CH643002A5

CH643002A5 - Systemes metalliques polyphases du type gamma, gamma prime, nbc a stabilite structurale amelioree.

Info

Publication number: CH643002A5
Application number: CH975679A
Authority: CH
Inventors: Herve Bibring; Tasadduq Khan; Maurice Rabinovitch; Jean-Francois Stohr; Jean-Michel Hauser
Original assignee: Onera (Off Nat Aerospatiale)
Priority date: 1978-11-14
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1984-05-15
Also published as: CA1166483A; GB2039523B; IT7969210A0; DE2945688C2; FR2441665B1; JPS6360108B2; IT1119483B; SE7909280L; JPS5569232A; GB2039523A; FR2441665A1; DE2945688A1; US4318756A; SE447581B

Description

L'invention vise à perfectionner encore plus ces matériaux

18. Matériau selon l'une des revendications 1 à 17, carac- composites spécialement dans le but d'obtenir de tels maté-térisé en ce qu'il comprend en outre du Ta et/ou du V et/ou du 15 riaux qui conservent dans l'essentiel leurs caractéristiques ex-Hf, et/ou du Ti dans une proportion au plus égale à 2% en ceptionnellement avantageuses, notamment de résistance au poids. cyclage thermique et de résistance au fluage à haute température pendant de longues durées de service, de l'ordre de 5000

heures.

2o II se pose alors un problème nouveau qui est celui de la On connaît des matériaux métalliques comprenant, no- stabilité structurale desdits matériaux, à savoir le maintien yées dans une matrice, des fibres alignées monocristallines en dans le matériau des seules trois phases ci-dessus mention-monocarbure métallique MC, M étant le métal et C le sym- nées, c'est-à-dire la solution solide y, le précipité y', les fibres de bole chimique du carbone, élaborées par solidification unidi- renforcement.

rectionnelle et dont les propriétés mécaniques à haute tempé- 25 L'invention a précisément pour but de définir des compo-rature dépassent largement celles des super-alliages classi- sitions de matériaux composites pour lesquels la stabilité ques. Ces matériaux composites ont fait l'objet du Brevet structurale reste conservée même pendant une très longue du-suisse N° 534 742. rée de service à haute température.

Ces matériaux offrent une voie très fructueuse pour les ap- L'invention vise des matériaux composites à phases y, y' et plications techniques aux hautes températures. 30 fibres de renforcement monocristallines NbC, comprenant

Dans le domaine aéronautique par exemple, où l'augmen- une matrice à base de Ni contenant du chrome, du tungstène tation souhaitée pour les performances des turbines à gaz re- et/ou du molybdène et éventuellement du cobalt en solution quiert des températures de gaz et des vitesses de rotation de solide (phase y) et un précipité d'une phase y' (Ni, Xi)3(Al, Yi), plus en plus élevées, ces matériaux présentent des avantages Xi représentant des éléments différents de Ni et Yi des élé-décisifs pour la confection des aubes. 35 ments différents de Al que peut contenir la matrice et qui se

Dans ce cadre général, des matériaux composites compie- substituent respectivement à des atomes de Ni et d'Al dans la xes à très haute résistance ont été mis au point, qui sont à base formation du précipité y', les dits matériaux restant structura-de Ni, de Fe, ou de Co, le renforcement étant obtenu par des lement stables pendant de longues durées de service.

fibres monocristallines de monocarbure d'un métal de transi- L'invention est basée sur l'existence dans le système qua-tion, comme TaC, NbC ou TiC. 40 ternaire Ni-Cr-Nb-C, en dessous de 1000 °C, d'un domaine à

Des matériaux spécialement adaptés à l'usage aéronauti- trois phases (Ni, Cr)-NbC-Cr23C6, cette existence ayant été que sont à base de Ni et leur renforcement est obtenu par des vérifiée expérimentalement entre 800 et 1000 °C, par diffrac-fibres de NbC. Ils sont pratiquement insensibles au cyclage tion électronique et par rayons X, ainsi que par microanalyse, thermique, c'est-à-dire aux variations répétées de température II a été constaté qu'à l'intérieur de ce domaine triphasé dans les conditions d'utilisation des avions. 45 une partie du carbure de niobium NbC qui constitue les fibres

Comme décrit dans le Brevet suisse N° 608 033 les compo- alignées obtenues au cours de la solidification unidirection-sitions de ces matériaux sont comprises dans les limites ci- nelle se transforme progressivement en carbure de chrome après: Cr23C6 lorsque le matériau est maintenu pendant très long temps à une température moyenne de l'ordre de 800 à Cr 6 à 15% so 1000 °C.

W 7àl0% Dans un système plus complexe que Ni-Cr-Nb-C, par ex-

A1 3 à 6 % empie un système quinaire, l'apparition du carbure Cr23C6 -

Nb 4 à 6 % qui dépend essentiellement de la teneur en Cr - est aussi fonc-

C 0,4 à 0,65% tion de la teneur en éléments ajoutés. Par exemple, l'addition

Ni + Co le reste. 55 croissante d'Al assure une précipitation de plus en plus abon dante de la phase y', Ni3Al. Compte tenu de la répartition pré-Dans ces matériaux, la matrice, à base de Ni et Co, est • férentielle du Cr entre les phases présentes, plus grande est la durcie par la présence en solution solide du tungstène. fraction volumique du précipité y' plus grand est l'enrichisse-

Elle est généralement durcie par précipitation dans sa so- ment en Cr de la solution solide restante. Or, - et c'est précisé-lution solide, ou phase y, d'une phase ordonnée y' du type 60 ment ce qu'a appris l'analyse approfondie du phénomène de Ni3Al. la stabilité du carbure NbC dans un système complexe -,

Il avait été constaté que la résistance au cyclage thermique quelle que soit la complexité de composition des composites y, de ces matériaux augmente d'autant plus que le durcissement y', NbC, la stabilité des fibres NbC ne dépend que de la com-de la matrice est accru, c'est-à-dire avec des teneurs croissan- position de la solution solide y de la matrice.

tes en Al et en W. * 65 D'autres éléments, ajoutés plus particulièrement pour le

Il a maintenant été constaté que la précipitation dans la renforcement par y' et MC (Ti, Zr, V, Hf, Ta) ou pour le dur-solution solide de la phase ordonnée y' fait intervenir non seu- cissement en solution solide, par exemple W et/ou Mo ne se lement le Ni mais également un ou plusieurs des autres élé- répartissent pas moins inégalement entre les phases y, y', MC

643 002

4

et M'23C6. Leurs teneurs respectives doivent donc être strictement contrôlées pour assurer une composition de la phase y qui ne favorisera pas l'apparition de la phase M'23C6 au détriment du MC. (Le carbure de Cr admet la substitution partielle d'atomes de Cr par des atomes d'autres éléments tels que W, Mo, etc.; c'est pourquoi on écrit ici indifféremment Cr23C6 ou M'23C6).

L'invention définit les moyens permettant de minimiser et même d'empêcher l'apparition du carbure de chrome Cr23C6 se formant en dispersion dans la matrice au détriment du NbC constitutif des fibres de renforcement; la formation de la phase Cr23C6 diminuerait la fraction volumique desdites fibres et porterait atteinte aux propriétés mécaniques du matériau composite.

Que la matrice soit à quatre constituants, ou à cinq constituants, ou même à un plus grand nombre de constituants, l'invention fournit les prescriptions relatives à la composition qui sont à respecter pour qu'après élaboration du matériau par solidification unidirectionnelle suivant une matrice comprenant une solution solide (phase y), un précipité de type (Ni, Xi)3(Al, Yi) (phase y') et dans laquelle est présente une phase de fibres de renforcement monocristallines en monocarbure de niobium NbC, l'apparition du carbure Cr23C6 soit entravée.

A cet égard, l'invention prévoit que quels que soient les éléments entrant dans la constitution du matériau, la quantité de chrome dans la composition de départ est telle que la teneur en chrome de la solution solide y est inférieure ou égale à 15% en poids.

L'invention prévoit alors que, pour un matériau dont la composition répond aux conditions suivantes:

vention prévoit de réduire la proportion de chrome dans la composition de départ du matériau.

La double inégalité caractéristique de cette première famille est la suivante:

4% < Al < Cr < 8%

5%

Exemple 1

io Un matériau composite appartenant à cette première famille a la composition pondérale ci-après:

Co 10%

Cr 8%

15 W 10%

Al 5%

Nb 4,5%

C 0,5%

Ni complément à 100.

20

Le durcissement de la matrice est plus grand que celui d'un matériau de l'art antérieur ayant la composition pondérale suivante:

25

Co 20%

Cr 10%

W 10%

Al 4%

Nb 4,9% C 0,55%

Ni complément à 100.

Ni base

Co 0 à 20% en poids

W 7 à 14% en poids

Al 4 à 7% en poids

Nb 3,5 à 6% en poids

C 0,35 à 0,65% en poids le matériau comprenant en outre du Cr, la teneur en chrome du système de base est inférieure ou égale à 10% en poids.

L'invention prévoit en outre que plus la teneur en aluminium est élevée, plus la teneur en chrome destinée à satisfaire la condition ci-dessus est faible.

Dans ces conditions, en respectant les compositions et limites ci-dessus, les procédés classiques d'élaboration par solidification unidirectionnelle conduisent à un matériau à base de nickel à fibres alignées monocristallines en monocarbure de niobium à très bonnes propriétés mécaniques, structurale-ment stable -donc conservant ses propriétés-, même pendant un usage prolongé à des températures comprises entre 700 et 1100°C.

Ci-après on donne des exemples de compositions de matériaux ainsi que des Tableaux qui résument le résultat d'essais auxquels ces matériaux ont été soumis.

Dans chacun de ces Tableaux, les matériaux sont définis par leur composition. La mention du nickel en tête de chaque composition signifie que le matériau est à base de nickel. Le nombre précédant le symbole atomique de chaque autre élément est le pourcentage en poids, le complément à 100 étant la proportion du nickel.

A- Dans une première famille de composites selon l'invention, la proportion d'aluminium dans la composition de base du matériau peut atteindre 5% en poids. La formation du précipité y' en est favorisée. Pour éviter une concentration excessive de chrome dans la solution solide y de la matrice, l'in-

en raison de l'accroissement de précipité de la phase y'.

35 Le matériau de l'Exemple 1 a des caractéristiques mécaniques plus élevées que ce matériau de l'art antérieur. Il montre une bonne stabilité structurale même après avoir été maintenu pendant 3000 heures à une température comprise entre 850 °C et 1000 "C.

40 B- Dans une deuxième famille de matériaux composites selon l'invention, la teneur en Al est portée à 6% en vue d'obtenir un précipité y' encore plus abondant. Pour éviter l'apparition du composé indésiré Cr23C6, la teneur en chrome est, conformément à l'invention, inférieure ou égale à 6% en

45 poids.

Cette famille répond à la double inégalité caractéristique suivante:

50

55

5% < AI ^ 6%

Cr ^ 6%

Un exemple d'un tel composite est donné ci-après.

Exemple 2

Co

10%

Cr

6%

W

10%

Al

6%

Nb

4,2%

C

0,47%

Ni complément à 100.

65

Les caractéristiques mécaniques de ce matériau sont meilleures que celles des matériaux connus, et notamment du matériau de l'art antérieur mentionné ci-dessus.

643 002

Les Tableaux I à III ci-après fournissent, respectivement pour des matériaux des Exemples 1 et 2, les résultats des essais définis en tête de chacun desdits Tableaux. Sur ces Tableaux on a également porté les résultats des essais effectués sur le matériau de l'art antérieur défini ci-dessus ainsi que les résultats obtenus pour le matériau de l'Exemple 3 ci-après.

Le Tableau IV ci-après montre, pour le matériau Ni -10 Co -10 W - 5 Al - 4,5 Nb - 0,5 C - Cr, (Exemple 1), l'influence de la teneur en chrome sur la stabilité structurale, après un maintien du matériau pendant 3000 heures à des températures comprises entre 850 °C et 1000 °C.

Le Tableau V ci-après est analoque au Tableau IV mais pour le composite Ni -10 Co -10 W - 6 Al - 4,2 Nb - 0,47 C -Cr (Exemple 2).

Les Tableaux IV e V montrent que les matériaux des Ex-5 emples 1 et 2 présentent une bonne stabilité structurale après un maintien pendant 3000 heures à des températures comprises entre 850 et 1000 °C pour une teneur en chrome répondant aux limites données ci-dessus. Ils montrent également que, pour une teneur en chrome supérieure aux limites indiquées, îoles matériaux des Exemples 1 et 2 présentent une moins bonne stabilité structurale.

Tableau I

Resistance a la traction a 1070 °C

Composition (% en poids)

Ni - 20 Co -10 Cr-ÎOW -4 Al-4,9 Nb-0,55 C

Ni -10 Co - 8 Cr-lOW-5 Al-4,5Nb-0,5 C

Ni -10 Co-6 Cr-10W -6 Al-4,2 Nb-0,47 C

Ni -10 Co-4 Cr-10 W - 2 Mo-6 Al-3,8 Nb - 0,46 C

Masse Vitesse de spécifique p solidification (kgm"3 x IO3) (cm/h)

8,5

8,35

8,5

1,2 1,2 1,2 1,2

Traction à 1070 °C

Charge de Résistance Allonge-

rupture a spécifique ment (MPa) cr/pm2.s-2x 103 (%)

300 340 348 406

35,3 40

41.7

47.8

3,5

16 11

Tableau II

Evolution de la contrainte R et des allongements de rupture A en traction entre la température ambiante et 1070 °C

(Les composites sont tous élaborés par solidification unidirectionnelle à une vitesse de 1,2 cm/h)

Ni-20 Co-10 Cr-10 W-4 Al-4,9 Nb-0,55 C

Ni-10 Co-8 Cr-10 W-5 Al-4,5 Nb-0,5 C

Ni-10 Co-6 Cr-10 W-6 Al-4,2 Nb-0,47 C

Ni-10 Co-4 Cr-10 W-2 Mo-6 Al-3,8 Nb-0,46C

Tempé

RMPa

A %

RMPa

A %

RMPa

A %

RMPa

A'

rature

25 °C

1550

12,4

1528

14,2

1470

15,8

1505

13

800 "C

960-1100

7

1065

14,8

1040

7,8

1120-1220

12

900 °C

680

7,7

730

16,4

760

10,6

910

10

1000 °C

415

6,6

433

12,2

475

11,6

570

10

1070 °C

300

5

340

8,2

348

16,4

406

11

65

Tableau III

Temps de rupture en fluage

(Tous les composites ont été élaborés par solidification unidirectionnelle à la vitesse de 1,2 cm/h)

Composition Durée de vie (en heures) à la température ( °C) de et sous contrainte (MPa) de

1000 "C/160 MPa 1000 "C/180 MPa 1070 °C/120 MPa

Ni-20Co-10 Cr-10 W-

4Al-4,9 Nb-0,55C

442 h

50 h

500 h

Ni-10 Co-8 Cr-10 W-

5 Al-4,5 Nb-0,5 C

670 h

154 h

1200 h

Ni-10 Co-6 Cr-10 W-

6 Al-4,2 Nb-0,47 C

754 h

140 h

1225 h

Ni-10 Co-4 Cr-10 W-

2 Mo-6 Al-3,8 Nb-0,46 C

4180 h

980 h

2200 h

Tableau IV

Influence de la teneur en chrome du composite Ni - Cr -10 Co -10 W - 5 Al - 4,5 Nb - 0,5 C sur sa stabilité structurale. Phases apparues après un maintien d'une durée de 3000 heures à des températures moyennes de 850 à 1000 °C

T °C % Cr 7-7,5

850 fibres intactes quelques car bures M'23C6 dans joints de grains

900 fibres intactes carbures

M'23Q dans joints de grains

950 fibres intactes quelques carbures M'23C6 dans joints de grains

1000 pas de carbure de chrome

7,6-8

fibres intactes carbures M'23C6 aux joints de grains fibres intactes dans la matrice carbures M'23C6 dans joints de grains fibres intactes carbures M'23C6 aux joints de grains fibres intactes très rares carbures M'23C6 dans joints de grains

8-8,5

carbures aux joints; début de transformation sur quelques fibres carbures M'23C6 dans joints de grains début de transformation sur quelques fibres fibres intactes beaucoup de carbures aux joints de grains fibres intactes quelques carbures M'23C6 dans joints de grains

9-10

fibres transformées partiellement en M'23C6

fibres transformées partiellement en carbure de chrome M'23C6

fibres intactes pour Cr = 9% fibres transformées partiellement en M'23C6 pour Cr = 10%

Tableau V

Influence de la teneur en chrome du composite: Ni - Cr -10 Co -10 W - 6 Al - 4,2 Nb - 0,47 C sur sa stabilité structurale. Phases apparues après un maintien d'une durée de 3000 heures à des températures moyennes de 850 à 1000 °C

T °C % Cr 5-5,5 850

fibres intactes pas de carbures M'23C6 pour Cr < 5,3%

5,5-6

fibres intactes carbures M'23C6 aux joints de grains

900 fibres intactes quelques carbures M'23C6 aux joints de grains fibres intactes carbures M'23C6 aux joints de grains

950

fibres intactes pratiquement pas de carbure M'?3C6 quand Cr ^ 5,3%

fibres intactes carbures M'23C6 dans joints de grains Cr < 5,7% peu de carbures

1000

pas de carbure de chrome fibres intactes quelques rares carbures M'23C6 aux joints de grains

6-6,5

6,5-7

beaucoup de carbures M'23C6 aux joints de grains, quelques rares carbures en fibres dans la matrice, fibres dégradées dans joints fibres intactes dans la matrice carbures M'23C6 aux joints carbures M'23C6 aux joints de grains début de transformation des fibres en M'23C6

fibres intactes dans la matrice carbures M'23C6 aux joints de grains fibres transformées en M'23C6

fibres transformées partiellement en M'23C6, carbures aux joints, fibres totalement transformées pour Cr > 7%

fibres transformées partiellement en M'23C6, carbures aux joints, fibres totalement transformées pour Cr ^ 7%

fibres peu endommagées. M'23C6 aux jonts de grains phase a et carbures de Cr sur quelques fibres

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8

C- Dans une troisième famille de matériaux selon l'invention, le durcissement de la matrice par précipitation de la phase y' est encore amélioré par une augmentation complémentaire de la teneur en aluminium, celle-ci étant portée à 7%. Pour assurer la stabilité structurale du composite pendant de longues durées de vie, c'est-à-dire pour éviter l'apparition du composé indésiré Cr23C6, la teneur en chrome est alors inférieure ou égale à 4% en poids. La double inégalité caractéristique de cette troisième famille est la suivante: 6% < Al < 7%

Cr < 4%.

Pour une teneur en aluminium du composite supérieure à 7% en poids, la phase y' se produirait en partie directement au cours du processus de solidification et perturberait la solidification du composite.

En revanche, dans les composites selon l'invention, un durcissement plus important de la matrice peut être obtenu par augmentation du durcissement de la solution solide y de la matrice et ce, par une élévation de la teneur en W au-dessus de 10% en poids. Cependant, afin de conserver au système une bonne stabilité structurale, pour des teneurs en W supérieures à 10% et pouvant atteindre 14% en poids, la teneur en Cr est abaissée en correspondance jusqu'à ne pas être supérieure à 4% en poids pour une teneur en W de 14%, le choix de la teneur en chrome étant par ailleurs toujours déterminé compte tenu de la teneur en Al.

L'invention prévoit également de remplacer partiellement le W par du Mo, ce constituant ayant également un effet de durcissement en solution solide de la matrice.

D- Conformément à l'invention, dans cette autre famille de matériaux, le Mo est présent en une quantité en poids pouvant aller jusqu'à environ la moitié de celle du W. Ces composites répondent aux limites de composition données ci-après, les valeurs étant données d'une part pour des matériaux comprenant 6% d'aluminium et, d'autre part, pour des matériaux comprenant 7% d'aluminium:

Exemple 5

W

10% en poids

Mo

2%

Cr

3,5%

Al

7%

Nb

3,8%

C

0,40%

Ni complément à 100.

Co

0 à 20% en poids

Co 0 à 20% en poids

W

7 à 14%

W 7 à 14%

Mo

3 à 0%

Mo 3 à0%

Cr

<4%

Cr ^ 3,5%

Al

6%

Al 7%

Nb

3,5 à 6%

Nb 3,5 à 5%

C

0,4 à 0,65%

C 0,35 à 0,55%

Ni complément à 100 Ni complément à 100.

Des exemples particuliers de tels matériaux sont donnés ci-apres:

Exemple 3

Co

10% en poids

W

10%

Mo

2%

Al

6%

Cr

4%

Nb

3,8%

C

0,46%

Ni complément à 100.

Exemple 4

Co

10% en poids

W

10%

Mo

2%

Cr

3,5%

Al

7%

Nb

3,8%

C

0,40%

Ni complément à 100.

Suivant les besoins, d'autres éléments tels que Ta, V, Zr, Hf, Ti, peuvent être ajoutés au système de base pour favoriser le durcissement par le précipité y' ou le renforcement par les fibres de monocarbure. Cependant, ces éléments ne doivent pas 15 être ajoutés en une quantité telle que leur répartition dans les différentes phases du composite entraînerait une teneur en chrome de la solution solide y supérieure à 15% en poids. A cet effet, il est prévu, conformément à l'invention, que de tels éléments peuvent être ajoutés jusqu'à concurrence de 2% en 2opoids de la composition de base.

Des exemples de tels composites sont donnés ci-après:

Exemple 6

Co 10% en poids

W 10%

Mo 2ol

Al 6%

Cr 4%

Ti 1%

V 1%

Nb 2,2%

C 0,5%

Ni complément à 100.

30

35

Exemple 7

Co 10% en poids

W 10%

Al 6%

Cr 4%

Ta 2%

Nb 4,2%

C 0,45%

Ni complément à 100.

Exemple 8

Co 10% en poids

W 10%

Al 6%

Cr 4%

Ta 1%

Nb 4,5%

C 0,45%

Ni complément à 100.

so Les matériaux selon l'invention, malgré leur teneur en Cr relativement faible, présentent une bonne tenue à la corrosion sèche et à l'oxydation à haute température, comme le montrent les Tableaux VI et VII ci-après, relatifs à des essais de tenue des composites dans des gaz de combustion contenant «50,15% de soufre et 1 à 5 ppm de NaCl, à 850,950 et 1050 °C.

Il ressort du Tableau VI qu'un composite selon l'invention à 4% de chrome (Ni-10 Co -10 W - 2 Mo - 6 Al - 4 Cr -3,8 Nb - 0,46 C) présente une meilleure tenue à la corrosion

40

45

50

55

9

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sèche et à l'oxydation à haute température, dans les conditions de l'essai, que l'alliage commercial IN-100.

L'invention prévoit également l'addition aux matériaux d'yttrium (Y) dans une proportion de 0,1 à 0,5% en poids,

Ni - 20 Co -10 Cr -10 W -

4 Al-4,9 Nb-0,55C Ni -10 Co - 8 Cr -10 W -

5 Al-4,5 Nb-0,5C

Ni -10 Co-6 Cr -10 W-

6 Al - 4,2 Nb - 0,47 C Ni -10 Co - 4 Cr -10 W -

2 Mo - 6 Al - 3,8 Nb - 0,46 C Ni -10 Co - 4 Cr -10 W -2 Mo - 0,2 Y - 6 Al - 3,8 Nb -0,46 C IN 100

Le tableau VII fait ressortir ces propriétés pour l'alliage de 60

10%

2% 65

4%

6%

3,8%

dans le cas où une pièce en l'alliage est destinée à être soumise à des conditions particulièrement sévères relativement à l'oxydation et à la corrosion.

°C

h h h h h h

°C

90 h

473 h

235 h

90 h

112 h

453 h

110 h

191 h

500 h

90 h

112 h

429 h

90 h

88 h

425 h

40 h

425 h

C

0,46%

Y

0,2%

Ni complément à 100.

L'addition d'yttrium dans les fourchettes indiquées ci-des-sus n'affecte pas les propriétés mécaniques des matériaux selon l'invention. La stabilité structurale des matériaux de l'invention n'est également pas affectée par l'addition d'yttrium.

500 h*

500

h*

260

500 h*

500

h*

500

500 h*

500

h*

500

350 h

500

h*

500

Tableau VI

Essai d'endommagement en corrosion cyclique (3 cycles par 24 heures)

Conditions d'essai:

- fuelT.R.O.

- soufre 0,15%

- air 3 fois stoechiométrique

- 1 ppm NaCl dans le gaz de combustion

Composition T °C 850 °C 950 °C 105(

Ni - 20 Co -10 Cr -10 W -

4 Al - 4,9 Nb - 0,55 C Ni -10 Co - 8 Cr -10 W -

5 Al - 4,5 Nb - 0,5 C Ni -10 Co - 6 Cr -10 W -

6 Al - 4,2 Nb - 0,47 C Ni -10 Co - 4 Cr -10 W -2 Mo - 6 Al - 3,8 Nb - 0,46 C Ni -10 Co - 4 Cr -10 W -

2 Mo -0,2 Y - 6 Al - 3,8 Nb -

0,46 C 500 h 500 h* 500

IN 100 140 h 500 h* 260

*Essai interrompu après 500 heures sans apparition d'endommagement.

Tableau VII

Essai d'endommagement en corrosion cyclique (3 cycles par jour)

Conditions d'essai:

- fuel T.R.O.

- soufre 0,15%

- air 3 fois stoechiométrique

- 5 ppm NaCl dans le gaz de combustion

Durée en heures de l'essai jusqu'à l'apparition d'endommagement

Composition T°C 850 °C 950 °C 105C

composition ci-après:

Co

W

Mo

Cr

Al

Nb

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10

Le Tableau VIII montre, pour les alliages de composition pondérale ci-après, l'influence de l'addition d'yttrium sur leur tenue au fluage:

(a) Co

10%

W

10%

Mo

2%

Cr

4%

Al

6%

Nb

3.8%

C

0,46%

Y

0,2%

Ni complément à 100.

10

(b)Co

10%

W

10%

Cr

8%

Al

5%

Nb

4,5%

C

0,5%

Y

0,2%

Ni complément à 100.

Tableau VIII

Influence de l'addition d'yttrium sur la tenue au fluage

b)

a)

Composition

Ni -10 Co -10 W - 8 Cr -5 Al - 4,5 Nb - 0,5 C

Ni -10 Co -10 W - 8 Cr -5 Al - 4,5 Nb - 0,5 C -0,2% Y

Ni-10 Co-10W-2Mo-4 Cr - 6 Al - 3,8 Nb - 0,46 C

Ni -10 Co -10 W - 2 Mo -4 Cr - 6 Al - 3,8 Nb - 0,46 C 0,2% Y

Ni -10 Co -10 W - 2 Mo -4 Cr - 6 Al - 3,8 Nb - 0,46 C

Ni -10 Co -10 W - 2 Mo -4 Cr - 6 Al - 3,8 Nb - 0,46 C 0,2 Y

Conditions d'essai

850 "C/350 MPa

900 °C/340 MPa

1000 °C/210MPa

Vitesse de fluage secondaire A 1/1/t

4,16 x 10_5/h

2,87 x 10_5/h 2,62 x 10_5/h

1,73 x 10_5/h

Temps de rupture

934 h

1180 h 158 h

285 h 212 h

255 h

Claims

643 002

1. Matériau composite réfractaire, à matrice à base de nickel, contenant du chrome, du tungstène et/ou du molybdène en solution solide et un précipité d'une phase y' (Ni, Xi)3(al, Yi), Xi représentant des éléments différents de Ni et Yi des éléments différents de Al que peut contenir la matrice et qui se substituent respectivement à des atomes de Ni et d'Al dans la formation du précipité y', des fibres monocristallines alignées en monocarbure de niobium étant noyées dans ladite matrice, caractérisé en ce que la proportion de chrome est tenue à une valeur inférieure à celle à partir de laquelle se forme dans la matrice le carbure de chrome de formule Cr^Q aux dépens du carbure de niobium des fibres de renforcement aux températures d'utilisation prévues pour le matériau, la teneur en chrome dans la composition de base du matériau étant telle que la proportion de chrome dans la solution solide y est au plus égale à 15% en poids.

2%

Cr

2%

Cr

2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition pondérale répond aux conditions ci-après:

Co 0 à 20%

W 7 à 14%

Al 4 à 7%

Cr ^ 10%

Nb 3,5 à 6%

C 0,35 à 0,65%

Ni complément à 100.

2

REVENDICATIONS

3,8%

C

0,46%

Y

0,2%

Ni complément à 100.

3

643 002

Co

3,8%

C

0,40%

Ni complément à 100.

3,5%

Al

3,5 à 5%

C

0,35 à 0,55%

Ni complément à 100.

< 3,5%

Al

3 à0%

Cr

3,5 à 6%

C

0,4 à 0,65%

Ni complément à 100.

3 à0%

Cr

3. Matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en aluminium étant de 5%, la teneur en chrome est au plus égale à 8%.

4%

Al

<4%

Al

4. Matériau composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que sa composition pondérale est la suivante:

Co 10%

Cr 8%

W 10%

Al 5%

Nb 4,5%

C 0,5%

Ni complément à 100.

5. Matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en aluminium étant de 6%, la teneur en chrome est au plus égale à 6%.

6%

Nb

6%

Nb

6. Matériau composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que sa composition pondérale répond à la formule:

Co 10%

Cr 6%

W 10%

Al 6%

Nb 4,2%

C 0,47%

Ni complément à 100.

7%

Nb

7. Matériau composite selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend 6% d'Al et 4% de Cr.

7%

Nb

7 à 14%

Mo

7 à 14%

Mo

8. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en aluminium étant de 7%, la teneur en chrome est au plus égale à 4%.

9. Matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie du W est remplacée par du Mo.

10%

Mo

10%

W

10%

Mo

10. Matériau composite selon la revendication 9, caractérisé en ce que la proportion en poids de Mo est au plus égale à la moitié de celle de W.

60

W

10

11. Matériau composite selon les revendications 5 et 9, caractérisé en ce que sa composition pondérale répond aux conditions ci-après:

Co

0 à 20%

W

12. Matériau selon la revendication 11, caractérisé en ce i5 que sa composition pondérale est la suivante:

Co 10%

W 10%

Mo 2%

20 Cr 4%

Al 6%

Nb 3,8%

C 0,46%

Ni complément à 100.

25

13. Matériau composite selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que sa composition pondérale répond aux conditions ci-après:

35

40

Co

0à20%

W

14. Matériau selon la revendication 13, caractérisé en ce que sa composition pondérale est la suivante:

Co 10%

45 W 10%

Mo 2%

Cr 3,5%

Al 7%

Nb 3,8%

so C 0,40%

Ni complément à 100.

15. Matériau selon la revendication 13, caractérisé en ce 55 que sa composition pondérale est la suivante:

16. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre de l'Y dans une proportion comprise entre 0,1 et 0,5% en poids.

17. Matériau composite selon la revendication 16, caracté- ments présents dans la solution solide, des atomes de ces élé-risé en ce que sa composition pondérale est la suivante: ments pouvant se substituer aux atomes de Ni et aux atomes d'Al dans le réseau qui constitue la phase y', Ni3Al. La phase obtenue est en fait une phase de type y', (Ni, Xi)3(Al, Yi), Xi 5 représentant les divers éléments qui se sont substitués à des atomes de Ni dans le réseau et Yi ceux qui se sont substitués à des atomes d'Al.

Ces matériaux comprennent ainsi trois phases, à savoir une solution solide y à base de Ni et Co, un précipité y' (Ni, io Xi)3(Al, Yi) - ces deux phases constituant la matrice proprement dite - et une troisième phase constituée par les fibres de renforcement.