WO1981001156A1 - Ferrous alloy with high molybdenum and chromium content - Google Patents

Abstract

The composition of metal alloys expressed in percentages follow the following ponderal relationships: 3% (Alpha) chromium (Alpha) 20%; 7% (Alpha) molybdenum (Alpha) 40%; C (Alpha) 0.1%; Fe, together with its usual impurities and optionally Mn (:5% at the most), makes up the balance yet not smaller than 50%, the whole in a matrix, at least partially ferritic, and having separately or in admixture intermetallic compounds of the Laves and Ktypes. In these alloys, the resistance to corrosion increases together with the chromium content, which enhances the formation of the phase K. The molybdenum content is a direct function of the desired amount of intermetallic compounds. To give the alloys an improved hot resistance or in certain corrosive medium, up to half of molybdenum may be replaced by tungsten. The stability of the Laves and Kphases is improved by supplying silicium. These alloys exhibit simultaneously a good resistance to wear and corrosion and a low friction coefficient.

Description

 ALLIAGE FERREUX, A HAUTE TENEUR EN MOLYBDENE ET CHROME.

La présente invention se rapporte à des alliages métalliques présentant des propriétés améliorées, notamment en ce qui concerne leur résistance à l'usure.

Dans la plupart des machines ou des dispositifs comportant des pièces ou éléments métalliques en mouvement les uns par rapport aux autres, ou appuyant les uns sur les autres, la longevite des dites pièces ou éléments est directement conditionnee par leurs propriétés mecanétant, ce terme dans son acception la plus large et englobant notamment la Charge de rupture, la limite élastique, la résistance aux chocs, à l'usure, à la fatigue, etc. ...

En sus des meilleures valeurs pour les propriétés ci-dessus mentionnées, lesquelles favorisent une longévite importante, on s'attache également avec intérét à obtenir un coefficient de frottement aussi bas que possible (qui réduit les échauffements dus à ces frottements), ainsi une résistance satisfaisante aux atmères corrosives auxquelles les dispositifs considérés peuvent etre exposés, qu'ils soient ou non en mouvement, et quelle que soit la température du milieu dans lequel ils sont appelés à etre utilisés.

II n'est pas inutile de rappeler ici que certaines conditions d'utilisation ne permettent pas une lubrification continue des surfaces des pieces en contact et en mouvement relatif, celles-ci par consequent doivent, au moins pendant un certain temps pouvoir fonctionner à sec, saήs encourir de dommages. II est à noter que dans certains cas, les possibilités de lubrification peuvent être mé diocres.

La grande diversité possible des sollicitation et conditions de fonctionnement des dispositifs comportant des pieces ou éléments metalliques en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre a conduit les utilisateurs à faire une sélection parmi les matériaux disponibles et à choisir parmi ceux qui en possédant des propriétés à considérer comme satisfaisantes, eu égard aux sollicitations envisagées, pouvaient presenter, en même temps, que des compositions tres variables, des coûts intrinseques également tres divers. C'est dire que le contexte économique était également un facteur pouvant influer sur le choix à effectuer.

Parmi les Solutions déjà envisagées et spécialement en ce qui concerne la résistance à l'usure, on peut citer des aciers à haut carbone, ou des aciers alliés, lesquels présentent une dureté élevée due à la présence de carbone, respectivement d'éléments generateurs de carbures.

On a également fait appel à des alliages ferreux, à des fontes à haute teneur en chrome et à des alliages tels que Co-Cr-WC. Des traitements de durcissement super-ficiel ont aussi été envisagés. II a toutefois été remarque que garmi les compositions ci-dessus mentionnees, ce sont les alliages ferreux et non ferreux, à haute teneur en carbone, qui ont été le plus largement utilisés pour constituer des pièces ou des éléments qui, tout en résistant de faςon satisfaisante à l'usure, étaient les moins onereuses. Ces dernières compositions, qui doivent leur durété à la présence de precipites de carbures, ont cependant été recemment concurrencées par des alliages pour lesquels la durété est due à la formation de phases intermétalliques, telles que la phase de Laves et qui presentent une matrice à la fois plus ductile et plus tenace dans laquelle précipitent les composés intermétalliques. Elles present en outre, ce qui est particulièrement intéressant, un bas coefficient de frottement.

Toutefois, ces alliages à phases intermétalliques, à base de cobalt et / ou de nickel, sont particulièrement coüteux à la préparation, ce qui rend peu intéressant leur utilization pour de nombreuses applications.

C'est là un inconvenient important, que l'objet de la présente invention se propose précisément de combler.

La présente invention a donc pour objet des alliages métalliques d'une composition particulière, présentant simultanément une bonne résistance à l'usure, une bonne résistance à la corrosion, un faible coefficient de frottement, ainsi qu'un prix de revient peu éléve. Grâce à ces propriétés verifiees simultanément, ces alliages sont susceptibles d'un plus large eventail d'utilisations, dans ces conditions économiquement interesting.

Les alliages faisant l'objet de la présente invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils vérifient, en proportions pondérales, les relations ci-aprδs:

- 3% ≤ chrome ≤ 20%

- 7% ≤ molybdenum ≤ 40%

- C ≤ 0.1%

- Fe, accompagné

s impuretés usuelles et éventuellement de Mn (au plus 2.5%),

constitue le solde non infέrieur toutefois à 50%, le tout dans une matrice, au moins partiellement ferritique, et présentant isolément ou en mélange des cσmposés intermetalliques des types Laves et x.

Dans les alliages selon l'invention, la résistance à la corrosion augmente avec la teneur en chrome, laquelle favorise également la formation de la phase x.

La teneur en molybdene est en fonction directe de la quantité de composes intermetalliques desirβe (laquelle peut aller de 30% a 90%). Dans le cas où l'on cherche à conferer aux alliages de l'invention une resistanc accrue à chaud ou dans ceftains milieux corrosifs, on peut remplacer jusqu'à la moitie du molybdène par du tungstene, le remplacement s'effectuant sur la base d 'un atome de W pour un atome de Mo.

The stabilite des phases de Laves et x est augmentee par l'apport de silicium dont la proportion ne peut toutefois pas dépasser 4%, tout en étant d'au moins 1%.

Par ailleurs, les alliages de 1'invention peuvent encore avantageusement contenir de 0.1% jusqu'à 7% de Ti, de 0.1% jusqu'à 7% de Zr et 0.1% jusqu'a 7% de V , ce qui présente l'avantage Supplémentaire de favoriser certaines phases intermétalliques par rapport à d 'autres. Ils contiennent de préférence 2 ou 3 de ces éléments.

II est en outre intéressant, suivant l'invention, de remplacer du fer par un mélange (Co + Ni) dans une Proportion pondérale ne dépassant pas 20% du fer initial, aquel cas celui-ci ne pourrait descendre en dessous de 40 % you totally.

Ce remplacement conduit à l'apparition d'une matrice partiellement austénitique (reseau cubique à faces centrees), tandis que l'autre partie de la matrice reste ferritique (rése

cubique center).

Cette variant presente l'avantage d'une meilleure résistance de l'alliage à la corrosion et d'une meilleure résistance à chaud.

Quelques exemples serviront à illustrer les caractéristiques des alliages.

L'alliage T 10 contenant 30% Mo, 10% Cr and 2.5% Si, solde Fer, élaboré au four à induction à partir de fer Armco et de ferro-alliages et coulé sous forme de lingotière en section carrée de 80 mm de céte à la base et 55 mm au sommet, présente à l'état coulé ± 80% de phase intermétallique contenant dans l'ordre des teneurs de croissantes Mo, Fe, Cr, Si, la matrice contenant dans le même ordre Fe, Cr , Mo, Si. The micro-durété de la phase intermétallique et celle d'un alliage (T 400) titrant 62% Co, 8% Cr, 28% Mo, 2.5% Si sont du meme ordre de grandeur.

On a d'ailleurs compare the resistance à l'usure de deux alliages correspondant à 1 'invention à celle d'un alliage Co-Cr-Mo-Si connu. Les essais ont été effectues en faisant tourner un disque en acier AISI 52100 trempe et revenu à 50 RC contre, une plaquette en alliage sous une pression initiale de 41.7 MPa. A l'issue de 80,000 tours les pertes en poids ont été mesurées et les résultats suivants ont été obtenus.

La bonne tenue des alliages T 10 and T 11 découle immédi aiement. des donnees ci-dessus.

En ce qui concerne la résistance à la corrosion de ces alliages, ils ont été immergés dans une solution contenant 60% d'acide nitrique à 66ºC pendant au total 72 heures. Les alliages T 10 and T 11 and CoCr-MpSi present a perte en poids de l'ordre de 20 à 40 gr / m ² .h.

Dans le cas où l'on désire une resistance à la corrosion encore plus élevée, on peut utiliser des alliages de composition modifiés tels que Fe; Cr 15, Mo 15;

Si 2.5 dont la perte en poids dans les mêmes conditions d'essai est de 5 gr / m ² .h.

Les alliages sont mis en oeuvre par des technique en soi bien connues de la coulée. L'élaboration s'effectue en partant, soit de matières premières élémentaires, soit à partir de ferro-alliages dans des fours à induction. La mise en oeuvre sous forme de pièces coulees se fait par les techniques, par exemple, de la coulée de précision en cire perdue, de la coulée par le procede Shaw ou autre procédé permettant l'obtention des pièces aux dimensions virtuellement définitives. La mise en oeuvre sous forme de poudres comporte l'élaboration de l'alliage comme il a été indiqué plus haut et son atomisation sous eau ou sous gaz, en vue d'obtenir des poudres de granulométrie adéquate pour les usages projectés. The cas échéant, les poudres sont soumises à des traitements thermiques en vue du relâchement des tensions ou à d 'autres opérations nécessaires au condi tionnement final de leur granulométrie. La mise en oeuvre de poudres se fait par les techniques de la métallurgie des poudres en soi bien connues. Après avoir mélangé des poudres des alliages qui foehn l'objet de cette invention, avec des poudres constituant la matrice, telles que des poudres d'aciers, des poudres d'alliages non ferreux ou des poudres d'aciers inoxydables, on procède à leur compactage suivi ensuite d'un frittage sous vide ou sous atmosphere réductrice. Des techniques de densification par des procédés comportant une déformation comme par exemple, densification par extrusion ou compactage isostatique à chaud peuvent etre également utilisées.

A title d 'exemple d'alliage obtenu par la technique de la métallurgie des poudres, on peut donner ce qui suit:

Alliage A: composition 30% Mo - 10% Cr - 2.5% Si - solde Fe sous forme de poudre, et dans une matrice de AISI 316 L, dans une porportion de 10%.

Alliage B; matrice AISI 316 L avec 10% en poids d'un alliage contenant 50% Ni - 32% Mo - 3% Si - 15% Cr.

L'addition de l'alliage en poudre à la matrice 316 L produit la même influence que l'addition d'un matériau de propriétes similaires et ayant la mème teneur en phase de Laves. On peut en attendre des propriétés iquivalentes en ce qui concerne leur résistance.

A test d'usure sur tambqur a permis d'obtenir les résultats suivants.

On peut en conclure que le matériau T ₁₀ présente des avantages aussi bien à l'état coulé qu'à l'état de revêtement par projection plasma.

Claims

RE VENDICATIONS

1. Alliages métalliques, caractérisés en ce que leur composition centésimale vérifie les relations pondérales ci-après:

3% ≤ Cr ≤ 20%

7% ≤ Mo ≤ 40%

C ≤ 0.1%

Fe> 50% constituant le solde, accompagne de ses impuretés usuelles, le tout présentant une matrice au moins partiellement ferritique, ainsi que, isolément ou en mélange, des composés intermétalliques des types Laves et x.

2. Alliages suivant la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils comportent également du silicon, dans une proportion comprise entre 1% et 4%.

3. Alliages suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caracterises en ce qu'ils comportent également du Ti et / ou du Zr et / ou du V, dans une proportionate pouvant atteindre de 0.1% à 7 % pour chacun de ces 3 items.

4.Alliages suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que 20% au plus du Fe repris à la composition de la revendication 1 est remplacé par un mélange de Ni et de Co.

5. Alliages suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisés en ce que la moitié au plus du Mo présent est remplacé par du W, sur la base d'un atome de W pour un atome de Mo.

6. Alliages suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que le fer contient au maximum 2.5% de Mn.

7. Alliage suivant la revendication 3, caracterisés en ce qu'ils contiennent 2 et de préférence 3 des dits éléments Ti, Zr, V.

8. Alliages et procédés d'obtention de ceux- ci, tels que décrits ci-dessus.