FR2557594A1 - Alliages a base de nickel - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION SE RAPPORTE A DES ALLIAGES A BASE DE NICKEL, COMPORTANT DU CHROME ET DE L'ALUMINIUM ET PERMETTANT UN DURCISSEMENT DE PRECIPITATION PAR UN TRAITEMENT THERMIQUE. CES ALLIAGES COMPORTENT EN POIDS 28 A 42 DE CHROME, MOINS DE 25 DE FER, 3 A 5 D'ALUMINIUM, LE NICKEL FAISANT LE SOLDE AVEC LES IMPURETES HABITUELLES, LES TENEURS EN FER ET EN CHROME SE SITUANT DANS LE DOMAINE REPERE I DU DIAGRAMME DE LA FIGURE 1 DE MANIERE QUE LESDITS ALLIAGES PRESENTENT LA QUANTITE DE FERRITE NECESSAIRE POUR CONTROLER LA TAILLE DU GRAIN. LES ALLIAGES SELON L'INVENTION PEUVENT ETRE UTILISES POUR DES APPLICATIONS NECESSITANT UNE GRANDE RESISTANCE MECANIQUE AVEC UNE EXCELLENTE RESISTANCE A LA CORROSION ET EXIGEANT EN PLUS UNE DUCTILITE ELEVEE.
Description
Alliages à base de nickel
La présente invention se rapporte à des alliages à base de ni-
ckel, comportant du chrome et de l'aluminium et permettant un durcissement
de précipitation par un traitement thermique.
On connatt des alliages à base de nickel comportant une forte te-
neur en chrome et de l'aluminium dans lesquels un durcissement de précipita- tion est obtenu à la suite d'un traitement de mise en solution suivi d'un
revenu. Le traitement de mise en solution des phases durcissantes intermé-
talliques permet d'atteindre des niveaux de dureté suffisamment bas pour
que le métal soit facile à mettre en forme. La température à la mise en so-
lution doit dépasser 1100 C voire 1150 C pour assurer par ailleurs le dur-
cissement lors du revenu. Des maintiens à une température supérieure à 1100 C peuvent entrainer un grossissement excessif du grain. Un grain trop
grossier entratne des états de surfaces irréguliers lors d'opérations de mi-
se en forme et rend difficiles certaines opérations d'usinage et confère
surtout au métal une grande fragilité après le revenu durcissant.
La présente invention a pour but de fournir une famille d'allia-
ges du type précité qui présentent une résistance mécanique élevée et une limite élastique très élevée avec une bonne ductilité. Ils présentent une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion ainsi qu'une grande dureté
après traitement thermique.
Ce but est atteint par des alliages comportant en poids 28 à 42 Z de chrome, moins de 25 X de fer, 3 à 5 % d'aluminium, le nickel faisant le
solde avec les impuretés habituelles, les teneurs en fer et en chrome se si-
tuant dans le domaine repéré I du diagramme de la figure 1 de manière que
lesdits alliages présentent la quantité de ferrite nécessaire pour contr8-
ler la taille du grain.
Une composition particulière comporte en poids 37 à 38 Z de chro-
me, 7 à 8 % de fer et 3 à 5 Z d'aluminium, 50 à 51 Z de nickel.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-
ront de la description suivante qui se réfère aux dessins annexes sur
lesquels: La figure 1 représente un diagramme qui définit les pourcentages
pondéraux relatifs en chrome et en fer de la famille d'alliages selon l'in-
vention, Les figures 2 et 3 sont des graphiques domnnant chacun la taille du grain en fonction de la température de mise en solution pour un ialliage
selon l'invention (figure 2) et pour un alliage saens ferrite (figure 3).
La figure 4 est un graphique donnant la variation de l'allonge-
ment à la rupture en Z (en ordonnée) en fonction de la limite élastique en
MPa (en abscisse).
La figure 5 est un graphique donnant la variation de la striction à la rupture en Z (en ordonnée) en fonction de la limite élastique en MPa
(en abscisse).
Les alliages selon l'invention sont élaborés par les méthodes de
la métallurgie conventionnelle (par coulée) ou par la métallurgie des pou-
dres. Ils présentent un durcissement de précipitation après un revenu qui suit un traitement de mise en solution. Le durcissement est provoqué par la
précipitation discontinue (ou cellulaire) de la phaseY' Ni3Al.
Le chrome est favorable pour la résistance à la corrosion et con-
tribue à former de la phasecià structure cubique centrée (appelée ferrite) .
Le fer contribue lui aussi à la formation de la phase ".
Pour que les alliages aient un durcissement suffisant il faut que
la teneur en chrome soit supérieure à 28 Z et que la teneur en fer soit in-
férieure à 25 Z et pour que la fragilité de l'alliage ne soit pas excessive il faut que la teneur en chrome ne dépasse pas 42 Z. Pour les teneurs en chrome inférieures à 28 Z et pour les teneurs en fer supérieures à 25 À, la précipitation de phase ' est de plus en plus lente et de moins en moins complète. Les teneurs relatives en chrome et en fer doivent être ajustées pour que les alliages selon l'invention présentent une quantité suffisante
mais pas excessive de la phase ô.
Dans le diagramme de la figure 1, la zone I dont le contour est
repéré ABCD définit le domaine des compositions selon l'invention qui pré-
sentent une quantité suffisante de phase i pour freiner le grossissement du grain à la mise en solution. Dans la zone II située au-dessous de AB, les
compositions ne présentent pas assez de ferrite pour freiner le grossisse-
ment du grain lors de la mise en solution. Dans la zone III située au-
dessus de DC, les compositions présentent trop de ferrite ce qui diminue la
ductilité de l'alliage.
L'aluminium contribue à donner une bonne résistance à la corro-
sion et sert à former la phase durcissante t'. La teneur de cet 4lément doit être supérieure à 3 Z pour que le durcissement par précipitation soit
suffisant et doit être inférieurà 5 Z pour éviter une fabrication diffici-
le ou une fragilité excessive.
Des éléments connus pour stabiliser la ferrite tels que le moyb-
dène, le vanadium, le titane pourraient être incorporés dans les alliages
sans modifier les caractéristiques de l'invention.
Il a été étudié, à titre d'exemple, plus particulièrement un al-
liage N de la famille conforme à l'invention et à titre comparatif, un al-
liage A ne présentant pas de ferrite. Les compositions qui sont données
dans le tableau I ci-dessous sont exprimées en pourcentages pondéraux.
TABLEAU I
I Nuances Ni I Cr I Fe | A1 I
I N I 50,37 I 37,50 I 7,38 4,00 I
I A I 50,86 I 33,71 I 10,38 I 4,05 I
Les analyses des alliages ci-dessus révèlent des éléments non es-
sentiels qui peuvent résulter de l'élaboration, les teneurs n'excédant pas 0,05 Z pour chacun de ces éléments. Parmi ces éléments, on peut citer le carbone, le silicium, le soufre, le phosphore, le manganèse, le calcium, le
magnésium, l'yttrium.
On a étudié l'effet, sur la taille du grain, d'un traitement de mise en solution entre 1000 et 1250 C suivi d'une trempe à l'eau. Après traitement, l'alliage N présente un grain très fin (figure 2). Au contraire l'alliage A présente un grain plus grossier qui n'est jamais plus fin que 2 ASTM (figure 3). Par ailleurs le traitement de mise en solution doit être effectué à plus de 1150 C de manière que la dureté se situe à un niveau
assez bas (inférieur à 240 HV) pour permettre un travail de mise en forme.
On a testé les alliages en traction. A cet effet l'alliage N a su-
bi un traitement de mise en solution à 1200 C suivi d'une trempe à l'eau
qui a permis d'obtenir un grain de 9,5 ASTM. L'alliage A a subi un traite-
ment de mise en solution à 1225 C suivi d'une trempe à l'eau qui a permis d'obtenir un grain de - 3 ASTM. Les alliages ont ensuite subi des revenus
durcissants à des températures comprises entre 650 C et 800 C pendant plu-
sieurs heures. Selon les conditions de revenu les alliages ont une dureté élevée qui s'échelonne d'environ 500 HV à plus de 700 HV. Ces différents
traitements permettent d'ajuster la limite élastique.
Les alliages ont été testés en traction à 20 C, les figures 4 et illustrant les résultats. L'allongement total (figure 4) et surtout la
striction (figure 5) sont nettement améliorés par l'affinage du grain et at-
teignent des niveaux tout-à-fait intéressants.
Les alliages selon l'invention peuvent être utilisés pour des ap-
plications nécessitant une grande résistance mécanique avec une excellente résistance à la corrosion et exigeant en plus une ductilité élevée. Comme applications possibles on peut citer des pièces de structure (boulonnerie, tubage, disque de turbine, etc...).
Claims (3)
1.- Alliages à base de nickel comportant du chrome et de l'alumi-
nium, caractérisés par le fait qu'ils comportent en poids, 28 à 42 Z de chrome, moins de 25 Z de fer, 3 à 5 % d'aluminium, le nickel faisant le solde avec les impuretés habituelles, les teneurs en fer et en chrome se situant dans
la zone repérée I du diagramme de la figure 1 de manière que lesdits allia-
ges présentent la quantité de ferrite nécessaire pour contrôler la taille
du grain.
2.- Alliages selon la revendication 1, caractérisés par le fait qu'ils comportent en poids 37 à 38 Z de chrome, 7
à 8 % de fer, 3 à 5 % d'aluminium, 50 à 51% de nickel.
3.- Alliages selon la revendication 1 ou 2,
caractérisés par le fait qu'on leur fait subir un traitement de mise en so-
lution suivi d'un revenu durcissant.
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