Alliage. La présente invention a pour objet mi alliage présentant une grande résistance iné- ranique à tenipéi-atrire élevée.
Le < lé%-eloltpenient des niacbiite#@ tlieririi- ques, notamment des tturbines ii gaz et dc@; réacteurs, tiécessile de plus en fils la fabri cation (l'éléments usinés présentant cule grande résistance mécanique à tenij_)éi atltr,> élevée. Plusierirs alliages ont été déjà propo sés à cette fin;
leur usage est- cependant resté très limité soit. parce que leur travail à. eliaud n'est pas possible, soit du fait qu'ils devien nent fragiles après une exposition prolongée à haute température. En effet., une particu larité des allia-es ferreux fortement alliés, qui rend le problême particulièrement diffi cile à résoudre,
est que l'addition de compo sants augmentant la résistance mécanique à température élevée entraine une diminution de la stabilité, qui rend lesdits alliages fra giles à la suite d'une exposition prolongée â température élevée.
Le besoin d'un alliage pouvant étre tra vaillé à chaud, de grande résislanee Diéea- nique à tenipératitre élevée et- possédant. une bonne stabilité auxdites températures, se fait donc sentir.
On a remarqué que l'addition aux alliages ferreux an elii-ome-nickel de petites quantité,, et dans de ,justes proportions de mol ybdéne, de tungstène et d'au moins un métal du groupe IIl (le la table périodique des élément (éventuellement également d'un ou plusieurs des éléments niobium, tantale, titane et vana- diuni )
provoque une remarquable augmenta tion de la résistance mécanique à haute tem- pérature sans nuire à la stabilité.
La présente invention a pour objet. un alliage caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 10 à 30% de chrome, de 2 à -100L) de nickel, de 0,5 à.
7,511/o de molzbdène, de 0,5 à 1011/o de tungstène, au moins uni métal dit groupe III de la table périodique des élé- mPUts, la teneur de l'alliage en ce ou en ces métaux étant comprise entre 0,1 et 311/0, dit manganèse, en proportion n'excédant pas ? /o, du silicium, en proportion n'excédant pas 111/n, du carbone,
en proportion n'excédant pas 10!o, de l'azote, en proportion n'excédant pas 0,25%, et du fer.
Les métaux du groupe III de la table pé riodique des éléments, qui entrent plues -parti culièrement en ligne (le compte, sont le bore et l'aluminium. Lorsque l'alliage contient du bore, sa teneur en cet élément. sera de préfé- rence inférieure à 0,7%. L'alliage contiendra de préférence au moins 0,5% d'aluminium s'il rie contient pas de bore.
Dans certains cas, l'alliage de l'invention peut également contenir 0,5 à. 2% de titane out de vanadium, 0,5 à :
5% de niobium ou de tantale, on 0,5 à 5% ait total d'au moins deux des élément; suivants: niobium, titane. tantale et. vanadium, la. teneur en titane et en vanadium étant cependant. au plus de 211/o.
Les teneurs de l'alliage en molpbdéne et en tun ,:stène sont comprises, de préférence, entre 1 et 5% pour le molybdène et entre 0,5 et 5 % pour le tungstène.
Lorsque l'alliage est destiné à. être travaillé à chaud, sa. teneur en carbone doit être infé rieure à 0,35%. En général, l'alliage contien dra également de faibles quantités d'impuretés inévitables.
En se tenant aux données de composition indiquées ci-dessus, on peut obtenir des alliages pouvant être aisément forgés, soudés et usi nés et. dont la résistance mécanique et la stabi lité à haute température (648 C.' et plus) sont excellentes. Des éléments de machines exécu tés en de tels alliages peuvent travailler sous de fortes contraintes pendant un temps pro longé à, 815 C, ou à. des températures un peu plus élevées pendant de courtes périodes et sans contrainte excessive.
Pour déterminer les qualités d'un matériel à haute température, on procède dans les con ditions suivantes à l'essai de rupture. Plu sieurs échantillons du matériel sont soumis chacun à un effort de. traction différent à, une température déterminée. Le temps nécessaire pour que la rupture ait lieu dans ces condi tions est, relevé. Les valeurs obtenues sont re portées sur un graphique sous forme d'une courbe indiquant la contrainte que peut sup porter le matériel à la température détermi née et pour un temps choisi. On peut ainsi déterminer la contrainte que supporte le ma tériel pendant un temps donné, par exemple 1000 heures, à la température pour laquelle la courbe a été construite.
Cet essai donne des renseignements pratiques sur la. résistance mécanique du matériel. Il permet aussi de savoir si le matériel devient fragile après exposition prolongée à la température (le l'essai. La, rupture d'un matériel fragile aura. lieu sans allongement., celle d'un matériel <B>duc-</B> tile ne se produira qu'après grande déforma tion.
L'essai de contrainte (le rupture effectué selon les indications ci-dessus montre due les alliages conformes à l'invention possèdent. une grande résistance mécanique à des tempéra tures jusqu'à 815 C, et que, même à ces teni- pératures élevées, ils bénéficient. d'une bonne ductilité.
Le tableau 1 montre la ^rande résistance à haute température que présentent. de:M alliages conformes à, l'invention constituant des aciers au chrome-niekel bonifiés par l'ad dition de molvbdène, tungstène, niobium. titane et bore.
Ce tableau indique les résultat: d'essais de rupture effectués avec cles éclian- tillons sous une contrainte de traction <B>01,</B> 1400 kg/cm2 et. à.
mie température de<B>815"</B> !'. Le temps nécessaire à, la rupture de l'échan- tillon, dans ces conditions très sévùres, est indiqué en heures. Les alliane,# étaient à l'état forgé à. l'exception du dernier qui était :i l'état coulé.
La première ligne de la table 1 e réfère à un acier chrome-niekel courant dont le temps de rupture, dans des conditions ideil- tiques, est donné à. titre de comparaison.
EMI0002.0056
<I>Tableau:</I>
<tb> Composition:
<SEP> environ <SEP> 1,5% <SEP> Mn <SEP> et <SEP> 0,5% <SEP> Si <SEP> et <SEP> les <SEP> constituants <SEP> indiqués <SEP> Heures
<tb> ci-dessous, <SEP> le <SEP> solde <SEP> étant <SEP> du <SEP> fer
<tb> Cr <SEP> % <SEP> Nl <SEP> % <SEP> Mo <SEP> % <SEP> W <SEP> % <SEP> Nh <SEP> % <SEP> E <SEP> % <SEP> C <SEP> iô <SEP> N <SEP> ,ô <SEP> Divers
<tb> e18,5 <SEP> 8,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,07 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 0,10
<tb> 19 <SEP> 9 <SEP> 1,3 <SEP> 1,5 <SEP> 0,54 <SEP> 0,61 <SEP> 0,05 <SEP> 0,04 <SEP> 0,1 <SEP> Ti <SEP> 55,5
<tb> 19 <SEP> 9 <SEP> 1,5 <SEP> 1,8 <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> 0,07 <SEP> 0,04 <SEP> 0,2 <SEP> Ti <SEP> 95,5
<tb> 18,5 <SEP> 9 <SEP> 1,25 <SEP> 1,4 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,08 <SEP> 0,04 <SEP> 0,3 <SEP> Ti <SEP> 95
<tb> 18,5 <SEP> 9 <SEP> 1,25 <SEP> 1,4 <SEP> 0,5 <SEP> 0,4 <SEP> -0,08 <SEP> 0,04 <SEP> 0.3Ti <SEP> 55
<tb> 19 <SEP> 9,
25 <SEP> 1,4 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> 0,07 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 66,5
<tb> 19 <SEP> 24 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 0,48 <SEP> 0,35 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 245
<tb> * <SEP> Acier <SEP> chrome-nickel <SEP> courant. Les valeurs indiquées dans le tableau ci- dessus montrent la remarquable amélioration de la résistance à haute température que pro voque l'addition de petites quantités de molybdène, tungstène, niobium et titane à, lui acier contenant,
environ 19% de chrome et 9% de nickel. La durée de vie de l'acier, qui était de 6 minutes à. 815 C et sous 1100 kg/C1112 < l été portée à plus de 200 heures par l'addition de ces éléments.
Lors de la production des alliages con- l'ormes à l'invention, les proportions indiquées doivent, être observées avec précision en tenant compte de la faeon dont elles affectent les qualités de l'alliage et des exigence,, requises par les applications auxquelles est- destiné le matériel.
Par exemple, si l'alliage doit être coulé, la teneur en carbone peut dépasser 0,350/0, mais s'il doit être travaillé à chaud. il est très désirable que sa teneur en carbone soit au plus de 0,35% et de préférence ne dé- passe pas 0,2%.
De même, les proportions de molybdène, tungstène, niobium, tantale, titane, vanadium, aluminium et bore ne sont pas sans influence sur l'alliage en ce qui concerne son aptitude à être travaillé à. chaud et soudé. Les alliages dans les limites de composition données peu vent être soudés couramment par les méthodes communes de soudure, par exemple arc élec trique, soudure oxyacétylénique avec métal d'apport ou par contact. Les soudures obte nues sont saines et résistantes: elles gardent leur résistance jusqu'à température élevée, sans que la fragilité de la soudure elle-même ou du métal des environs ne soit augmentée.
Cependant, si la proportion d'un de ces élé ments est. trop élevée, la résistance des son- dures est affectée et diminue à haute tempé rature.
La présence d'azote dans l'alliage, dans les limites indiquées, est. importante, l'azote ayant une action favorable sur la stabilité de l'alliage à haute température.
Les alliages conformes à l'invention peu vent être travaillés à chaud, usinés, soudés et coulés, et possèdent une grande résistance mécanique aux températures jusqu'à environ 815 C, ils sont donc particulièrement indi qués pour la fabrication d'articles tels que: éléments de surcompresseurs, turbines à gaz, réacteurs et autres appareils devant supporter de fortes contraintes mécaniques à haute tem pérature. Le fait qu'ils ne deviennent pas fra giles après exposition prolongée à hautes tem pératures les rend particulièrement indiqués pour les appareils dont la sûreté de marche est essentielle.
Alloy. The present invention relates to an alloy having a high ineranic resistance to high tenipéi-atrire.
The <le% -eloltpenient of niacbiite # @ tlieririiques, in particular gas turbines and dc @; reactors, more and more yarns need to be manufactured (the machined elements exhibiting great mechanical resistance to tenij_) atltr,> high. Several alloys have already been proposed for this purpose;
their use however remained very limited either. because their work at. eliaud is not possible, either because they become brittle after prolonged exposure to high temperature. Indeed., A particularity of highly alloyed ferrous alloys, which makes the problem particularly difficult to solve,
is that the addition of components increasing the mechanical strength at elevated temperature results in a decrease in stability, which renders said alloys fragile following prolonged exposure to elevated temperature.
The need for a hot-workable, high-grade, high-grade, and possessing alloy. good stability at said temperatures is therefore felt.
It has been noticed that the addition to ferrous alloys an elii-ome-nickel of small quantities, and in, just proportions of mol ybdenum, tungsten and at least one metal of group IIl (the periodic table of the elements (optionally also one or more of the elements niobium, tantalum, titanium and vaniduni)
causes a remarkable increase in mechanical resistance at high temperature without compromising stability.
The object of the present invention is. an alloy characterized in that it contains, by weight, from 10 to 30% of chromium, from 2 to -100L) of nickel, from 0.5 to.
7,511 / o of molzbdenum, from 0.5 to 1011 / o of tungsten, at least one metal known as group III of the periodic table of the elements, the content of the alloy in this or these metals being between 0, 1 and 311/0, called manganese, in a proportion not exceeding? / o, silicon, in a proportion not exceeding 111 / n, carbon,
in a proportion not exceeding 10%, of nitrogen, in a proportion not exceeding 0.25%, and of iron.
The metals of group III of the Periodic Table of the Elements, which come more particularly in line (count, are boron and aluminum. When the alloy contains boron, its content of this element. Will be preferred. - Less than 0.7% The alloy will preferably contain at least 0.5% aluminum if it does not contain boron.
In some cases, the alloy of the invention may also contain 0.5 to. 2% titanium or vanadium, 0.5 to:
5% niobium or tantalum, 0.5 to 5% has a total of at least two of the elements; following: niobium, titanium. tantalum and. vanadium, the. titanium and vanadium content being however. at most 211 / o.
The molpbdenum and tun content of the alloy: stene are preferably between 1 and 5% for molybdenum and between 0.5 and 5% for tungsten.
When the alloy is intended for. be hot worked, its. carbon content should be less than 0.35%. In general, the alloy will also contain small amounts of unavoidable impurities.
By adhering to the composition data given above, alloys can be obtained which can be easily forged, welded and machined. with excellent mechanical strength and high temperature stability (648 ° C. and above). Machine parts made of such alloys can work under high stress for a long time at .815 C, or at. slightly higher temperatures for short periods and without undue strain.
To determine the qualities of a material at high temperature, the rupture test is carried out under the following conditions. Several samples of the material are each subjected to an effort. different traction at a determined temperature. The time required for rupture to take place under these conditions is noted. The values obtained are plotted on a graph in the form of a curve indicating the stress that the material can withstand at the determined temperature and for a chosen time. It is thus possible to determine the stress that the material withstands for a given time, for example 1000 hours, at the temperature for which the curve was constructed.
This essay gives practical information about. mechanical resistance of the material. It also makes it possible to know if the material becomes fragile after prolonged exposure to temperature (the test. The rupture of a fragile material will take place without elongation., That of a <B> duc - </ B material. > tile will only occur after great deformation.
The stress test (the fracture carried out according to the above indications shows due to the alloys according to the invention have a great mechanical resistance at temperatures up to 815 C, and that even at these high temperatures , they benefit from good ductility.
Table 1 shows the high resistance to high temperature exhibited. of: M alloys in accordance with the invention constituting chromium-niekel steels enhanced by the addition of molvbdenum, tungsten, niobium. titanium and boron.
This table shows the results of: fracture tests carried out with wrenches under tensile stress <B> 01, </B> 1400 kg / cm2 and. at.
The temperature of <B> 815 "</B>! '. The time required for the rupture of the sample, under these very severe conditions, is indicated in hours. Alliane, # were in the forged state with the exception of the last one which was: i the sunk state.
The first row of Table 1 refers to a common chromium-niekel steel whose breaking time, under ideal conditions, is given at. for comparison.
EMI0002.0056
<I> Table: </I>
<tb> Composition:
<SEP> approximately <SEP> 1.5% <SEP> Mn <SEP> and <SEP> 0.5% <SEP> If <SEP> and <SEP> the <SEP> constituents <SEP> indicated <SEP> Hours
<tb> below, <SEP> the <SEP> balance <SEP> being <SEP> of the <SEP> iron
<tb> Cr <SEP>% <SEP> Nl <SEP>% <SEP> Mo <SEP>% <SEP> W <SEP>% <SEP> Nh <SEP>% <SEP> E <SEP>% <SEP > C <SEP> iô <SEP> N <SEP>, ô <SEP> Miscellaneous
<tb> e18.5 <SEP> 8.5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.07 <SEP> 0.04 <SEP> - <SEP> 0.10
<tb> 19 <SEP> 9 <SEP> 1.3 <SEP> 1.5 <SEP> 0.54 <SEP> 0.61 <SEP> 0.05 <SEP> 0.04 <SEP> 0.1 <SEP> Ti <SEP> 55.5
<tb> 19 <SEP> 9 <SEP> 1.5 <SEP> 1.8 <SEP> - <SEP> 0.7 <SEP> 0.07 <SEP> 0.04 <SEP> 0.2 <SEP > Ti <SEP> 95.5
<tb> 18.5 <SEP> 9 <SEP> 1.25 <SEP> 1.4 <SEP> - <SEP> 0.4 <SEP> 0.08 <SEP> 0.04 <SEP> 0.3 <SEP> Ti <SEP> 95
<tb> 18.5 <SEP> 9 <SEP> 1.25 <SEP> 1.4 <SEP> 0.5 <SEP> 0.4 <SEP> -0.08 <SEP> 0.04 <SEP> 0.3Ti <SEP> 55
<tb> 19 <SEP> 9,
25 <SEP> 1.4 <SEP> 1.5 <SEP> - <SEP> 0.5 <SEP> 0.07 <SEP> 0.04 <SEP> - <SEP> 66.5
<tb> 19 <SEP> 24 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 0.48 <SEP> 0.35 <SEP> 0.04 <SEP> - <SEP> 245
<tb> * <SEP> Standard <SEP> chrome-nickel <SEP> steel. The values given in the table above show the remarkable improvement in resistance to high temperature caused by the addition of small amounts of molybdenum, tungsten, niobium and titanium to this steel containing it.
about 19% chromium and 9% nickel. The service life of steel, which was 6 minutes to. 815 C and under 1100 kg / C1112 <l was increased to more than 200 hours by the addition of these elements.
When producing alloys according to the invention, the proportions indicated must be observed with precision, taking into account the way in which they affect the qualities of the alloy and the requirements required by the applications to which is the material intended.
For example, if the alloy is to be cast, the carbon content may exceed 0.350 / 0, but if it is to be hot worked. it is very desirable that its carbon content be at most 0.35% and preferably not exceed 0.2%.
Likewise, the proportions of molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, vanadium, aluminum and boron are not without influence on the alloy as regards its suitability to be worked. hot and welded. Alloys within the given composition limits can be welded routinely by common welding methods, eg electric arc, oxy-acetylene welding with filler metal or by contact. The welds obtained are healthy and resistant: they keep their resistance up to a high temperature, without the fragility of the weld itself or of the surrounding metal being increased.
However, if the proportion of one of these elements is. too high, the resistance of the grooves is affected and decreases at high temperatures.
The presence of nitrogen in the alloy, within the limits indicated, is. important, nitrogen having a favorable action on the stability of the alloy at high temperature.
The alloys in accordance with the invention can be hot-worked, machined, welded and cast, and have great mechanical resistance at temperatures up to about 815 C, they are therefore particularly suitable for the manufacture of articles such as: components of superchargers, gas turbines, reactors and other devices which must withstand high mechanical stresses at high temperatures. The fact that they do not become fragile after prolonged exposure to high temperatures makes them particularly suitable for appliances where safe operation is essential.