CH267449A - Alliage. - Google Patents

Description

      Electric        Furnace        Products    Company,     Limited,    New-York     (E.-U.    d'Am.).  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 plus la fabri  cation d'éléments usinés présentant une grande  résistance mécanique à température élevée.  Plusieurs 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 tem  pérature. 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 résistance mécanique à température élevée  entraîne 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 mécani  que, à température élevée et possédant une  bonne stabilité auxdites températures, se fait  donc sentir.  



  On a     remarqué    que l'addition aux alliages  ferreux au chrome et au cobalt, avec ou sans  nickel, de petites quantités et dans de justes  proportions de tungstène, éventuellement de  molybdène, et d'au moins un métal ayant une  forte affinité pour le carbone, provoque une  remarquable augmentation de la résistance    mécanique à haute température sans nuire à  la stabilité.  



  La présente invention a pour objet un  alliage, caractérisé en ce qu'il contient, en  poids, de 10 à     301/o    de chrome, de 10 à 40     0/a          de        cobalt,        de        0,5    à     15%        de        tungstène,        au     moins un métal ayant une forte affinité pour  le carbone, la teneur de l'alliage en ce ou en  ces métaux étant comprise entre 0,5 et 70/0,  du manganèse, en proportion n'excédant pas       21/o,    du silicium, en proportion n'excédant pas  <B>1.</B>     1/o,    du carbone,

   en proportion n'excédant pas  l0/0, de l'azote, en proportion n'excédant pas       0,25%,        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. Ils peuvent, être  présents dans l'alliage soit isolément, soit en  mélange de deux ou plus de deux. Il est avan  tageux que la teneur en titane et en vana  dium ne dépasse pas     21/o.     



  Pour que l'alliage présente les meilleures  qualités concernant son travail à chaud, la  teneur en carbone doit être inférieure à  0,35%.  



  L'alliage peut contenir en outre de 0,5 à       51/o    de molybdène. Il peut également contenir       jusqu'à        15%        de        nickel.        En        ce        cas,        l'alliage          contiendra        de        préférence        de        0,5    à 3     %        au        total     d'au moins un métal ayant une forte affinité  pour le carbone et au moins 10% de fer.  



  En général, l'alliage contiendra également  des impuretés inévitables.      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 (370  C et  plus) sont excellentes. Des éléments de ma  chines exécutées en de tels alliages peuvent.  travailler sous de fortes contraintes pendant  un temps prolongé jusqu'à 648' C ou à des  températures plus élevées (jusqu'à environ  815  C) 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  reportées sur un graphique sous forme d'une  courbe indiquant la contrainte que peut sup  porter le matériel à ladite température et pen  dant un temps quelconque. On peut ainsi dé  terminer la contrainte que supporte le maté  riel 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 sa-    voir si le matériel devient fragile après expo  sition prolongée à, la     température    de l'essai.  La rupture d'un matériel fragile aura lieu  sans allongement, celle d'un matériel ductile  ne se produira qu'après grande déformation.  



  L'essai de contrainte de rupture effectué  selon les indications ci-dessus montre que les  alliages conformes à l'invention possèdent une  grande résistance mécanique à, des tempéra  tures jusqu'à 648' C, et que même à. ces tem  pératures élevées, ils bénéficient d'une bonne  ductilité.  



  Le tableau donne des exemples     caraetéris-          tiques    de la résistance à. haute     température     d'alliages conformes à l'invention constituant  des aciers au     chrome-col)alt    bonifiés par l'ad  dition de molybdène, tungstène et. niobium.  Ce tableau indique les résultats d'essais de  rupture effectués avec des     éehantillons    coulés  de l'alliage, sous une contrainte de traction  de 2800     kg/cm@    et à. une température de 648" C.  Le temps nécessaire à. la rupture de l'échan  tillon dans ces conditions sévères est     indiqué     en heures.

   Le tableau donne aussi des résul  tats d'essais similaires effectués à une tempé  rature de 815  C, sous une contrainte de  1400     kg/cm=    pour des     échantillons        d'alliages     conformes à l'invention à. l'état forgé; certains  de ces échantillons ont été simplement forgés  (état 1), d'autres forgés, recuits une heure à  <B>1250'</B> C et trempés à ].'eau (état     '2).     
EMI0002.0013     
  
     
EMI0003.0001     
  
    Eehantillons <SEP> forgés <SEP> - <SEP> Essais <SEP> à <SEP> 815" <SEP> C <SEP> et <SEP> 1100 <SEP> kg/cm2
<tb>  Composition:

   <SEP> environ <SEP> 1,5% <SEP> Mn <SEP> et <SEP> 0,5% <SEP> Si <SEP> et <SEP> les <SEP> constituants <SEP> Temps <SEP> de <SEP> rupture
<tb>  indiqués <SEP> ci-dessous, <SEP> le <SEP> solde <SEP> étant <SEP> du <SEP> fer <SEP> (état)
<tb>  <B>'/,)</B> <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Co <SEP> % <SEP> Mo <SEP> % <SEP> W <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> N <SEP> 1 <SEP> 2
<tb>  18 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 117 <SEP> 113
<tb>  18 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 48 <SEP> 182
<tb>  18 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 0,5 <SEP> 15 <SEP> 7.

   <SEP> 0,<B>1</B>5 <SEP> 0,12 <SEP> 34 <SEP> 251       Les valeurs indiquées dans le tableau ci  dessus montrent clairement que les alliages  conformes à l'invention sont capables de sup  porter sans rupture de fortes     contraintes    à  (les températures élevées pendant un temps  prolongé.    Lors de la production des alliages con  formes à.     l'invention,    les proportions indiquées  doivent être observées avec précision en te  nant compte de la     facon    dont elles affectent  les qualités de l'alliage et des     exigences    des       applications        auxquelles    l'alliage est destiné.

    Par exemple, si l'alliage (toit être coulé, la       teneur        en        carbone        peut        dépasser        0,35%,        mais     s'il doit être travaillé à chaud, il est     haute-          ment        désirable        qu'elle        ne        dépasse        pas        0,35%     et, de préférence,     0,21/o.     



  De même, les proportions de molybdène,  tungstène, niobium, tantale, titane et vana  dium exercent une influence appréciable sur  l'aptitude de l'alliage à se laisser travailler à  chaud et souder. La limite supérieure la plus  indiquée pour le niobium et tantale est de  50/0. Une proportion trop élevée d'un de ces  éléments a un effet nuisible sur la possibilité  de travailler l'alliage à chaud et sur sa souda  bilité, spécialement sur cette dernière pro  priété. Les alliages compris dans les limites  de composition données peuvent être soudés  couramment par les méthodes communes de  soudure, par exemple arc électrique, soudure  oxyacétylénique, avec métal d'apport ou par  contact.

   Les soudures obtenues sont, saines et  résistantes, il n'y a pas d'augmentation de la  fragilité au droit de la soudure ou à ses envi-         rons.    Ces soudures gardent leur résistance       jusqu'à    des températures élevées. Cependant,  si la proportion d'un de ces éléments est trop  élevée, la résistance des soudures en est     géné-          ra.lement    affectée et diminuée à haute     tempe-          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'al  liage à haute température.

      Les alliages conformes à l'invention, spé  cialement ceux contenant du nickel, sont de  préférence forgé dans un domaine de tempé  rature de 1149 à 871  C. Il faut parfois pour  suivre le traitement à une température infé  rieure à la température de recristallisation  (environ     648     C). Les alliages travaillés ainsi  sont dits  forgés à froid . Ils peuvent être  employés à des températures qui ne dépassent  pas     648 C.    Pour les applications aux tempé  ratures bien supérieures à     648     C, l'alliage  forgé doit être recuit à environ 1204 à 1270  C  avant d'être employé.  



  Les alliages conformes à l'invention pou  vant être travaillés à chaud, usinés, soudés  et coulés et possédant une remarquable résis  tance mécanique aux températures     jusqu'à     environ 618  C, ils sont donc     particulièrement     indiqués 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 haute tem  pérature les rend particulièrement indiqués      pour les appareils dont la sûreté de marche  est essentielle.

Claims (1)

1. REVENDICATION: Alliage présentant une grande résistance mécanique à température élevée, caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 10 à 30% de chrome, de 10 à 400/0 de cobalt, de 0,5<B>à</B> 15% de tungstène, au moins un métal ayant une forte affinité pour le carbone, la teneur de l'alliage en ce ou en ces métaux étant com- prise entre 0,5 et 7%, du manganèse, en pro- portion n'excédant pas 21)/o,

   du silicium, en proportion n'excédant pas 10/0, du carbone, en proportion n'excédant pas 1%, de l'azote, en proportion n'excédant pas 0,250/0, et du fer. 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 2%. 4. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient, comme métal ayant une forte affinité pour le carbone, du vana- dium, en proportion n'excédant pas 2%. 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 nio bium et du titane, la teneur en titane n'excé dant pas 2 0/0. 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, la teneur en vanadium n'excédant pas 2%. â. 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 n'excédant pas 2 %. 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, la teneur en vanadium n'excédant pas 2 0/0. 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 chacun de ceux- ci n'excédant pas 2 0/0. 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 et ainsi que celle en vanadium n'excé dant pas 2 0/0. 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 n'excédant pas 2 0/0. 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, la teneur en vanadium n'excédant pas 2 0/0. 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 ainsi que celle en vanadium n'excédant pas 21/o. 15.

   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, du tantale et du vanadium, la teneur en titane ainsi que celle en vana- dium n'excédant pas 2%. 16.

   Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient du nickel, en pro portion n'excédant pas 151/o, du fer en pro- portion d'au moins 10%, et en ce que sa teneur en le ou en les métaux ayant une forte affinité pour le carbone n'excède pas 3 0/0. 17.

   Alliage selon la revendication et la sous-revendication 16, caractérisé en ce qu'il contient en outre de 0,5 à 5% de molybdène. 18. Alliage selon la revendication, caracté risé en ce qu'il contient du carbone en pro portion n'excédant pas 0,350/0.