CH267447A

CH267447A - Alloy.

Info

Publication number: CH267447A
Authority: CH
Inventors: Limited Electric Furna Company
Original assignee: Electric Furnace Prod Co
Priority date: 1946-05-09
Filing date: 1947-05-16
Publication date: 1950-03-31

Description

  

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



  Le développement des machines thermiques,  notamment des turbines à gaz et des réac  teurs, nécessite de plus en plus la fabrication  d'éléments usinés présentant une grande ré  sistance mécanique à température élevée. Plu  sieurs alliages ont été déjà proposés 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 deviennent fragiles  après une exposition prolongée à haute tempé  rature.

   En effet, une particularité des alliages  ferreux fortement alliés, qui rend le problème  particulièrement difficile à résoudre, est que  l'addition de composants augmentant la résis  tance mécanique à température élevée     en-          traine    une diminution de la stabilité, qui  rend lesdits alliages fragiles à la suite     d'une     exposition prolongée à température élevée.  



  Le besoin d'un alliage pouvant être tra  vaillé à chaud, de grande résistance mécanique  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     25        %          de        chrome,        de        25    à     40%        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     21/o,    ou    plusieurs de ces métaux, en proportion globale  n'excédant. pas 3 0/0, la.

   teneur de l'alliage en     le-          ou    lesdits métaux étant, de toute façon d'au       moins        0,5%,        du        manganèse,        en        proportion          n'excédant.    pas 2%, du silicium, en proportion  n'excédant pas 10/0, du carbone, en proportion       n'excédant        pas        1%,        de        0,05    à     0,25%        d'azote     et du fer.  



  Des métaux qui ont une forte affinité pour  le carbone sont notamment le niobium, le tan  tale, le titane et le vanadium, qui peuvent  être présents dans l'alliage isolément ou en,       mélange    clé 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 in  férieure à 0,350/0. La teneur en fer sera de  préférence supérieure à 200/0. En général, l'al  liage de l'invention contiendra, également de  faibles quantités d'impuretés inévitables.     L'al-          liage        peut        contenir        jusqu'à        3,5%        de        molyb-          dène;    ce dernier ne provoque cependant pas  d'amélioration sensible de     l'alliàge.     



  En se tenant aux données de composition  indiquées ci-dessus, on peut, obtenir des al  liages pouvant être aisément forgés, soudés et  usinés et dont la résistance mécanique et la  stabilité à haute température (6480 C et     phis)     sont, excellentes. Des éléments de machines  exécutées en de tels alliages peuvent travailler  sous de fortes contraintes pendant un temps  prolongé à 8150 C, ou à des     températures    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 pro  cède dans les conditions suivantes à l'essai de  rupture. Plusieurs échantillons du matériel  sont soumis chacun à un effort de traction  différent déterminé, à une; température élevée  déterminée. 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 ordonnée par exem  ple. On obtient, ainsi, pour le matériel essayé,  une courbe qui, pour une température déter  minée, donne le; temps nécessaire à la rupture  en fonction de la contrainte à laquelle le ma  tériel est soumis.

   Ces courbes sont relevées  pour plusieurs températures; elles indiquent  de façon précise les contraintes que peut sup  porter le matériel pour une température et un  temps donnés quelconques. Ces valeurs sont  particulièrement utiles pour l'établissement de  projets, spécialement s'il est. à prévoir que le  matériel choisi sera soumis à des surchauffes  et à des surcharges.  



  A titre d'exemple, un échantillon formé  d'un alliage conforme à l'invention de     compo-          sition        suivante:        20%        de        chrome,        401/o        de          nickel,        2011/o        de        cobalt,    3     %        de        molybdène,          11%        de        tungstène,

          1%        de        niobium,        0,14%          de;        carbone,        1,5        %        de        manganèse,        0,5        %        de        sili-          cium,        0,1011/o    d'azote, le solde étant du fer,  soumis à l'essai de traction à l'état forgé, re  cuit, une heure à environ 1700 C et trempé à  l'eau,

   a tenu pendant 232 heures sous une ten  sion de 1400     kg/cm2    et à une température de  815o C avant que sa. rupture se produise. Cette  valeur montre la grande résistance à tempé  rature élevée de cet alliage.  



  Les alliages conformes à l'invention gar  dant une grande résistance mécanique aux  températures élevées, même après une exposi  tion prolongée à     ces    températures sous forte  contrainte, ils sont particulièrement indiqués       pour    la fabrication de pièces de machines sou  mises à de hautes températures, 8150 C et plus,    telles que certaines     pièces    de turbines à. gaz,  réacteurs, etc. Ces alliages peuvent être em  ployés sans avoir subi de traitement ther  mique si la température d'utilisation ne dé  passe pas 6480 C. Par contre, si la tempéra  ture d'utilisation dépasse cette valeur, ils  doivent être recuits à 1204-1.270o C pour pou  voir être utilisés au mieux de leurs possi  bilités.



  Alloy. The present invention relates to an alloy exhibiting high mechanical strength at high temperature.



  The development of thermal machines, in particular gas turbines and reactors, increasingly requires the manufacture of machined elements exhibiting great mechanical resistance at high temperature. Several alloys have already been proposed for this purpose; however, their use has remained very limited either because they cannot be hot worked or because they become fragile after prolonged exposure to high temperature.

   Indeed, a peculiarity of highly alloyed ferrous alloys, which makes the problem particularly difficult to solve, is that the addition of components increasing the mechanical resistance at high temperature leads to a decrease in stability, which makes said alloys fragile at high temperature. following prolonged exposure to elevated temperature.



  There is therefore a need for an alloy which can be hot-worked, has high mechanical strength at high temperature: and which has good stability at said temperatures, is therefore felt.



  The present invention aims to meet this need and relates to an alloy characterized in that it contains, by weight, from 15 to 25% of chromium, from 25 to 40% of nickel,

          from 10 to 25% of cobalt, from 7.5 to 151 / o of tungsten, a metal having a strong affinity for carbon, in a proportion not exceeding 21 / o, or more of these metals, in overall proportion not exceeding. not 3 0/0, la.

   content of the alloy of said metal or metals being, in any event, at least 0.5%, manganese, in a proportion not exceeding. not 2%, silicon, in a proportion not exceeding 10/0, carbon, in a proportion not exceeding 1%, from 0.05 to 0.25% nitrogen and iron.



  Metals which have a strong affinity for carbon include niobium, tan tal, titanium and vanadium, which may be present in the alloy singly or in a key mixture of two or more of two. When the alloy contains: titanium, the content of this metal will preferably be less than 1.5%.



  If excellent forgeability is desired, the carbon content of the alloy should be kept below 0.350 / 0. The iron content will preferably be greater than 200/0. In general, the alloy of the invention will also contain small amounts of unavoidable impurities. The alloy can contain up to 3.5% molybdenum; the latter, however, does not cause a significant improvement in the alliàge.



  By adhering to the composition data given above, it is possible to obtain alloys which can be easily forged, welded and machined and which have excellent mechanical strength and high temperature stability (6480 C and phis). Machine parts made from such alloys can work under high stress for an extended time at 8150 C, or at somewhat higher temperatures for short periods and without undue stress.



  To determine the qualities of a metal or an alloy at high temperature, the fracture test is carried out under the following conditions. Several samples of the material are each subjected to a different determined tensile force, to one; high temperature determined. The time required for rupture to take place under these conditions is noted. The values obtained are plotted on a graph, the breaking time on the abscissa and the stress applied on the ordinate, for example. We thus obtain, for the tested material, a curve which, for a given temperature, gives the; time required for failure as a function of the stress to which the material is subjected.

   These curves are recorded for several temperatures; they indicate precisely the stresses that the equipment can bear for any given temperature and time. These values are particularly useful for establishing projects, especially if it is. to foresee that the chosen material will be subject to overheating and overloading.



  For example, a sample formed of an alloy in accordance with the invention of the following composition: 20% chromium, 401 / o nickel, 2011 / o cobalt, 3% molybdenum, 11% tungsten ,

          1% niobium, 0.14%; carbon, 1.5% manganese, 0.5% silicon, 0.1011 / o nitrogen, the balance being iron, subjected to the tensile test in the forged state, re-fired, a hour at about 1700 C and soaked in water,

   held for 232 hours under a tension of 1400 kg / cm2 and at a temperature of 815o C before its. rupture occurs. This value shows the great resistance to high temperature of this alloy.



  The alloys according to the invention guaranteeing great mechanical resistance at high temperatures, even after prolonged exposure to these temperatures under high stress, they are particularly suitable for the manufacture of machine parts subjected to high temperatures, 8150 C and more, such as some parts of turbines at. gases, reactors, etc. These alloys can be used without having undergone heat treatment if the operating temperature does not exceed 6480 C. On the other hand, if the operating temperature exceeds this value, they must be annealed at 1204-1.270o C so that they can be used to the best of their ability.

Claims

CLAIM: Alloy exhibiting great mechanical resistance at high temperature, characterized in that it contains, by weight, from 15 to 25% of chromium, from 25 to 40% of nickel,

from 10 to 25% of cobalt, from 7.5 to 151% of tungsten, a metal having a strong affinity for carbon, in a proportion not exceeding 2%, or more of these metals, in proportion overall not exceeding 3%,

the content of the alloy in the- or said metals being of any tacon of at least 0.5%, manganese, in a proportion not exceeding 21) / o, silicon,

in proportion not exceeding 1%, of carbon, in proportion not exceeding 1%, from 0.05 to. 0., 251 / o nitrogen and iron. <B> SUB-CLAIMS: </B> 1.

Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metal having a strong affinity for carbon, niobitun. 2. Alloy according to claim, characterized in that it contains, as a metal having a high affinity for carbon, tantalum. 3. Alloy according to. claim, characterized in that it contains, as a metal having a strong affinity for carbon, titanium, in a proportion not exceeding. not 1.5 010. 4. An alloy according to claim, characterized in that it contains, as a metal having a strong affinity for carbon, vana dium. 5.

Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a strong affinity for carbon, niobium and tantalum. 6. Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, nio bium and titanium, the titanium content not exceeding 1.5%. 7. Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, niobium and vanadium. 8. Alloy according to claim, character ized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, tantalum and titanium, the titanium content not exceeding 1.5%. 9.

Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, tantalum and vanadium. 10. Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a strong affinity for carbon, titanium and vanadium, the titanium content not exceeding 1.5%. 11. Alloy according to claim, charac terized in that it contains, as metals having a strong affinity for carbon, niobium, titanium and. vanadium, the titanium content not exceeding 1.5%. 12.

Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a strong affinity for carbon, niobium, titanium, and tantalum, the titanium content not exceeding 1.5%. 13. Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, niobium, tantalum and vanadium. 14.

Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, titanium, tantalum and vanadium, the titanium content not exceeding 1.5%. 15. Alloy according to claim, characterized in that it contains, as metals having a high affinity for carbon, ten niobium, titanium, tantalum and vana dium, the titanium content not exceeding 1.50. / 0. 16.

Alloy according to claim, characterized in that it additionally contains molybdenum, in a proportion not exceeding 3.5%. 17.

Alloy according to claim, charac terized in that it contains 2011 / o chromium, 40% nickel, 20% cobalt, 3% molybdenum, 11% tungsten, 1% niobium, 0,

14% carbon, 1.5% manganese, 0.5% silicon, 0.10% nitrogen, the balance being iron.