FR2478128A1 - Nickel alloy for single crystal casting - contg. chromium, cobalt, titanium, aluminium, tungsten, niobium, tantalum, and carbon - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un alliage Approprié à la réalisation de moulages monocristallins ; elle concerne également un moulage-réalisé avec un tel alliage .The present invention relates to an alloy suitable for producing monocrystalline moldings; it also relates to a molding-made with such an alloy.
Dans les cas où des objets faits d'alliages à base de nickel sont destinés à être utilisés à des températures élevée dans des conditions sévères ae contrainte mécanique et d'attaque corrosive, on a constaté que les moulages formés d'un cristal unique offraient des avantages virtuels par la combinaison de leur durée de service et de leur résistance aux températures élevées . Le prircipal domaine dans le- quel ces propriétés se révèlent utiles est celui concernant les parties les plus chaudes des moteurs à turbine à gaz telles que les aubes dè distributeur et les aubes mobiles de la turbine .Mais les allia- ges spéciaux à base de nickel communément utilisés, dont la réalisation a été très poussée pour les moulages usuels isoaxiques, présentent des combinaisons de matières constitutives éventuellement défavorables aux propriétés d'un moulage monocristallin fait des mères matières
Partant d'un alliage spécial moderne, les inventeurs ont mis au point une combinaison de compositions pour alliages donnant d'excellentes propriétés lorsqu'el- les sont utilisées sous forme d'un moulage morocristal'lin .In cases where objects made of nickel-based alloys are intended to be used at elevated temperatures under severe mechanical stress and corrosive attack conditions, single-crystal moldings have been found to provide virtual benefits by combining their service life and their resistance to high temperatures. The most important area in which these properties are useful is the hottest parts of gas turbine engines such as vane vanes and turbine blades. But nickel-based special alloys commonly used, the realization of which has been very advanced for the usual isoaxial moldings, have combinations of constituent materials which are possibly unfavorable to the properties of a monocrystalline molding.
Starting from a modern special alloy, the inventors have developed a combination of alloy compositions giving excellent properties when used as a microcrystalline molding.
L'alliage selon la présente invention, utilisable sous forme de moulage monocristallin, a la composition suivante exprimée en ss en poids
Chrome 7 à 13 % Molyédène 0 à 1 %
Cobalt 2 à 15 % Tantale 1,5 à 5 %
Titane 0 à 2,5 ss Hafnium o à 2 ss
Aluminium 4,5 à 6,7 % Carbone 0,015 à 0,05 %
Tungstène 7 à 12 % More o à 0,01 ss
Niobium 0 à 1 % Zirconium O à 0,05 d
Le complément étant constitué par du nickel, plus des impuretés éventuelles
De préférence, cet alliage comprendra les composents suivants, exprimés en ,: en poids
Chrome 8 à 10 % Tantale 2,25 à 5 %
Cobalt 2 à 11 % Hafnium O à 1,7 %
Titane 1,25 à 1,75 % Carbone 0,015 à 0,05
Aluminium 5,25 à 5,75 % Bore 0 à 0,01 %
Tungstène 9 à 11 % Zirconium O à 0,05 %
Le complément étant constitué par du nickel, plus des impuretés éventuelles
L'expérience a révélé qu'une proportion de 3 à 7 % de cobalt présentait des avantages particuliers
si cela s'avère adéquat,
L'alliage pourra, être traité thermiquement en solution jusqu'à une température d'environ 1300 C ; dans certains cas spécifiques par exemple, ce traitement thermique s'est fait à une température de 1300 à 1320 C pendant une heure, suivi d'un refroidissement à la température ambiante et d'un chauffage à 870 C pendant 16 heures
L'invention concerne également un objet moulé sous forme monocristalline, fait de l'alliage selon l'in Invention, et en particulier une aute mobile moulée, pour moteur à turbine à gaz, faite de cet alliage coulé sous forme monocristalline
Des essais ont été effectués en vue d' d'obtenir confirmation des propriétés des alliages selon l'invention
Ces essais sont décrits ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un diagramme à colonnes repr6sentant
la durée de service d'éprouvettes de divers alliages
sous contrainte mécanique et à une première tempé
rature basse ; et - la figure 2 est un diagramme semblable à celui de
la figure 1 représentant la durée de service des
mêmes éprouvettes à une seconde température plus
élevée que la première
Pour les essais des alliages selon l'invention, on a réalisé des éprouvettes des divers alliages sous forme coulée monocristalline .Il existe deux procédés, bien connus, de réalisation de moulages monocristallins, consistant soit à utiliser un germe cristallin soit à recourir à une solidification directionnelle suivie de 11 emploi d'un passage labyrinthique servant à sélectionner un cristal unique de l'alliage, croissant pour former l'éprouvette
Bien que l'un ou l'autre procédé puisse être utilisé, le second s'est révélé aux inventeurs plus commode et ils ont réalisé, pour chacun des alliages essayés, une éprouvette faite d'un cristal unique .Pour permettre la comparaison, ils ont également réalisé une éprouvette semblable coulée sous forme d'une matière directionnellement solidifiée, cette dernière matière étant constituée comme on le sait, par une pluralité de grains individuels, tous parallèles, et possédent en général des propriétés meilleures Zue celles d'un moulage classique ou isoaxique du même alliage les dessins annexés permettent de comparer la capacité de résistance à la contrainte avant rupture, à une température basse (760 C) et à use température plus élevée (1040 C) de dix éprouvettes monocristallirnes avec celle d'une éprouvettes témoin directionnellement solidifiée
Les compositions théoriques de chaque éprouvette sont indiquées dans le Tableau I ci-après mais on fera re- marquer que l'analyse réelle pourrait donner des chiffres quelque peu différents
TABLEAU I (prerière partie)
The alloy according to the present invention, usable in the form of monocrystalline molding, has the following composition, expressed in ss by weight
Chrome 7 to 13% Molyedene 0 to 1%
Cobalt 2 to 15% Tantalum 1.5 to 5%
Titanium 0 to 2.5 ss Hafnium o to 2 ss
Aluminum 4.5 to 6.7% Carbon 0.015 to 0.05%
Tungsten 7 to 12% More o to 0.01 ss
Niobium 0 to 1% Zirconium O to 0.05 d
The complement being made of nickel, plus any impurities
Preferably, this alloy will comprise the following compounds, expressed in: by weight
Chrome 8 to 10% Tantalum 2.25 to 5%
Cobalt 2 to 11% Hafnium O to 1.7%
Titanium 1.25 to 1.75% Carbon 0.015 to 0.05
Aluminum 5.25 to 5.75% Boron 0 to 0.01%
Tungsten 9 to 11% Zirconium O at 0.05%
The complement being made of nickel, plus any impurities
Experience has shown that 3 to 7% of cobalt has special advantages
if it is adequate,
The alloy may be heat treated in solution to a temperature of about 1300 C; in some specific cases for example, this heat treatment was at a temperature of 1300 to 1320 C for one hour, followed by cooling at room temperature and heating at 870 C for 16 hours
The invention also relates to a monocrystalline molded object, made of the alloy according to the invention, and in particular a molded mobile auot for a gas turbine engine, made of this alloy cast in monocrystalline form.
Tests have been carried out with a view to obtaining confirmation of the properties of the alloys according to the invention
These tests are described below with reference to the accompanying drawings in which - Figure 1 is a columnar diagram showing
the service life of specimens of various alloys
under mechanical stress and at a first tempe
low erection; and - Figure 2 is a diagram similar to that of
Figure 1 represents the service life of the
same test pieces at a second temperature more
higher than the first
For the tests of the alloys according to the invention, specimens of the various alloys in monocrystalline cast form have been produced. There are two known methods of producing monocrystalline moldings, consisting of either using a crystalline seed or using solidification. directional followed by use of a labyrinthine passageway to select a single crystal of the alloy, growing to form the specimen
Although one or the other method may be used, the second has proved to the inventors more convenient and they have realized, for each of the alloys tested, a specimen made of a single crystal. To allow the comparison, they have also produced a similar test piece cast in the form of a directionally solidified material, the latter material being constituted, as we know, by a plurality of individual grains, all parallel, and generally having better properties than those of a conventional molding. or isoaxic of the same alloy the appended drawings make it possible to compare the ability to withstand the stress before breaking, at a low temperature (760 C) and to use the higher temperature (1040 C) of ten monocrystalline specimens with that of a test specimen directionally solidified
The theoretical compositions of each test piece are shown in Table I below, but it will be noted that the actual analysis might give somewhat different figures.
TABLE I (first part)
<tb> Eprouvette <SEP> Chrome <SEP> Cobalt <SEP> Titane <SEP> Aluminium <SEP> Fungstène
<tb> Témoin <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> d'essai <SEP> 1 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 2 <SEP> # <SEP> 9 <SEP> <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5- <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 3. <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 7 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 5 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 9 <SEP> 9 <SEP> 0+ <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> 10
<tb> <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1,5 <SEP> 5,5 <SEP> t0 <SEP>
<tb>
TABELEAU I (Fin)
<tb> Specimen <SEP> Chrome <SEP> Cobalt <SEP> Titanium <SEP> Aluminum <SEP> Fungsten
<tb> Control <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb> test <SEP> 1 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 2 <SEP>#<SEP> 9 <SEP><SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 - <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 3. <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 4 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 5 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 7 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 5 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 9 <SEP> 9 <SEP> 0+ <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> 10
<tb><SEP> - <SEP> 10 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 1.5 <SEP> 5.5 <SEP> t0 <SEP>
<Tb>
TABELEAU I (End)
<tb> Eprouvette <SEP> Tantale <SEP> Hafnium <SEP> Carbone <SEP> Bore <SEP> Zirconium
<tb> Témoin <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,15 <SEP> 0,015 <SEP> 0,05
<tb> <SEP> 'essai <SEP> 7 <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,15 <SEP> 0,015 <SEP> 0,05
<tb> <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 2,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0+ <SEP>
<tb> <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0,05
<tb> <SEP> - <SEP> 6 <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,15 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> <SEP> - <SEP> 7 <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,015 <SEP> 0,015 <SEP> 0+
<tb> <SEP> - <SEP> 8 <SEP> <SEP> 2,5 <SEP> 0+ <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> <SEP> - <SEP> 9 <SEP> 2,5 <SEP> 0+ <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 2,5 <SEP> 0+ <SEP> 0,015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> 0+ :On notera qu'il est impossible d'éliminer toute
trace de ces éléments ; l'alliage contiendra donc
des traces résiduelles involontaires de ces élé
ments
Ce tableau I montre que l'alliage 1 est identique à l'alliage témoin ; toute différence entré leurs Fropriétés respectives est donc dûe à la ai=2érence de structure existant entre un moulage monocristallin (alliage 1) et un moulage directionnellement solidofié (alliabe.témoin) . Chacun des autres alliages démontre l'effet d'un changement dans la co=rosition de la matière constitutive .On voit que les alliages 2 à 5, 8 et 10 tombent dans le domaine de la présente invention tandis que les alliages 1, 6, 7 et 9 se situent hors de ce domaine
Dans tous les cas représentés aux figures 1 et 2, les alliages ont été traités therriquement en solution à une température de 870 C pendant 16 heures
Si l'on se reporte aux diagrammes, la figure 1 montre la longévité des échantillons des divers alliages lorsqu'ils sont maintenus sous une contrainte mécanique de 730 mégapascale à une température de 760 C.<tb> Specimen <SEP> Tantalum <SEP> Hafnium <SEP> Carbon <SEP> Boron <SEP> Zirconium
<tb> Control <SEP> 2.5 <SEP> 1.2 <SEP> 0.15 <SEP> 0.015 <SEP> 0.05
<tb><SEP>'test<SEP> 7 <SEP> 2,5 <SEP> 1,2 <SEP> 0,15 <SEP> 0,015 <SEP> 0,05
<tb><SEP> - <SEP> 2 <SEP> 2.5 <SEP> 0.5 <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb><SEP> - <SEP> 3 <SEP> 2.5 <SEP> 1.0 <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb><SEP> - <SEP> 4 <SEP> 2.5 <SEP> 1.2 <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0+ <SEP>
<tb><SEP> - <SEP> 5 <SEP> 2.5 <SEP> 1.2 <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0.05
<tb><SEP> - <SEP> 6 <SEP> 2.5 <SEP> 1.2 <SEP> 0.15 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb><SEP> - <SEP> 7 <SEP> 2.5 <SEP> 1.2 <SEP> 0.015 <SEP> 0.015 <SEP> 0+
<tb><SEP> - <SEP> 8 <SEP><SEP> 2.5 <SEP> 0+ <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb><SEP> - <SEP> 9 <SEP> 2.5 <SEP> 0+ <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb><SEP> - <SEP> 10 <SEP> 2.5 <SEP> 0+ <SEP> 0.015 <SEP> 0+ <SEP> 0+
<tb> 0+: Note that it is impossible to eliminate any
trace of these elements; the alloy will therefore contain
unwanted residual traces of these elements
ments
This Table I shows that the alloy 1 is identical to the control alloy; any difference between their respective properties is therefore due to the structural difference existing between a monocrystalline molding (alloy 1) and a directionally solid molded molding (alliabe.temoin). Each of the other alloys demonstrates the effect of a change in the composition of the constituent material. We see that the alloys 2 to 5, 8 and 10 fall within the scope of the present invention while the alloys 1, 6, 7 and 9 are outside this area
In all the cases represented in FIGS. 1 and 2, the alloys were treated thereafter in solution at a temperature of 870 ° C. for 16 hours.
Referring to the diagrams, Figure 1 shows the longevity of the samples of the various alloys when they are held under a mechanical stress of 730 megapascal at a temperature of 760 C.
Cette méthode d'essai clastique sert à déterminer les propriétés de résistance à la contrainte avant rupture de l'alliage et ne sera pas décrite plus en détail ici . On constate que l'alliage témoin a une longévité inférieure à 80 heures tandis que le m8me alliage sous forme monocristalline (alliage 1) a une longévité presque double de 145 heures . Le premier alliage selon l'invention (alliage 2) a une longévité proche de 260 heures, ce qui indique une amélioration considérable .Les alliages 3, 4 et 5, bien que n'atteignant pas cette valeur maximale, révèlent également une amélioration marquée avec des longévités supérieures à 200 heures (alliages 3 et 4) et a 230 heures (alliage 5)
Les alliages 6 et 7 sont en erors du domaine de l'invention en raison de la faible teneur en carbone pour l'alliage 6 et de la faible teneur en bore pour l'alliage 7 . Aucun de ces alliages ne vaut l'alliage 1 et, en ce qui concerne l'alliage 7, sa longévité est presque aussi réduite que celle de l'alliage témain .Avec les alliages 8 et 10, on revient aux valeurs rencontrées pour les alliages 3 et 4 (supérieures à 200 heures), tandis que l'alliage 9, hors du domaine de l'invention du fait de sa très faible teneur en cobalt, est, lui aussi, moins avantageux que l'alliage témoin . I1 est intéressant de noter que cet alliage s'est révélé instable après avoir été trempé pendant 500 heures à des températures élevées de l'ordre de 850 à 1050 C
La figure 2, à laquelle on se reporte maintenant, montre les résultats obtenus par une méthode d'essai semblable à la précédente mais à une température plus élevée (1040 C) et are contrainte proportionnellement plus faible (128 magapascals) .On voit que les comportements des éprouvettes à une température inférieure se répètent dans une grande mesure . L'alliage mo- nocristallin 1 par exemple, est semblable à l'alliage témoin, et les alliages 2 à 5 révèlent une amélioration considérable sur ces deux premiers alliages
L'alliage 6 est beaucoup moins efficace, de même que l'slliage 9, tandis que l'alliage 8 se révèle très prometteur dans ces conditions et possède en fait un meilleur équilibre de toutes ses propriétés, en particulier lorsqu'il est traité thermiquement (voir plus loin) . L'alliage 7 est semblable à l'alliage 5 dans ces conditions de température mais il est évi demment déconsidéré par son très médioere comportement à la température inférieure
On voit done que les alliages selon l'invention révèlent une emélioration marquée de leurs propriétés tout à fait hors de proportion avec les modifications plut8t réduites de leurs constituants . ien que la longévité avant rupture, sous contrainte, soit très importante pour l'utilité d'ur alliage, ce n'est rs le seul paramètre à considérer ; les modificatione coriorm.es à l'invention ne semblent ras devoir avec ter de façon néfaste les paramètres significatifs d'un alliage et l'on constate qu'elles en améliorent quelques-uns
Le point de fusion original se trouve donc élevé par les faibles teneurs en bore et en zirconium, ces deux corps ayant la propriété d'abaisser le point de fusion.This clastic test method is used to determine the tensile strength properties before breaking of the alloy and will not be described in more detail here. It is found that the control alloy has a longevity of less than 80 hours while the same alloy in monocrystalline form (alloy 1) has a longevity almost double 145 hours. The first alloy according to the invention (alloy 2) has a longevity close to 260 hours, which indicates a considerable improvement. The alloys 3, 4 and 5, although not reaching this maximum value, also reveal a marked improvement with longevities greater than 200 hours (alloys 3 and 4) and 230 hours (alloy 5)
Alloys 6 and 7 are within the scope of the invention because of the low carbon content for alloy 6 and the low boron content for alloy 7. None of these alloys is worth the alloy 1 and, with regard to the alloy 7, its longevity is almost as reduced as that of the alloy tint. With the alloys 8 and 10, one returns to the values met for the alloys 3 and 4 (greater than 200 hours), while the alloy 9, outside the scope of the invention because of its very low cobalt content, is also less advantageous than the control alloy. It is interesting to note that this alloy was found to be unstable after being soaked for 500 hours at elevated temperatures of the order of 850 to 1050 C.
Figure 2, which is referred to now, shows the results obtained by a test method similar to the previous one but at a higher temperature (1040 C) and are constrained proportionally lower (128 magapascals). The behavior of the specimens at a lower temperature is repeated to a great extent. Monocrystalline alloy 1, for example, is similar to the control alloy, and alloys 2 to 5 show considerable improvement over these first two alloys.
Alloy 6 is much less effective, as well as alloy 9, while alloy 8 is very promising under these conditions and actually has a better balance of all its properties, especially when heat-treated. (to see further) . The alloy 7 is similar to the alloy 5 under these temperature conditions but it is obviously undervalued by its very poor behavior at the lower temperature.
It is thus seen that the alloys according to the invention show a marked improvement in their properties quite out of proportion with the rather reduced modifications of their constituents. Although longevity before rupture, under stress, is very important for the utility of an alloy, it is not the only parameter to be considered; the modifications coriorm.es the invention do not seem to go with nefast ter the significant parameters of an alloy and it is found that they improve some
The original melting point is thus high by the low levels of boron and zirconium, these two bodies having the property of lowering the melting point.
Cette particularité est avantageuse pour deux raisons parce qu'elle donne une possibilité immédiate d'élever la température de travail de l'alliage, et parce qu'elle permet d'utiliser un traitement thermique en solution à une température plus élevée . L'élévation de la température du traitement thermique entratne une élévation du degré auquel la phase de durciseement
entre en solution, et la longévité avant rupture sous contrainte s'en trouve augmentée
Le Tableau II ci-ap-ès montre l'augmentation du point de fusion original et l'amélioration de la longévité avant rupture, sous contrainte, obtenue au moyen du traitement thermique à température plus élevée rendu ainsi possible .On voit que la longévité avant rup ture est indiquée pour les conditions appliquées pour i'obtention des résul tats représentés aux figures 1 et 2, ce qui permet de comparer les résultats.This feature is advantageous for two reasons because it gives an immediate opportunity to raise the working temperature of the alloy, and because it allows to use a heat treatment in solution at a higher temperature. Raising the temperature of the heat treatment causes a rise in the degree to which the hardening phase
enters into solution, and the durability before rupture under stress is increased
Table II below shows the increase of the original melting point and the improvement of the durability under stress, obtained by means of the heat treatment at higher temperature thus made possible. It is seen that the longevity before Rup ture is indicated for the conditions applied to obtain the results shown in Figures 1 and 2, which allows the results to be compared.
Le traitement thermique modifié consiste à refroidir depuis la température de traitement en solution jusqu'à la température ambiante puis a appliquer un traitement thermique de mûrissement à une température inférieure.The modified heat treatment consists of cooling from the solution treatment temperature to room temperature and then applying a curing heat treatment at a lower temperature.
Evidemment, la température de traitement thermique devra être inférieure au point de fusion lequel, pour certains alliages selon l'invention, pourra être inférieur ou point de fusion préféré de 1300 - 1320 C.Obviously, the heat treatment temperature must be lower than the melting point which, for certain alloys according to the invention, may be lower or preferred melting point of 1300 - 1320 C.
TABLEAU Il
TABLE II
<tb> <SEP> Point <SEP> de <SEP> Traitement <SEP> Longévité <SEP> Longévité
<tb> Alliage <SEP> fusion <SEP> thermique <SEP> (730 <SEP> MPa, <SEP> (128 <SEP> MPa,
<tb> <SEP> d'origine <SEP> 760 C) <SEP> 1040 C
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<tb>
On notera qu'entre le traitement thermique initial en solution à haute température et le traitement ultérieur de mûrissement à température plus basse l'éprouvette a été refroidie à la température ambiante. Les inventeurs ont constaté que cette phase de refroidissement et la vitesse à laquelle elle s'effectuait pouvaient enfraîner des différences notables dans les propriétés finales .C'est ainsi qu'une vitesse de refroidissement de 70 à 1002C par minute au cors de cette phase peut abrutir à une amélioration marquée de ces propriétés I1 ressort clairement du Tableau II ci-dessus qu'il est possible d'obtenir une augmentation considérable de la longévité avant rupture, sous contrainte, au moyen d'un traitemen thermique en solution à haute température .C'est principalement le cas de l'al- liage 8 qui est un alliage préféré
D'autres paramètres se trouvent également améliorés
Les inventeurs ont constaté, par exemple, qu'en utilisant le tantale au lieu du tungstène et du molybdène comme durcissants de solution solide on pouvait améliorer la résistance à la corrosion et à l'oxydation
Ils ont démontré l'importance de cette addition de tantale par des essais comparatifs d'alliages conte nant ou non du tantale . Pour l'alliage 10, par exemple, cette longévité sous une contrainte de 730 MPa et à une température de 7602C était de 210 heures tandis qu'elle était de 177 heures sous 128 MPa et à 1040 C (voir Tableau II). Pour des éprouvettes faites d'un alliage identique mais sans tantale, les longévités correspondantes furent de 67 et 51 heures, respectivement .Aux teneurs utilisées pour les éprouvettes d'essai, le tantale est nettement indispensable et les inventeurs pensent qu'en fait des additions allant jusqu'à 3 % et même dépassant légèrement ce chiffre peuvent être avantageuses . Des essais, effectués ensuite, sur la résistance de l'alliage à la corrosion ont confirmé l'importance de l'addition de tantale .C'est ainsi que trois échantillons, l'un fait de l'alliage témoin, un second de l'alliage 8 mais sans tantale, et un troisième de l'alliage 8 dans lequel le tantale avait êté remplacé par du tungstène, ont été placés pendant 90 heures à 1050 C dans une atmosphère d'air additionée de 4 parties par million de sel . A l'expiration de ce laps de temps, l'éprouvette témoin révélait une attaque de 140 P tandis que les deux autres échantillons révé- laient une attaque plus sévère de 200 'i
En outre, les faibles teneurs en carbone provoquent l'apparition de particules de carbure d'assez petites dimensions et éliminent ainsi l'apparition de carbures de morphologie soriptique de grandes dimensions qui pourraient diminuer la résistance à l'oxydation des alliages spéciaux à base de nickel revêtus d'aluminures (de même que pour les alliages directionnellement solidifiés) .C'est ainsi qu'on a effectué des essais de résistance à la corrosion sur des composés isotropiques recouverts d'aluminues. semblables, pour le reste, à l'alliage témoin précité, et l'on a constaté qu'avec de fines particules de carbure la longévité était clus du double de celle de l'alliage normal
On a également constaté que la résistance aux chocs des composés selon l'invention était considérablement améliorée par comparaison avec celle du composé non modifié, directionnellement solidifié .Les inventeurs pensent que cet effet est da à l'absence de carbures soriptiques
La stabilité de l'alliage, qui est déterminée par le teneurs en aluminium, titane, chrome, tuingstène et cobalt, n'est pas sérieusement affect6e a les mod-- fications proposées par l'invention mais on comprendra qu'en prenant des alliages dont les teneurs en constituants sont situées aux valeure extrêmes des proportions indiquées il est possible de produire des alliages ae stabilité réduite bien qu'encore utiles co=i-.e alliages I1 ressort de la description qui précèae que les al liages selon l'invention confèrent des propriétés convenant aux pièces travaillant dans des conditions très sévères de contrainte à des températures élevées telles que, car exemple, les aubes mobiles de moteurs à turbine à gaz . Toutefois, les popriétée de ces alliages les rendent propres à de nombreux autres usages tels que pour d'autres parties constitutives des turbines à gaz. <tb><SEP><SEP> Point of <SEP> Treatment <SEP> Longevity <SEP> Longevity
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<Tb>
It will be noted that between the initial heat treatment in high temperature solution and the subsequent lower temperature ripening treatment the test piece was cooled to room temperature. The inventors have found that this cooling phase and the speed with which it was carried out could cause significant differences in the final properties. Thus, a cooling rate of 70 to 100 ° C. per minute at the time of this phase can It is clear from Table II above that it is possible to obtain a considerable increase in the durability before breaking, under stress, by means of a heat treatment in solution at high temperature. This is mainly the case of alloying 8 which is a preferred alloy
Other parameters are also improved
The inventors have found, for example, that using tantalum instead of tungsten and molybdenum as solid solution hardeners can improve the resistance to corrosion and oxidation.
They demonstrated the importance of this addition of tantalum by comparative tests of alloys with or without tantalum. For alloy 10, for example, this durability under a stress of 730 MPa and a temperature of 7602C was 210 hours while it was 177 hours under 128 MPa and 1040 C (see Table II). For specimens made of an identical alloy but without tantalum, the corresponding longevities were 67 and 51 hours, respectively. At the contents used for the test specimens, tantalum is clearly essential and the inventors believe that in fact additions up to 3% and even slightly above this figure may be beneficial. Subsequent tests on the resistance of the alloy to corrosion confirmed the importance of the addition of tantalum. Thus, three samples, one made of the control alloy, a second one of 8 alloy but without tantalum, and a third of the alloy 8 in which the tantalum had been replaced by tungsten, were placed for 90 hours at 1050 C in an air atmosphere supplemented with 4 parts per million of salt. At the end of this time, the control sample revealed an attack of 140 P while the other two samples revealed a more severe attack of 200%.
In addition, the low carbon content causes the appearance of relatively small carbide particles and thus eliminates the appearance of carbides of large soriptic morphology which could reduce the oxidation resistance of special alloys based on carbon. aluminides coated with aluminides (as well as for directionally solidified alloys). Thus, corrosion tests were carried out on isotropic compounds coated with aluminues. similar, for the rest, to the aforementioned control alloy, and it was found that with fine carbide particles longevity was twice that of normal alloy
It was also found that the impact resistance of the compounds according to the invention was considerably improved compared with that of the unmodified, directionally solidified compound. The inventors believe that this effect is due to the absence of soriptic carbides.
The stability of the alloy, which is determined by the contents of aluminum, titanium, chromium, tuingsten and cobalt, is not seriously affected by the modifications proposed by the invention, but it will be understood that by taking alloys The contents of constituents are located at the extreme values of the proportions indicated it is possible to produce alloys with reduced stability although still useful co = i -.e alloys It is clear from the description above that the connections according to the invention provide properties suitable for parts working under very severe stress conditions at high temperatures such as, for example, the blades of gas turbine engines. However, the growth of these alloys makes them suitable for many other uses such as for other parts of gas turbines.
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