Alliage de nickel. Les alliages dont sont faits des objets et des pièces qui sont soumis à des efforts pro longés à de hautes températures, par exem ple de l'ordre de 600 C et au-dessus, ne doi vent pas seulement être résistants à la corro sion à de hautes températures et avoir de bonnes propriétés mécaniques générales, mais ils doivent être aussi, par leur nature, résis tants au fluage.
En gros, la résistance à la corrosion est obtenue en employant des alliages à base de nickel ou de nickel et de cobalt et contenant du chrome, avec ou sans fer. La présente in vention se rapporte à un alliage de nickel contenant de 12 à 3 5 % de chrome, de 0,5 à 5 % d'aluminium, de 1,0 à 5 % de titane et dont la teneur globale en aluminium et titane est au moins égale à 2,5 %, mais non supé rieure à 6%. II est préférable, généralement, d'éviter le fer, quoique dans la pratique indus trielle,
le fer soit presque toujours présent comme conséquence <B>(le</B> l'emploi de ferro- alliages pour introduire le chrome ou un autre élément. La teneur en fer de l'alliage peut aller jusqu'à 15%.
On peut. dire en bref que de bonnes pro priétés de résistance au fluage sont obtenues par la présence d'aluminium et de titane dans les alliages au nickel contenant 1.2 à 355,v de chrome. La fonction précise de ces deux élé ments n'est pas certaine, mais il est connu que lorsque ces éléments sont présents dans les limites spécifiées, l'alliage, s'il est traité ther- iniquement d'une manière appropriée, pré sente une phase de précipitation telle que ce traitement thermique produit de bonnes pro priétés de résistance au fluage.
La présente invention est basée sur la dé couverte que les propriétés de résistance au fluage améliorées peuvent être obtenues dans de tels alliages par l'addition de petites quan tités de zirconium. Le zirconium a été mentionné comme un élément admissible dans de nombreuses descriptions se rap portant aux alliages au nickel-chrome résistant au fluage, cet élément étant. regardé en général comme équivalent au titane et utilisable dans les mêmes propor tions que le titane.
L'alliage objet de la pré sente invention, contenant les quantités rela tivement grandes d'aluminium et de titane indiquées ci-dessus, est caractérisé par la pré sence d'une petite quantité de zirconium, c'est à-dire de<B>0,001</B> à 0,2%, mais de préférence la teneur en zirconium ne dépassera pas <B>0,05%.</B>
En fabriquant un tel alliage, il est avan tageux d'ajouter le zirconium sous forme de ferro-zireonium à une masse fondue des prin cipaux constituants de l'alliage. Souvent, le zirconium ajouté ne se retrouve pas totale ment dans le métal coup, à cause des pertes à. la fonte, et les pourcentages de zirconium donnés plus haut sont ceux du métal coulé.
On peut tolérer plus d'aluminium et de titane dans les alliages qui doivent être uti- usés sous forme moulée que dans ceux qui sont usinés après avoir été coulés. Dans les alliages qui sont directement coulés sous forme d'objets ou de pièces, les teneurs en alumi nium et en titane pourront être de' 2,5 % et 3,5 %, respectivement. Dans les alliages qui doivent être usinés, les valeurs correspon dantes pourront être respectivement de 1,5 et 2,5 %.
Les éléments mentionnés ci-dessus ne sont pas les seuls que les palliages peuvent contenir, et en fait, la présence du niobium en petites quantités, par exemple de 0,002 à 5 %v est avantageuse. En plus, le siliciiun, le molybdène et le tungstène peuvent être présents en quan tités relativement petites, par exemple jusqu'à 2 % de silicium et 5 % de molybdène et de tungstène respectivement.
Les alliages préférés ont la composition suivante:
EMI0002.0013
Chrome <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> %
<tb> Aluminium <SEP> 1,0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Titane <SEP> 1,0 <SEP> à <SEP> <B>3,5%</B>
<tb> Niobium <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Zirconium <SEP> 0,002 <SEP> à <SEP> 0,2
<tb> Fer <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 15
<tb> Silicium <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 2
<tb> Molybdène <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Tungstène <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Nickel <SEP> -+- <SEP> Cobalt <SEP> Solde Ces alliages peuvent encore évidemment contenir des impuretés et d'autres éléments en petites quantités.
Ainsi, ils peuvent contenir des traces, ou même un peu plus, des métal loïdes des groupes V et VI du système p6rio- dique, des éléments non nuisibles tels que le cuivre, et les désoxydants manganèse, magné sium, bore et les métaux alcalins et alcalino- terreux, en quantité totale ne dépassant pas 3 %. Les teneurs en métalloïdes des groupes du soufre et de l'arsenic et en plomb doivent être aussi basses que possible, comme doit l'être la teneur en bore, à moins que l'alliage contienne, par exemple, 5 % ou plus de fer.
Le soufre doit être de préférence au-dessous de<B>0,007%.</B> Le phosphore ne doit pas dépas ser 0,025, ô de préférence. Le carbone est habi- tuellement présent à un taux de 0,02 à 0,50 % par exemple.
La teneur en manganèse pourra être de 2,5 % et elle sera de préférence comprise entre 0,1 et 0,8 %, par exemple de 0,5 % environ. Les alliages peuvent pratiquement être exempts de cuivre ou peuvent contenir jus qu'à 2 % de cuivre, mais de préférence pas plus de 0,5 %. Ordinairement, le cuivre est présent comme impureté et ne dépasse pas 0,15%.
Du magnésium et du calcium, ou les deux, peuvent avantageusement être présents en pe tites quantités dans l'alliage quand celui-ci doit être travaillé à chaud. Il est préférable que ni la teneur en magnésium ni celle en calcium de l'alliage ne dépassent 0,15 %, car de plus grandes quantités rendent l'alliage très difficile à .forger ou à laminer. Une très petite quantité de magnésium et de calcium, par exemple 0,002%, améliore les propriétés de résistance au fluage et est donc présente de préférence; habituellement, cette quantité est comprise entre 0,001 et<B>0,03%.</B>
Le fer peut être avantageux quelquefois., quand de bonnes propriétés d'usinage à chaud sont spécialement désirées.
Comme exemple d'alliage à base de nickel et de cobalt, on peut citer le suivant: 20% de chrome,<B>0,96%</B> d'aluminium, 2,48% de titane,<B>0,05%</B> de zirconium, 0,42% de fer,<B>0,57%</B> de silicium,<B>0,39%</B> de manga nèse, 20 % de cobalt et le solde de nickel.
En général, le cobalt peut remplacer jus qu'à 40% du nickel.
Le niobium est un constituant qui devient de plus en plus nécessaire à mesure que la teneur en chrome décroît ou que la teneur en fer augmente, ou que ces deux éventualités se produisent. Lorsqu'on réalise un alliage contenant simultanément du niobium et du carbone, il convient de régler la teneur en niobium en fonction de la teneur en carbone. La teneur en niobium sera augmentée quand la teneur en carbone augmente. Ainsi, l'alliage pourra contenir<B>0,15%</B> de niobium quand sa teneur en carbone est basse, par exemple de <B>0,01%</B> environ. La teneur en niobium est de préférence d'au moins dix fois la teneur en carbone.
Pour de bonnes qualités d'usinage à chaud combinées avec de bonnes propriétés aux hautes températures, il est toutefois essen tiel que la teneur en niobium ne dépasse pas 3,%, que la teneur en aluminium ne dépasse pas 1,5 j et que la somme des teneurs en aluminium et en titane soit au moins de 2,5 Jo, mais pas supérieure<I>à 4</I> 0o <I>.</I> Tandis que des quantités de molybdène atteignant 5 ô en viron peuvent être présentes dans les alliages destinés à être coulés et leur confèrent d'avan tageuses propriétés aux hautes températures, la teneur en cet élément, qui diminue les qua lités d'usinage à chaud,
ne dépassera habi tuellement pas 1 % dans les alliages destinés à être usinés à chaud. Le silicium contribue à la fluidité et à la facilité de coulée et amé liore les propriétés aux hautes températures des alliages, mais agit défavorablement sur l'aptitude à la soudure. En général, 0,2 à 0,8% de silicium donne des résultats satis faisants.
On peut développer des propriétés de résis tance au fluage satisfaisantes en soumettant l'alliage selon l'invention à un traitement thermique. Celui-ci peut être du type usuel pour les alliages résistants au fluage; il peut comprendre, par exemple, le chauffage à haute température en vue de faire passer le constituant de durcissement en solution solide, suivi par un vieillissement ou un chauffage de précipitation, le chauffage indiqué en pre mier étant effectué de 1060 à 1200 C (de préférence de 1120 à 1175 C) pendant 1 heure au moins et de préférence 2 heures ou plus, par exemple jusqu'à 24 heures, et étant suivi par un refroidissement suffisam ment rapide pour éviter la reprécipitation de la phase qui a passé en solution solide.
Ce refroidissement rapide peut être effectué par trempage dans l'eau ou l'huile, mais le refroi dissement par l'air peut être suffisamment rapide pour de petites pièces, spécialement quand les températures de service sont de 735'C ou moins. Quand la température de service est de 815' C, il est préférable de refroidir de grosses pièces de l'alliage par trempage. Le vieillissement ou le traitement thermique de précipitation comprendra, par exemple, le maintien de l'alliage entre 700 à 815 C pendant au moins 4 heures, de pré férence pendant 8 à 24 heures ou plus.
Particulièrement si la température de ser vice est basse, par exemple 650 C, le traite ment à haute température peut être effectué simultanément avec d'autres opérations. Ainsi, quand la température finale après l'usi nage à chaud, par exemple pour les grands forgeages, est élevée, il est possible de com biner le traitement à haute température avec une opération d'usinage à chaud.
Les propriétés les plus satisfaisantes sont obtenues à des températures de service de 650 à 900 C, quand le chauffage de précipi tation est conduit à une température proche de la température de service à laquelle l'al liage doit être soumis, mais dans les limites de 700 à 850 C. Le chauffage de précipita tion pendant 8 à 20 heures environ donne d'excellents résultats.
Bien que le traitement thermique décrit ci-dessus, qui est en général similaire aux traitements communément employés actuelle ment pour développer de bonnes propriétés de fluage, puisse être utilisé, on petit obtenir des résultats encore meilleurs par un traite ment plus complexe. Celui-ci comprend l'exé cution, entre le traitement à haute tempéra ture et le chauffage de précipitation, d'un chauffage intermédiaire à une température supérieure à 750 C, mais inférieure à 1010 C.
Un traitement approprié comprend le chauf fage de l'alliage à l.150 C pendant 4 heures, le trempage ou le refroidissement à. l'air, le chauffage pendant environ 24 heures à 870' C, le trempage ou le refroidissement à l'air, et le chauffage à une température inférieure, mais de préférence pas inférieure à 650' C pendant 16 à 20 heures, par exemple à 735' C, si c'est la température de service, ou à 700' C, si la température de service est de 650' C.
Les alliages conformes à l'invention con viennent pour réaliser un grand nombre d'ob jets soumis pendant leur emploi à un effort prolongé à des températures élevées ou aux températures ordinaires. De tels objets com prennent des plaques, des feuille, des bandes, des tiges, des fils, des barres, des tubes, des pièces forgées, des pièces poinçonnées, des piè ces estampées, des pièces coulées, etc., telles que des pièces de turbines à vapeur, de turbines à gaz (y compris des surcompresseurs), de machines à propulsion par réaction, etc.