CH643302A5

CH643302A5 - Alliage de nickel.

Info

Publication number: CH643302A5
Application number: CH616779A
Authority: CH
Inventors: Stuart Walter Ker Shaw
Original assignee: Inco Europ Ltd
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1979-07-02
Publication date: 1984-05-30
Also published as: IT7949639A0; JPS6249342B2; US4288247A; JPS558500A; CA1140780A; GB2024858B; GB2024858A; IT1118876B

Description

La présente invention concerne les superallîages de nickel qui conviennent tout particulièrement pour la production de pièces moulées devant être utilisées à des températures élevées en atmosphère corrosive* par exemple dans des turbines à gaz.

Dans notre brevet CH No. 627 788 nous avons décrit et revendiqué des compositions d'alliage contenant de 14 à 22% de chrome, de 5 à 25% de cobalt, de 1 à 5% de tungstène, de 0,5 à 3% de tantale, de 2 à 5% de titane, de 1 à 4,5% d'aluminium, la somme du titane et de l'aluminium étant de 4,5 à 9%, de 0 à 2% de niobium, deplus de 0,3 à 1,2% de bore, de 0 à 3,5% de molybdène, de 0 à 0,5% de zirconium, de 0 à 0,2% au total d'yttrium et/ou de lanthane et de 0 à 0,1 % de carbone, le reste, en dehors des impuretés, étant du nickel.

Grâce aux limites étroites des ingrédients de l'alliage et de leurs corrélations les uns par rapport aux autres, tout particulièrement en ce qui concerne le bore et le carbone, ces alliages possèdent d'excellentes propriétés et une bonne combinaison de résistance mécanique, de ductilité et de résistance à la corrosion, notamment. Ces alliages peuvent être préparés par les techniques normales de moulage, par exemple par fusion sous

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vide et moulage, pour l'obtention de produits ayant une structure cristalline équi-axe.

Cependant, on a maintenant trouvé qu'une addition d'au moins l'un des éléments hafnium et vanadium à ces alliages s est bénéfique, en particulier, bien que non exclusivement, lorsqu'ils sont coulés en coquilles pour produire des moulages ayant une structure cristalline en colonnes.

L'alliage de nickel selon l'invention contient, en poids, de 14 à 22% de chrome, de 5 à 25% de cobalt, de 1 à 5% de tung-îo stène, de 0,5 à 3% de tantale, de 2 à 5% de titane, de 1 à 4,5% d'aluminium, la somme du titane et de l'aluminium étant de 4,5 à 9%, de plus de 0,3 à 1,2% de bore. Cet alliage est caractérisé en ce qu'il contient en outre au moins l'un des éléments hafnium en teneur d'au plus 2,2% et vanadium en teneur d'au i5 plus 2,0%. On exclut cependant les alliages divulgués dans les brevets GB Nos. 1 484 521 et 1 511 999.

L'addition d'hafnium ou de vanadium améliore généralement les durées jusqu'à la rupture sous charge et la ductilité à haute température de ces alliages.

20 On préfère une teneur minimum en hafnium de 0,05 %, ou encore mieux d'au moins 0,1 %. Une limite supérieure préférée pour la teneur en hafnium est de 1,7%, ou encore mieux de 1,3% et, pour les propriétés optimums, la teneur en hafnium est d'au moins 0,3% mais non supérieure à 1,2%, par 25 exemple de 0,7 à 0,8%.

Lorsque le vanadium est présent, une teneur minimum de 0,05% est à nouveau préférée, et une teneur maximum préférée pour cet élément est 1,5%. Il est encore préférable que la teneur en vanadium soit d'au moins 0,5% mais de pas plus de 30 1,3%.

Les limites préférées pour les éléments présents dans l'alliage en dehors du hafnium et du vanadium sont les mêmes que celles indiquées dans notre brevet précédent, de même que les procédés de préparation de ces alliages et les traitements 35 thermiques auxquels on peut les soumettre pour développer les propriétés optimums des alliages.

On donne maintenant des exemples d'alliages contenant du hafnium et du vanadium, et on compare leurs propriétés avec un alliage exempt de hafnium et de vanadium selon notre *o invention antérieure.

Les quatre alliages de l'invention (No 1 à 4) et l'alliage comparatif de l'invention antérieure (A), ainsi qu'un autre alliage comparatif (B) ont tous été préparés de la même manière par fusion sous vide dans un four à induction et coulés sous 45 vide à travers un sas dans un moule dont les parois avaient été chauffées à 1150 °C mais dont la base était placée sur un bloc de cuivre froid qui constituait une base de refroidissement. La coulée dans le moule a été effectuée à 1650 °C et un composé exothermique usuel a été placé au-dessus du métal liquide, so Les moulages ainsi obtenus, dont les compositions sont données dans le tableau I, sont des barres d'essais coniques ayant un diamètre à la base de 14 mm, un dimètre au sommet de 22 mm et une longueur de 90 mm. Leur structure est en colonnes avec des cristaux s'étendant sur toute la longueur des 55 barres.

Tableau I

Composition % en poids, reste Ni

Alliage

Cr

C

Co

Mo

W

Nb

Ta

Ti

Al

Zr

B

Hf

V

A

20

0,01

15

0,5

2,2

1,0

1,5

3,6

2,5

0,05

0,8

—

1

20

0,01

15

0,5

2,2

1.0

1,5

3,6

2,5

0,05

0,8

0,5

-

2

20

0,01

15

0,5

2,2

1,0

1,5

3,6

2,5

0,05

0,8

1,5

-

3

20

0,01

15

0,5

2,2

1,0

1,5

3,6

2,5

0,05

0,8

2,0

-

B

20

0,01

15

0,5

2,2

1,0

1,5

3,6

2,5

0,05

0,8

2,5

-

4

20

0,01

15

0,5

2,2

1,0

1,5

3,6

2,5

0,05

0,8

-

1,0

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Avant d'usiner des échantillons dans ces barres, on les a traités thermiquement par chauffage de dissolution pendant 4 h à 1150 °C, refroidissement à l'air et vieillissement pendant 16 h à 850 °C. Les échantillons traités thermiquement ont été ensuite soumis à différents essais de rupture sous charge, dont les résultats sont donnés dans le tableau II.

Tableau II

Essais de rupture sous charge de 650N/mm2/760 °C

Alliage No. Durée (h) Elong. (%)

A 23 3,4

1 34 6,5

2 27 4,0

3 19 2,9 B 1,7 7,9

4 17 5,8

Une comparaison des alliages 1 et 2 avec l'alliage A montre que les additions de 0,5 et 1,5% d'hafnium améliorent la ductilité à haute température de ces alliages, ainsi qu'il ressort des chiffres d'élongation ci-dessus. L'alliage No 3 montre que s 2,0% d'hafnium confèrent de bonnes propriétés similaires à celles de l'alliage A mais que trop d'hafnium, c'est-à-dire les 2,5% d'hafnium de l'alliage B, nuit fortement à la résistance mécanique.

Une comparaison de l'alliage 4 avec l'alliage A montre io l'amélioration de la ductilité à haute température résultant d'une addition de 1,0% de vanadium.

Claims

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REVENDICATIONS

1. Alliage de nickel contenant, en poids, de 14 à 22% de chrome, de 5 à 25% de cobalt, de 1 à 5% de tungstène, de 0,5 à 3% de tantale, de 2 à 5% de titane, de 1 à 4,5% d'aluminium la somme du titane et de l'aluminium étant de 4,5 à 9%, de plus de 0,3 à 1,2% de bore, caractérisé en ce que l'alliage contient en outre au moins l'un des éléments hafnium en teneur d'au plus 2,2% et vanadium en teneur d'au plus 2,0%, à l'exclusion des alliages divulgués dans les brevets GB Nos 1484 521 et 1 511 999.
2. Alliage selon la revendication 1, contenant en outre un ou plusieurs des éléments suivants: au plus 2% de niobium, au plus 3,5% de molybdène, au plus 0,5% de zirconium, au plus 0,2% au total d'yttrium et/ou de lanthane et au plus

0,1 % de carbone, en poids.
3. Alliage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0,05% d'hafnium.
4. Alliage selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce qu'il contient pas plus de 1,7% d'hafnium.
5. Alliage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0,3% d'hafnium.
6. Alliage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient pas plus de 1,3% d'hafnium.
7. Alliage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0,05% de vanadium.
8. Alliage selon la revendication 7, caractérisé enee qu'il contient pas plus de 1,5% de vanadium.
9. Alliage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0,5% de vanadium.
10. Alliage selon l'une des revendication 7 à 9, caractérisé en ce qu'il contient pas plus de 1,3% de vanadium.
11. Utilisation de l'alliage selon la revendication 1 ou 2, pour la production d'articles et de pièces moulés.