CH267445A

CH267445A - Alliage.

Info

Publication number: CH267445A
Authority: CH
Inventors: Limited Electric Furna Company
Original assignee: Electric Furnace Prod Co
Priority date: 1946-05-09
Filing date: 1947-05-13
Publication date: 1950-03-31

Description

Alliage. La présente invention a pour objet un alliage présentant une grande résistance méca nique à température élevée.

Le développement des machines thermi ques, notamment des turbines à gaz et des réacteurs, nécessite de plus en phis la fabri cation d'éléments usinés présentant une grande résistance mécanique à température élevée. Plusieurs alliages ont été déjà propo sés à cette fin; leur usage est cependant resté très limité soit parce que leur travail à chaud n'est pas possible, soit du fait qu'ils devien nent fragiles après une exposition prolongée à haute température.

En effet., une particula rité des alliages ferreux fortement alliés, qui rend le problème particulièrement difficile à résoudre, est que l'addition de composants augmentant la résistance mécanique à tempé rature élevée entraîne une diminution de la stabilité, qui rend lesdits alliages fragiles à la suite d'une exposition prolongée à tempéra ture élevée.

Le besoin d'un alliage pouvant être tra vaillé à chaud, de grande résistance méca nique à température élevée et possédant une bonne stabilité auxdites températures, se fait donc sentir.

La présente invention vise à satisfaire ce besoin et a pour objet un alliage caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 15 à 251/o de chrome, de 15 à 25% de nickel, de 10 à. 25% de cobalt, de 7,5 à 151/o de tungstène, un métal ayant une forte affinité pour le car- bone en proportion n'excédant pas 2%,

ou plusieurs de ces métaux en proportion indi- viduelle n'excédant pas 2 % et en proportion globale n'excédant pas 31/o, la teneur de l'al liage en le ou lesdits métaux étant d'au moins 0,5%, du manganèse,

en proportion n'excé- dant pas 2%, du silicium, en proportion n'excédant pas 10/0, du carbone, en propor- tion n'excédant pas 10/0, de 0,05 à 0,25% d'azote et du fer en proportion d'au moins 15%.

Des métaux qui ont une forte affinité pour le carbone sont notamment le niobium, le tan tale, le titane et le vanadium. Ils peuvent être présents dans l'alliage soit isolément, soit en mélange de deux ou plus de deux. Lorsque l'alliage contient du titane, la teneur en ce métal sera de préférence inférieure à 1,5%.

Si une excellente forgeabilité est désirée, la teneur de l'alliage en carbone doit rester inférieure à 0,35%. La teneur en fer sera de préférence supérieure à 20%. En général, l'alliage de l'invention contiendra également de faibles quantités d'impuretés inévitables.

L'alliage peut contenir jusqu'à 3,5 % de molybdène; ce dernier ne provoque cependant pas d'amélioration sensible de l'alliage.

En se tenant aux données de composition indiquées ci-dessus, on peut obtenir des alliages pouvant être aisément forgés, soudés et usinés et dont la résistance mécanique et la stabilité à haute température (648 C et plus) sont excellentes. Des éléments de ma- chines exécutés en de tels alliages peuvent travailler sous de fortes contraintes pendant un temps prolongé à 815 C, ou à des tempé ratures un peu plus élevées pendant de courtes périodes et sans contrainte excessive.

Pour déterminer les qualités d'un métal ou d'un alliage à haute température, on procède dans les conditions suivantes à l'essai de rup ture. Plusieurs échantillons du matériel sont soumis chacun à un effort de traction diffé rent déterminé, à une température élevée dé terminée. Le temps nécessaire pour que la rupture ait lieu dans ces conditions est relevé. Les valeurs obtenues sont reportées sur un graphique, le temps de rupture en abscisses et la contrainte appliquée en ordonnées, par exemple. On obtient ainsi, pour le matériel essayé, une courbe qui, pour -une température déterminée, donne le temps nécessaire à la rupture en fonction de la contrainte à la- quelle le matériel est soumis. Ces courbes sont.

relevées pour plusieurs températures; elles in diquent de faon précise les contraintes que peut supporter le matériel pour une tempéra ture et un temps donnés quelconques. Ces va leurs sont particulièrement utiles pour l'éta blissement de projets, spécialement s'il est à prévoir que le matériel choisi sera soumis<B>à</B> des surchauffes et à des surcharges.

Le tableau I donne les résultats caracté ristiques d'essais obtenus avec différents alliages conformes à l'invention. Dans cettu, série d'essais, les échantillons sont à. l'état. forgé (état 1) ainsi qu'à. l'état forgé, recuit. une heure à, environ 1259 C et trempé à, l'eau (état 2). Les échantillons sont. soumis à une température de 815 C et à. une force de trac tion de 1400 lig/em=. Le temps nécessaire à la rupture de l'échantillon dans ces conditions est indiqué en heures.
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Les valeurs indiquées par ce tableau mon trent la grande ténacité des alliages conformes à l'invention à haute température et leur sta bilité qui leur permet de supporter de fortes contraintes à température élevée pendant un temps prolongé.

Les alliages conformes à l'invention peu vent être forgés ou travaillés à chaud d'une autre manière, sans difficulté, entre 1149 et 871 C. Dans certains cas, l'opération doit être poursuivie à une température quelque peu inférieure à la température de recristallisation (environ 648 C). Un alliage travaillé dans ces conditions est dit à l'état forgé à froid ; un tel alliage est aisément usiné, il a de bonnes propriétés pour le pliage et l'emboutissage, à chaud ou à froid, dut fait de sa grande ducti lité.

Un autre avantage important des alliages conformes à l'invention est qu'il peuvent être soudés par les méthodes ordinaires de soudure comprenant les différents procédés par l'arc électrique ou oxyacéty lénique, avec métal d'ap port et par contact. Les soudures obtenues sont saines, résistantes et ductiles; c'est non seulement le cas pour les soudures elles- mêmes, mais aussi pour les zones voisines de la soudure.

Pour obtenir les caractéristiques désirées de ces alliages conformes à l'invention, il est des plus important que les limites des compo sitions énoncées précédemment soient bien observées et que les différents constituants soient présents dans des proportions exactes. Par exemple, l'azote est favorable aux pro priétés de l'alliage aux températures élevées, s'il est présent dans les limites indiquées, mais une teneur plus élevée en azote serait nui sible à l'alliage. De même, si les quantités de molybdène, tungstène, niobium, tantale, titane, vanadium et carbone étaient plus élevées que les valeurs indiquées, les propriétés de l'alliage, en ce qui concerne son aptitude à se laisser travailler à chaud et souder, seraient dimi nuées; les soudures manqueraient notamment de résistance et de ductilité.

L'effet nuisible d'une trop forte proportion en ces éléments, ne pourrait pas être évité d'une manière satis faisante par une augmentation de la teneur de l'alliage en cobalt et en nickel.

Au cas où l'alliage est destiné à des appli cations où la température ne dépasse pas envi ron 734" C, les valeurs inférieures indiquées pour la composition peuvent être employées; par contre, si les températures prévues dépas sent 7340 C, ce sont les valeurs supérieures indiquées ou des valeurs proches qui seront de préférence employées.

Si l'alliage est des tiné à être employé dans des applications où la température ne dépasse pas 648 C, il peut être employé à, l'état forgé à froid ; si la température dépasse 648" C, l'alliage doit être recuit à une température d'environ 1204 à <B>1270"</B> C avant, d'être utilisé au mieux de ses possibilités. Les aubes, disques et autres parties de tur bine sont des pièces pour l'établissement clés- quelles l'emploi d'alliages conformes à l'inven tion est, particulièrement indiqué. Ces pièces peuvent être coulées ou forgées.

Malgré que l'on ait insisté plus particu lièrement sur les propriétés de ces alliages au point de vue de leur travail à chaud et de leurs possibilités d'usinage, ils présentent éga lement des propriétés qui les rendent très in diqués pour la fabrication de pièces coulées destinées à supporter des températures élevées.

Claims

REVENDICATION: Alliage présentant une grande résistance mécanique à température élevée, caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 15 à 25% de chrome, de 15 à 25 % de nickel, de 10 :

à, 25% de cobalt, de 7,5 à 151/o de tungstène, un métal ayant une forte affinité pour le car bone en proportion n'excédant pas 211/o, ou plusieurs de ces métaux en proportion indi viduelle n'excédant pas 21/o et en proportion globale n'excédant pas 31/o, la teneur de l'alliage en le ou lesdits métaux étant d'au moins 0,5%, du manganèse, en proportion n'excédant pas 20/0, du silicium, en propor tion n'excédant pas 10/0, du carbone, en pro portion n'excédant pas 10/0, de 0,05 à 0,

250/0 d'azote et du fer en proportion d'au moins 15%. SOUS-REVENDICATIONS 1. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal ayant, une forte affinité pour le carbone, du niobium. 2. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal ayant une forte affinité pour le carbone, du tantale. 3. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal ayant une forte affinité pour le carbone, du titane, en proportion n'excédant pas 1,5%. 4.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal ayant une forte affinité pour le carbone, du vana dium. 5. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du niobium et du tantale. 6. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du niobium et du titane, la teneur en titane ne dépassant pas 1,5%. 7. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant. une forte affinité pour le carbone, du niobium et du vanadium. 8.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du tantale et du titane, la teneur en titane ne dépassant pas 1,5%. 9. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du tantale et du vanadium. 10. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du titane et du vanadium, la teneur en titane ne dépas- sant pas 1,5%. 11.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du nio bium, du titane et du vanadium, la teneur en titane ne dépassant pas 1,51/o. 12. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du nio bium, du titane et du tantale, la teneur en titane ne dépassant pas 1,5%. 13. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du nio bium, du tantale et du vanadium. 14.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux ayant une forte affinité pour le carbone, du titane, du tantale et du vanadium, la teneur en titane ne dépassant pas 1,51/o. 15. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métaux az7ant une forte affinité pour le carbone, du nio bium, du titane, du tantale et (lu vanadium, la teneur en titane ne dépassant pas 1,5 0/0. 16.

Alliage selon la revendication, caracté risé en- ce qu'il contient, en outre, du molyb- dène, en proportion n'excédant pas 3,5%. 17. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient au plus 0,3511/o de carbone. 18.

Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient 2011/o de chrome, 2011/o de nickel, 201/o de cobalt, 3% de moly bdène, de 10 à 15% de tungstène, 1% de niobium,

de 0,1 à 0,25% de carbone, 1,5% de manga- nèse, 0,5% de silicium, 0,12% d'azote, le solde étant du fer.