites, segregations and carbide aggregates.



     The complex high speed steel product is quenched by heating at a temperature of 1290 ° C for 5-10 minutes, followed by quenching in oil at room temperature, the cooled steel being-then-subjected to a double -came by heating to a temperature of 565 C for about 2 hours, cooling in air and reheating at 565 C for a further 2 hours.



   EXAMPLE XXVI
A high carbon fabricated steel containing 0.85% C, 0.2% Cr, O, 7% Mn 0.3% Si, the remainder being iron, was produced as follows. - Brittle high carbon mother containing 4.25% C. 1% Cr, 3.5% Mn, 1.5% Si, the remainder being iron, was shelled and ground in particles smaller than 75 microns.

   The resulting powder (400 grams) was mixed evenly with 1600 grams of 65 micron high purity iron sponge powder and the mixture was dry impact crushed as in Example XXV, using beads. 6.2 mm hardened steel with a bead / powder ratio of 18/1 and a stirrer speed of 175 rpm for 45 hours to obtain a highly cold-worked compound metal powder with practically interdispersion homogeneous of all alloy constituents.The compound powder was vacuum sealed in a mild steel pot

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 which was sealed by welding, heated to 1.095 C and then hot extruded into a round bar with an extrusion ratio of 16/1.

   This steel, which was free from carbide segregations and aggregates, was quenched by quenching in oil from an austenitizing temperature of 788 C, followed by tempering at a temperature of
177 C.



   EXAMPLE XXVII
To prepare a semi-rapid steel composition worked with the following constituents: 1.2% of 0.4% Cr, 3% V,
4% Mo, 0.3% Mn, 0.3% Si, le. the remainder being iron a brittle high carbon mother alloy containing 4.85 C, 16% Cr,
12% V, 125 MO 1.2% Mn 1.2% Si, the remainder being iron was cast into shells and then ground to particles smaller than
75 microns.

     400 grams of this powder was mixed with 1200 grams of high purity 65 micron iron sponge powder and the mixture was dry impact crushed as in Example XXv for 48 hours at 175 rpm. , using 6.3 mm hardened steel balls, with a ball / powder ratio of 18/1 by volume. The resulting heavily cold-worked compound metal powder had a microstructure comprising a substantially homogeneous dispersion of all alloy constituents and was used to prepare tool steel shapes by hot extrusion at 1.095 c in. a mild steel pot which was evacuated and sealed by. welding, A square bar was produced with an extrusion ratio of 15/1.

   A tool made from the bar can be heat treated by abruptly cooling from 1232 C in oil and then tempering (secondary hardening) by heating to 538 C and holding for one hour. , with a good answer.

  <Desc / Clms Page number 64>

 
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   This mixture was dry impact crushed for 15 hours in a horizontal stirred ball mill containing 91 kilograms of hardened steel balls with a rotor speed of 245 rpm in a nitrogen atmosphere, to give a powder. A highly cold worked composite metal having a microstructure comprising a substantially homogeneous interdispersion of all alloying elements.

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   The powder was vacuum sealed in a mild steel pot which was sealed by welding and extruded a bar at 1093 c with an extrusion ratio of 16/1. The extruded bar had a remarkably high hardness of 62.5 Rc. A tool obtained from this bar was quenched by heating it slowly to 870 C, then heating it to 1205 C temperature at which it was held for 5 minutes and then quenched in oil. After double tempering by heating it twice for two hours at 538 C and cooling by ai.r, the hardness reached up to 67 Rc.



   The structure of this complex high carbon steel was exceptionally fine and uniform, containing less than about 5% by volume of segregation regions exceeding 10 microns in size. The microstructure of this very high carbon tool steel was remarkably thinner and with much less segregation than that of conventional tool steels with much lower carbon and other alloy contents.



   When making products containing dispersed oxyaea, the compound particles used in the process need not necessarily contain the desired oxide ultimately. On the contrary, one can use compound particles containing components which react upon subsequent heating to form refractory oxides or other refractory phases which are not originally present.

   Thus, one can prepare compound particles in which are intimately distributed metals which form stable refractory oxides, for example yttrium, thane, cerium, thorium, chromium, silicon, aluminum, beryllium or mixtures of rare earth metals such as didyma, together with a less stable oxide of another metal, such as for example nickel oxide and others

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 alloy constituents. Alternatively, oxygen can be added as absorbed oxygen or gaseous oxygen to the grinding atmosphere, this oxygen being absorbed and mechanically alloyed with the solid constituents of the powder mixture.

   Such powders can then be consolidated and heated to allow oxidation of the metal providing the stable oxide by diffusion of oxygen from the less stable oxide or mechanically alloyed metastable oxygen. By controlling the effective interdiffusion distance over which oxygen should flow to less than one micron and even less than 0.5 micron, the refractory oxide particles can be produced in a very fine state of dispersion by heating for only a short time. The process can advantageously be used to prepare nickel or nickel-containing alloys reinforced by dispersion with lanthanum oxide, yttrium oxide, thorium oxide, etc., from compound particles. containing the corresponding metal and mechanically alloyed oxygen.

   If more than one oxidizable metal is present, the process can be controlled by limiting the oxygen supply to the amount needed to oxidize only the metal with the more stable oxide.



   The following example illustrates the use of this.Process for the preparation of a nickel alloy reinforced by dispersion with alumina.



   EXAMPLE XXIX
A mixture of 781 g. of carbonyl nickel powder with a particle size of 3-5 microns, 44 g. of nickel oxide (NiO) with a particle size less than 44 microns and 75 gr. of an 80% Ni and 20% Al master alloy powder, with a particle size of less than 44 microns, is dry ground in a nitrogen atmosphere for 48 hours in the mill

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 of Example I with a ball / powder ratio of 22/1, the speed of rotation being 176 revolutions per minute. The formed composite particles, after removing a small coarse fraction, are vacuum sealed in a mild steel pot.

   The sealed pot is then heated to 982 C for 2 hours to allow the constituents in the compound metal particles to diffuse into each other and to allow the oxygen in the nickel oxide to agitate with the aluminum. to convert a stoichiometric proportion thereof to Al2O3 which is formed as a fine dispersion throughout the alloy. The heated pot is then extruded with an extrusion ratio of 16/1.



   Two incompatible constituents can also be combined in the same alloy by separating them by a third mutually compatible constituent, the two incompatible constituents being introduced during successive grinding operations. Remembering that harder or less ductile components will tend to be dispersed in softer or more ductile components, many combinations of components can be used in a hierarchy. Such a hierarchical compound can be combined with one or more other hierarchical compounds in a common matrix. In this way, new structures can be produced which could not be prepared in any other way.



   A hierarchical process of this type is illustrated by the following example.



    EXAMPLE XXX.



   A filler consisting of 50% by volume of 5 micron tungsten powder and 50% by volume of zirconium oxide powder with a particle size of 0.03 microns was

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 dry crushed in a high speed laboratory stirrer mill for approximately 3 hours. A compound powder comprising zirconium oxide distributed through a tungsten matrix was produced. 40% by volume of powder was then mixed with 60% of carbonyl nickel powder having an average particle size of 3 to 5 microns and the mixture was again dry milled in the high speed agitator mill, for a total of two o'clock.

   Hard tungsten-zirconium oxide powder particles were pulverized and distributed in the produced powder as a finely dispersed phase. The resulting relatively coarse product powder contained 20% zirconium, 20% tungsten and 60% nickel by volume, in a hierarchical relationship with minimal contact between zirconium oxide and nickel.



   It should be expected that in the preceding examples, when a dispersion reinforced product, for example a superalloy or dispersion reinforced stainless steel, was produced, this product contained less than 10% by volume of segregation exceeding a size of 3 microns, and, more commonly, such regions did not exceed a size of 1 micron or even 0.5 microns;
Other fabricated metal systems which are advantageously produced according to the invention include the following:
1 Compositions which are difficult to make because of the low boiling point of one of the constituents, for example alloys with lithium, such as an alloy of nickel with 1% lithium, for uses requiring high strength corrosion;

   systems comprising boron, such as for example nickel compositions

  <Desc / Clms Page number 69>

 and boron and steels containing boron, such as Cr-Ni 18-8 steels or AISI 347 type steels with boron.



  Compositions in which one component is highly reactive, for example, rare earth metal compositions such as RCOS for permanent magnets, in which R is a rare earth metal such as cerium or samarium. Rare earth metals readily react with refractory linings of crucibles used for smelting, such that levitation or arc smelting consumable in a metal mold
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 - - - - cooled is normally used, which results in an - # grain size of undesirable size.



   Iron-silicon alloys for transformer sheets, for example iron with 5 to 7% Si, nickel free; or with up to 10% nickel to improve magnetic properties.



   The invention applies most particularly to deformable metals having an absolute melting point greater than 600 K and preferably greater than 1000 K, given that such metals are capable of being worked hard with the grinding process.

   For metals with lower melting points,; which tend to natural anneal under vigorous working conditions at substantially room temperature, they can be treated with other metals at room temperatures to produce a usable, worked compound metal powder. On the other hand, when it becomes necessary, such metals can be processed at a temperature below their recrystallization temperature by working at temperatures significantly below the temperature.

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 ambient temperature in order to achieve a practically stable state of equilibrium between the welding and grinding factors.



   It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.



   CLAIMS.



   1. Process for the manufacture of a metallic product, characterized in that it consists in consolidating the worked compound particles having a coherent non-porous internal structure formed by at least two constituents united intimately and inter-
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 dispersed at least one- component- comprising at least 5% by volume of the particles, being a metal deformable by compression, so as to provide a consolidated product with a substantially uniform microstructure containing not more than 10% by volume of regions of segregations with a minimum dimension greater than 25 microns.

 

Claims (1)

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le produit consolidé ne contient pas plus de 10 % en volume de régions de ségrégation de dimension minimum supérieure à 10 microns. 2. Method according to claim 1, characterized in that the consolidated product does not contain more than 10% by volume of segregation regions of minimum dimension greater than 10 microns. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le produit consolidé ne contient pas plus de 10 % én volume de régions de ségrégation de dimension minimum supérieure à 3 microns. 3. Method according to claim 1, characterized in that the consolidated product does not contain more than 10% by volume of segregation regions of minimum dimension greater than 3 microns. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les constituants des particules composées comprennent un composé réfractaire stable à haut point de fusion et le produit consolidé ne contient pas plus de 10 % en volume de régions de ségrégation de dimension minimum supérieure à 1 micron. <Desc/Clms Page number 71> 4. Method according to claim 1, characterized in that the constituents of the compound particles comprise a stable refractory compound with a high melting point and the consolidated product does not contain more than 10% by volume of segregation regions of minimum dimension greater than 1. micron. <Desc / Clms Page number 71> 5. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les constituants des particules composées comprennent, en dis- persion parmi celles-ci, un métal qui forme un oxyde réfractaire stable possédant une chaleur de formation d'au soins 90.000 calories par atome-gramme d'oxygène. 5. A method according to claim 1 characterized in that the constituents of the compound particles comprise, dispersed therein, a metal which forms a stable refractory oxide having a heat of formation of at least 90,000 calories per gram atom. oxygen. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la composition des particules composées comprend de 1'oxygène disponible pour réagir avec ledit métal lors d'un chauffage afin de produire dans ledit produit consolidé une dispersion de l'oxyde dudit métal. A method according to claim 5, characterized in that the composition of the compound particles comprises oxygen available to react with said metal upon heating to produce in said consolidated product a dispersion of the oxide of said metal. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les particules composées sont consolidées par extrusion % chaud. 7. Method according to claim 1, characterized in that the composite particles are consolidated by hot% extrusion. 8. Procédé suivant la revendication 1. caractérisé cn ce que les particules composées sont consolidées par pressage et frittage. 8. A method according to claim 1. characterized in that the compound particles are consolidated by pressing and sintering. 9. Procédé suivant la revendication 1. caractérisé en:ce que les particules composées sont consolidées par pressage à chaud. 9. The method of claim 1. characterized in: that the compound particles are consolidated by hot pressing. 10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les particules composées comprennent au moins un constituant capable de s'allier audit métal déformable lors d'un traitement thermique par diffusion.. 10. The method of claim 1, characterized in that the compound particles comprise at least one constituent capable of alloying with said deformable metal during a heat treatment by diffusion. 11. Procédé suivant la revendication 1. caractérisé en ce que la composition des particules composées comprend au moins deux métaux ayant une solubilité mutuelle limitée. 11. The method of claim 1 characterized in that the composition of the compound particles comprises at least two metals having limited mutual solubility. 12. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la production d'un métal renforcé par dispersion. 12. The method of claim 1, characterized in that it is applied to the production of a metal reinforced by dispersion. 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'un métal renforcé par dispersion est susceptible de durcisse ment par vieillissement et résistant à la chaleur et à l'effort. <Desc/Clms Page number 72> 13. The method of claim 12, characterized in that a metal reinforced by dispersion is capable of hardening ment by aging and resistant to heat and stress. <Desc / Clms Page number 72> 14 Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'alliage renforcé par dispersion est un acier inoxydable renfercé par dispersion. 14 The method of claim 12, characterized in that the alloy reinforced by dispersion is a stainless steel reinforced by dispersion. 1 Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en re que l'alliage renforcé par dispersion est un alliage de résis- tance électrique. 1 The method of claim 12, characterized in re that the alloy reinforced by dispersion is an alloy of electrical resistance. 16. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'alliage renforcé par dispersion est un acier à outil à haute teneur en carbone. 16. The method of claim 12, characterized in that the dispersion reinforced alloy is a high carbon tool steel. 17. Produit métallique consolidé obtenu par la métallurgie des poudres, caractérisé en ce que sa microstructure présente une uniformité pratique et une absence d'inclusions linéaires avec moins de la % en volume de régions da ségrégation de dimension supérieure à 25 microns. 17. Consolidated metallic product obtained by powder metallurgy, characterized in that its microstructure exhibits practical uniformity and an absence of linear inclusions with less than the% by volume of regions of segregation of dimension greater than 25 microns. 18 Produit métallique suivant la revendication 17, carac- térisé en ce que lesdites régions de ségrégation ont une dimension ne dépassant pas 10 microns. A metallic product according to claim 17, characterized in that said regions of segregation have a size of not more than 10 microns. 19. Produit métallique suivant la revendication 17, carac- térisé en ce que lesdites régions de ségrégation ont une dimension ne dépassant pas 5 microns. 19. A metallic product according to claim 17, characterized in that said regions of segregation have a size of not more than 5 microns. 20. Produit métallique suivant la revendication 17, carac- térisé en ce que le métal a un point de fusion d'au moins environ 1000 k et lesdites régions de ségrégation, ont une dimension ne pas dépassant/environ 1 micron. ; 21. Produit métallique suivant la revendication 17, renfor- , cé par dispersion, caractérisé en ce que le métal est choisi dans le groupe constitué par les super ¯,alliages, les aciers inoxydables, les alliages pour résistance électrique, le nickel, le cuivre, les aciers faiblement alliés, les aciers dits maraging, le chrome et <Desc/Clms Page number 73> les alliages de chrome, le niobium et les alliages de niobium, le tantale et les alliages de tantale, le molybdène et les alliages de molybdène, le tungstène et les alliages de tungstène, 20. A metal product according to claim 17, characterized in that the metal has a melting point of at least about. 1000k, and said segregation regions, are not larger than / about 1 micron. ; 21. Metal product according to claim 17, reinforced, ced by dispersion, characterized in that the metal is chosen from the group consisting of super ¯, alloys, stainless steels, alloys for electrical resistance, nickel, copper , low alloy steels, so-called maraging steels, chromium and <Desc / Clms Page number 73> chromium alloys, niobium and niobium alloys, tantalum and tantalum alloys, molybdenum and molybdenum alloys, tungsten and tungsten alloys, les alliages à base de platine métallique et les alliages à base d'or. metallic platinum-based alloys and gold-based alloys. 22. Super-alliage obtenu par la métallurgie des poudres et renforcé par dispersion, suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'il contient, en poids, environ 4 à environ 65 % de chrome, au moins environ 1 % au total d'un métal du groupe constitué par le niobium, l'aluminium et le titane, jusqu'à 40 % de molybdène, jusqu'à 40 % de tungstène, jusqu'à 30 % de tantale, jusqu'à 2 % de vanadium, jusqu'à 15 % de manganèse, jusqu'à 2 % de carbone, de jusuq'à 1 % de bore, jusqu' à 2 %Ç/zirconium, jusqu'à 0,5 % de magnésium, le restant étant formé par au moins 25 % d'un métal du avec ./ groupe constitué par le fer, 22. Superalloy obtained by powder metallurgy and reinforced by dispersion, according to claim 17, characterized in that it contains, by weight, about 4 to about 65% chromium, at least about 1% in total of. a metal from the group consisting of niobium, aluminum and titanium, up to 40% molybdenum, up to 40% tungsten, up to 30% tantalum, up to 2% vanadium, up to up to 15% manganese, up to 2% carbon, up to 1% boron, up to 2% / zirconium, up to 0.5% magnesium, the remainder being at least 25 % of a metal of the with ./ group consisting of iron, le nickel et le cobalt,/jusqu'à envi- ron 10 % en volume d'un dispersoide réfractaire à haut point de fusion finement réparti à travers l'alliage. nickel and cobalt, up to about 10% by volume of a high melting point refractory dispersoid finely distributed throughout the alloy. 23. Alliage pour résistance électrique obtenu par la métallurgie des poudres et renforcé par dispersion, suivant la reven- dication 17, caractérisé en ce qu'il contient au moins 10 % en poids d'un métal choisi dans le groupe constitué par le chrome et l'alu- minium, la teneur en chrome ne dépassant pas environ 40 % et celle en aluminium environ 34 %, de 0 à 5 % de silicium, le restant de l'alliage étant constitué essentiellement par un métal choisi dans le groupe constitué par 5 à 75 % de fer, 0 à 15 % de cobalt et 5 à 80 % de nickel, avec jusqu'à 25 % en volume d'un dispersoide de composé réfractaire qui y est finement dispersé. 23. Alloy for electrical resistance obtained by powder metallurgy and reinforced by dispersion, according to claim 17, characterized in that it contains at least 10% by weight of a metal selected from the group consisting of chromium and aluminum, the chromium content not exceeding about 40% and that of aluminum about 34%, from 0 to 5% silicon, the remainder of the alloy being constituted essentially by a metal chosen from the group consisting of 5 to 75% iron, 0 to 15% cobalt and 5 to 80% nickel, with up to 25% by volume of a refractory compound dispersoid finely dispersed therein. 24. Composition réfractaire consolidée obtenue par la métallurgie des poudres, suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'elle est constituée essentiellement par au moins 24 % en <Desc/Clms Page number 74> volume d'un composé réfractaire dur dispersé dans une matrice de métal ductile. 24. Consolidated refractory composition obtained by powder metallurgy, according to claim 17, characterized in that it consists essentially of at least 24% of <Desc / Clms Page number 74> volume of a hard refractory compound dispersed in a ductile metal matrix. 25. outil de coupe ou résistant à l'abrasion réfractaire, obtenu par la métallurgie des poudres suivant la revendication 24, caractérisé en ce que le composé réfractaire a une dimension ne dé- est passant pas 1 micron et/choisi dans le groupe constitué par les oxydes d'aluminium, de béryllium, d'un métal de terre rare, d'yttrium, de magnésium, de zirconium, de titane et de thorium et les carbures, borures et nitrures de titane, de zirconium, d'hafnium, de chrome, de tungstène, de molybdène, de vanadium, de colombium et de tantale et le carbure de silicium, tandis que le métal ductile est choisi dans le groupe constitué par le fer, le cobalt et le nickel et les alliages de ces métaux entre eux et avec le chrome, le molybdène, le tungstène, le niobium, le tantale, le vanadium, le titane, le zirconium et l'hafnium, l'argent, 25. refractory cutting or abrasion resistant tool, obtained by powder metallurgy according to claim 24, characterized in that the refractory compound has a dimension not exceeding 1 micron and / selected from the group consisting of oxides of aluminum, beryllium, a rare earth metal, yttrium, magnesium, zirconium, titanium and thorium and the carbides, borides and nitrides of titanium, zirconium, hafnium, chromium, tungsten, molybdenum, vanadium, colombium and tantalum and silicon carbide, while the ductile metal is chosen from the group consisting of iron, cobalt and nickel and the alloys of these metals between them and with chromium, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, vanadium, titanium, zirconium and hafnium, silver, le cuivre et les métaux ductiles du groupe du platine ainsi que les alliages de ces métaux, l'alu- minium, le zinc, le plomb et leurs alliages. copper and ductile metals of the platinum group as well as alloys of these metals, aluminum, zinc, lead and their alloys. 26. Produit métallique consolidé obtenu par la métallurgie des poudres suivant la revendication 17, caractérisé en ce que les métaux possèdent une solubilité limitée l'un dans l'autre. 26. Consolidated metal product obtained by powder metallurgy according to claim 17, characterized in that the metals have limited solubility in one another. 27. Produit métallique suivant la revendication 26, caractérisé en ce que les métaux sont choisis dans le groupe consti- tué par le cuivre avec 1 à 95 % de plomb, le fer avec 1 à 95 % de cuivre, le tungstène avec 5 à 95 % de cuivre, le tungstène avec 2 à 98 % d'argent, le cuivre avec 5 à 95 % de chrome, le cuivre et le molybdène, l'argent et le molybdène, l'argent et le nickel, le pla- tine et l'or, le béryllium et le molybdène, et l'argent et le pla- tine. 27. Metal product according to claim 26, characterized in that the metals are chosen from the group consisting of copper with 1 to 95% lead, iron with 1 to 95% copper, tungsten with 5 to 95%. % copper, tungsten with 2 to 98% silver, copper with 5 to 95% chromium, copper and molybdenum, silver and molybdenum, silver and nickel, platinum and gold, beryllium and molybdenum, and silver and platinum. 28..Acier à outil à haute teneur en carbone consolidé, <Desc/Clms Page number 75> obtenu par la métallurgie des poudres suivant la revendication 17, caratérisé en ce qu'il contient environ 0,7 à 4 % de carbone, au moins 0,1 % d'un métal choisi dans le groupe constitué par le chrome, le vanadium, le tungstène et le molybdène, jusqu'à 2 % de silicium, jusqu'à 5 % de nickel, jusqu'à 15 % de cobalt, le restant étant essentiellement du fer. 28..Consolidated high carbon tool steel, <Desc / Clms Page number 75> obtained by powder metallurgy according to claim 17, characterized in that it contains approximately 0.7 to 4% carbon, at least 0.1% of a metal selected from the group consisting of chromium, vanadium, tungsten and molybdenum, up to 2% silicon, up to 5% nickel, up to 15% cobalt, the remainder being mostly iron. 29. Acier à outil suivant la revendication 28, caractérisé en ce qu'au moins un métal du groupe constitué par 3 à 15 % de chrome, 0 à 20 % de vanadium, 0 à 25 % de tungstène et 0 à 12 % de molybdène est présent. 29. Tool steel according to claim 28, characterized in that at least one metal from the group consisting of 3 to 15% of chromium, 0 to 20% of vanadium, 0 to 25% of tungsten and 0 to 12% of molybdenum is present. 30. Acier inoxydable consolidé obtenu par la métallurgie des poudres suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'il contient de 4 à 35 % de chrome, de 0 à 35 % de nickel, de 0 à 10 % de manganèse, jusqu'à 1 % de carbone, jusqu'à 2 % d'aluminium, jusqu'à 2 % de titane, jusqu'à 2 % de niobium, jusqu'à 7 % de cuivre, jusqu'à 0,4 % de phosphore, jusqu'à 0,3 % d'azote, jusqu'à 25 % de volume d'un dispersoide de composé réfractaire, le restant étant essentiellement du fer. 30. Consolidated stainless steel obtained by powder metallurgy according to claim 17, characterized in that it contains from 4 to 35% of chromium, from 0 to 35% of nickel, from 0 to 10% of manganese, up to 1% carbon, up to 2% aluminum, up to 2% titanium, up to 2% niobium, up to 7% copper, up to 0.4% phosphorus, up to at 0.3% nitrogen, up to 25% by volume of a refractory compound dispersoid, the remainder being essentially iron. 31. Acier inoxydable suivant la revendication 30, caracté- risé en ce qu'il contient environ 0,05 % à environ 10 % en volume d'un dispersoide choisi dans le groupe constitué par l'alumine, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde d'yttrium, un oxyde de métal de terre rare, l'oxyde de chrome et l'oxyde de thorium. 31. Stainless steel according to claim 30, characterized in that it contains from about 0.05% to about 10% by volume of a dispersoid selected from the group consisting of alumina, titanium oxide, l. zirconium oxide, yttrium oxide, a rare earth metal oxide, chromium oxide and thorium oxide. 32. Procédé de préparation d'un produit métallique et produit métallique consolidé obtenu par la métallurgie des poudres, tel que décrit ci-avant ou conforme aux dessins annexés. 32. Process for preparing a metallic product and a consolidated metallic product obtained by powder metallurgy, as described above or in accordance with the accompanying drawings.
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