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"Perfectionnements aux alliages de nickel-chrome-cobalt".
La présente invention est relative à des perfection- nements aux alliages de nickel-chrome-cobalt.
Les alliages destinés à l'utilisation à des tempéra- tures élevées Boue la forme de tôles, par exemple dalla la fa- brication d'objets confortai, tels que des carters et des tuyè- res pour les moteurs à turbine à gaz d'aviation, doivent non seulement conserver une résistance convenable à la traction et au fluage aux températures opératoires mais doivent également être ductiles à ces températures et pouvoir être soudés et con- formés à la température ambiante à la forme désirée.
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La rHititanoe au fluage doit être consid6rdecowu oonvajabla si, nous une charge d'environ 12,6 Kg par ram , l'allongeant au fluage en 100 heures la température opératoire n'cisàde pas 0,2';'. en ne déposant do préférence paa Otl%e Il est connu que des allia60s à base de niokt ""ohro- rae-cobalt, durais par des additionnât) titane, d'aluminiL, de molybdène et do carbone, ont uno excellente résistance q flua.- ce aux températures Havées.
Cependant, la r6aiotanoe du liage de ce type tombe progressivement avec une aug.r.entation d'la température Les réeul ta ta aulvanta indiquent connu l'un ha meilleure alliages industriels pour tOlea, disponible oU1,1. marché, dont la. composition nominale comprend 0,04,4 de C, 20% de Cr, 20 de Cet 6 de Mo, 2, 2/ de Ti, 0, iJ de Al, le 'res.. tu...t. étant du nickel, perd sa résistance au fur et Il mesure 'que la température eat élevée I.\u-desous de t30Up0, Les tenta ont été réalisés sur des LrFILL:1't:..1.U21t! Ù1'!8 alliages se présentant sana forme d'une ttle d'une épaisseur de 1,22 u :.t après traitement thermique par u..'1 chaufi'age à solution pendant 10 minutes à 1150 C, suivi par un re.roid3.r:aexiti:zt ir l'air, un vieillisse- ment (assis) pendant 16 heures à 7eOoC et ensuite un nouveau
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refroidissement à l'air. TABLEAU 1.
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Te:1..-;Óra't.ll'e (OC) Effort Fluage en 100 heures ¯¯¯¯ .i. 1,') 785 z. 2, 3 0,1 doo z. 2' 6 Or 3 825 S4 0,2 . t30 7 ,7 0,4 i
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Mtme soue un effort ooi;3id±ra'bler.ient réduit, iltexço tension du fluage est excessive à des températures ol1p6rieurea 78oC.
Du fait du développement continu des turbines à gaz
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d'aviation, les températures opératoires continuent à augmenter de façon continuelle, et la présente invention concerne des alliages convenant pour une utilisation à des températures dé-
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passant ti00, 2)*mi8 manière générale, la résistance au fluage des alliages \ base de niokel-chrome-cobalt du type mentionné ci. dessus, et de ce fait la température à laquelle ils peuvent Êirs utilisés, augmentent au fur et à, masure que la teneur totale de titane et d'aluminium augmente.
En même temps, toutefois, les alliages deviennent plus difficiles à conformer, ce qui est non-
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trë par une augmentation de leur dureté à la température am. biante à l'état chauffé à solution et refroidi. Cet effet est illustra à la figure 1 des dessins, dans laquelle la dureté est mise en graphique par rapport à la teneur totale de titan* e.
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d'aluminium pour une série d'alliages contenant e.-i plie du 1:1 im- ne et de 1*aluminium,2Vo do chrome, 10 à 20% de cobalt, 0 à 10% de molybdène, 0,01 à D, 2 de carbone, le restmt étant pratique ment totalement constitué de nickel.
Les alliages ont été vérifiés sous le forme d tune tôle d'une épaisseur de 1,2 mm
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qui a été chauffée pendant 8 minutes à 11'?0<'0 it refroidie 1" eau. Le faible degré d'éparpillement des résultats indiquas sur cette figure autour de la courbe indique que des variations
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des teneurs des éléments autres que le titane et l'al'mia.iuci n'ont qu'un très léger effet sur la dureté à la température ams. bianto. Une dureté d'environ 250 VPN (viciera Pyramid !fu.Q1be!') , qui est le maximum généralement acceptable pour des alliages pour tOles en oe qui concerne l'aptitude à la conformation, est atteinte à une teneur totale de titane et d'aluminium de 4.
Pour des alliages à utiliser sous forme de tCles, par conséquent, '
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une limite est apparemment fixée en ce qui concerne l'amélio'ru-- tion de la. résistance au fluage aux ha.utes températures, qui , peut 8tre atteinte en augmentant les teneurs de titre e d'à-
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.
L'augmentation de la teneur totale de titane et dl aluminium mène 6gal....nt 11 une diminution de la ductilité de
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traction des alliages aux hautes .températures et, pour cette
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raison également, un alliage qui a une rt3ictarice au fluue
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appropriée peat ne pas convenir pour l'utilisation sous forma de tôles,
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La présente invention est basée sur lu découverte que la résistance au fluage aux hautes températures ot la duc tilit4 à la traction den alliages de nickel-chro;l1e-oobalt, ayant une teneur totale de titane et d'aluminium d'environ 4, sont toutes deux reouriuableinent influencées par la teneur de molybdène et par la teneur de carbone, et ue i'eçon surprenante également par le rapport de la teneur de titlne >t la teneur de aJ.ut.1illium.
Cfeat ainsi qu'en réglant ces facteurs dans des ,,mi.: tes spécifiques, on peut obtenir .dez alliages qui ont une résis- tance et une ductilité D.IJ.-ropri6as ù. des températures supérieures à 800 C sana obtention d'un niveau anormalement élevé de dureté
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à lu température ambiante, de sorte que ces alliacés peuvent être; conformes par les techniques courantes.
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Les alliages suivant l'invention contiennent 14 à 20% de chrome, 10 à 16% de cobalt, 6 8;.e> de molybdène,' 0,02 à 010,1%
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de carbone, des quantités telles de titane et d'aluminium que
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la teneur totale de ce titane et de cet aluminium soit de J,5 à 4,;, le rapport du titane à l'aluminium étant de 0,75/1 a l,51i, la teneur d'aluminium étant d'au moins 1,7, 0,001 à 0,00'? de bore et 0 à 0106'a de zirconium, 'le restant étant constitue par du nickel à part les impuretés, Pour obtenir la plue grande résis- tance au fluage, la teneur totale du titane et de l"aluminium devrait être d'au l'1o:J.na 3t9ié et la teneur d * aluminium, d'au moine 2;'?, Le rapport le plus élevé du titane h. tQ.lur:11nit\m1 compatir ble avec ces conditions Hi?.,7,.::
.E3.'Itf.li2'E38, est de 1.',,
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La teneur de carbone cet de préférence de 0103 e Os,06% et la teneur de bore de 0,002 à OtOO4%* Bien que la Présence de sir- couiva favoris* la résistance au iluage et la ductilité de trac- tien, elle a un effet néfaste sur la soudabillté des alliages Par conséquent, la teneur de ziroonium n'excède de préférence pas 0,02 et auounedddition de Zirconium toeut faite durant lL fusion de, alliages. les impuretés Couramment présentes d.-,Un des alliages de ce type sont le silioiuril le Manganèse et le fer.
La, quantité de oes éléments devrait 4tre aussi. tbitle. que Possible et, de préférence,la teneur de chacun de ces éléments totale ne devrait pas excéder un pour-cent ,la teneur/de ces trois éléments n'excédant pas 1,5%.
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Les propriété des alliacée, en particulier la sord* bilité et la ductilité aux hautes températures, sont réduites par des tracte d'autres éléments qui peuvent être introduits
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dans l'alliage a partir des matières premières impures* ?1 Ut d'obtenir les meilleures propriétés possibles, par conséquent, il est désirable de réduire au minimum la teneur de ces éléments
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en tracoé, Ceci peut être réalisé en utilisant des matières pre mières extrêmement pures mais, dans la pratique industrielle,
cela peut être réalisé de la meilleure manière en fondant Ion alliages nous un vide élevé et en les coulant ou$ Vide ou dans*
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une atmosphère d'un es inerte. Un certain avantage peut être également obtenu en affinant les alliages en les maintenant à Y' état fondu nous vide, par exemple en les chauffant 4uoo 1 1600*0] pendant au moine 9 minutes, de préférence au moins 10 minutée,
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nous une pression n'excédant pas 0,1 mm de Ego Les alliages sont conformée le plus facilement a 1' état chauffe à solution et refroidi.
Un chauffage à solution est
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de préférence réalisé dans la gamme de température@ de 1050 a 12?40. La durée du chauffage dépendra des dimensions de section
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et elle peut tire de 2 à 20 minutes pour des etotions allant jusqu'à 5 mm et de 2 à 8 heures pour des section* plus épaisse * Pour obtenir la dureté minimum, les alliage devraient alors tire refroidie aussi rapidement qui. possible et on préfère un
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refroidissement ou trempage à l'eau.
Pour développer la résisa tance la plus élevée aux haute. température , 1.81alliae' de* vraient alors 4tre vieillie à une température de l'ordre de 700 950*Ct de prèf4ronot supérieure à 850.0, pendant 2 à 16 heur...
Le soudage des alliages devrait tire réalisé lors qu'ils sont dans l'état chauffé- à solution* Aucun autre traite
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ment à solution n'est en 6néralaprèS le soudage , mais 1<* ' . qu'on désire la résistance maximum, le traitement es vie111'sem' peut ttre r6n.mf après pou-dagel la température utilisée étant de préférenoe supérieure à 850*C afin d'aseurer une libération totale des tensions.
Afin d'atteindre la -combinaison désirée de propriété*
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il est essentiel que les teneurs de tous les élément* molyb- dène, titane, aluminium et carbone se situent dans les gamme. spécifiées précédemment.
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les effets de la variation de la teneur de molybto dène sur la ductilité et la résistance à la traction aux haute* ,températures sont montré* par les résultat* donnée au'Tableau 2, ces résultats ayant été obtenu.avec des alliages ayant la.
com-
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position nominal* t 20% de chrome, 14 de cobalt, 29i de titane, 2% d'aluminium, 0,04% de carbone, 0,003% de bore, le restant
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étant du nickel, nous la forme de tClea ayant une épaisseur de 1,22 #, qui ont été chauffé*# k solution pendant 8 minutes à 1150OCs refroidies à l'eau et vieillies pendant 16 heures h à
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TABLEAU 2,
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Teneur de molybe Propriétés à. la traotlen. à 840"C dèn Résistance Charge élasç- Al.loaMnt liaiite à la tique traction, Kg/mm2 rdmm 2 5,9 9 b 55,1 67$7 5,3 15 5 77,2 63 2 7792 63 2e 10 789U 64,6 10
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x Allongement de 0.1".
, Arec des teneur$ croissantes de molybdène, la é8ia- tance limite à la traction et la charge élastique augmentant pro-*, greasivetnent mais 1*allongement pétas? par un saxinum et nnsui te d1111ne. La combinaison de la résistance maximum à la fraction
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avec la ductilité maximum de traction est o'httnua avec des alliez gea contenant 6 & 8% de molybdène.
Une augmentation de la tenour de carbone ? pour :réeu1.... !i tat une diminution des rseiatunoea à la traction et au fluage. #! Les résultats donnés &UIt!ab1.lt.ux 3 et 4 montrant l'effet de la teneur de carbone sur leu propriétés de traction et les proprié., tés de fluage aux haunea températures, pour des alliage ayant une composition nominale de 2O?t de chrome, 14% de oOball1, 2% de titane, 2% d'alua1n1 im, 5% db molybdène, OtOO.3% de bore, le restant étant du nicliel Toua les alliage ont été vérifiés *ou* la forme 9 'une tôle dtune eipaïsaisarde 1,2 mm, qui avait été chauffé* h solution pendant 6 minutes à 11500CI refroidi* à119 au et enaulte vieillie.
Le traitement de vieillissement eonnisi. tait en un chauffage pendant 16 heures à 780*0, sauf dans le cae
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du premier alliage du Tableau 3, qui était vieilli pendant 4 heures à 90060.
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TABLEAU 3.
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Teneur de iolfb- Proai4tis à la traction à H400C dent R'eistancw '" Charge élas- Allongement,
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<tb> limite <SEP> à <SEP> - <SEP> tiquer <SEP> %
<tb>
<tb> la <SEP> trao-- <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb> tion,
<tb>
<tb> Kg/mm2
<tb>
<tb>
<tb> 0,04 <SEP> 77,2 <SEP> 63 <SEP> 24
<tb>
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0,0b 72, b 63 20 0011 70,9 t,3 2b
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<tb> Allongement <SEP> de <SEP> 0,1%
<tb>
<tb> TABLEAU <SEP> 4.
<tb>
<tb>
Teneur <SEP> de <SEP> oarbone <SEP> Tempo <SEP> Effort <SEP> Fluage <SEP> en <SEP> 100 <SEP> heure**
<tb>
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(?6) 00 Kg/om2 0#05 d40 1395 0.09& 0,07 H40 1395 0,13 0,09 825 12,3 0,10 0,1 825 12,3 0,103 ¯¯¯¯... ## .!¯....... .l'J!!. !. .'\ "MM* De ces résultats, l'avantage du maintien de la teneur
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de carbone au-desl"ou" de 0,07 est net Si, cependant, la té- neur de carbone est inférieure à f5? la ductilité aux hautes température)! est fortement réduite et il y a une nette tendance à ce que les alliages forment de très grande grain* durant leur recuite ce qui ^ pour résultat une mauvaise qualité de la pièce formée et peut mener à une réduction de la résistance aux hautes températures.
Bien, qu'on ait trouvé en pratique qu'il y a gêné* ralement au moins 0,02 de carbone dans les alliages, il faut néanmoins veiller à ce que la teneur de carbone ne tombe pas en dessous de cette valeur.
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Dans toutes la matière pour tôles pour hautes tem
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peraturea, il eut désirable de dépose? de la ductilité de trao- ! tien maximum aux hautes températures, compatible avec le niveau requit de résistance. L'importance du rapport de la teneur de titane à la teneur d'aluminium pour atteindre cette combinaison;
de propriétés dans les alliages de l'invention cet illustrée
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par la figure 2 daM laquelle on donne en ordonnée .allangerasn' à la. traotiom (en pour-cent) à bOO O et, en abise, le rapport du, titan* k l'a-luatinium pour des allia,.. ayant une composition nominale, de 20 de chrome, 14 de cobalt, 4 de titane + alu- minium, de molybdène, 0,.003::' de bore, le restant étant du ai"' ckle. La ductilité maximum est obtenue avec des alliages ayant un rapport titane/aluminium d'environ 1.
La teneur de bore des alliage est également impor-
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tante. Il faut au moine 0t001?6 de bore, de préférence O,OOI dans lea alliages pour assurer une ductilité de traction appro-
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priée dans la matière soudée* D'autre part, il est très &ya,117 <111 eux que la matière en tôle soit soudable et, pour cette raison, .
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la teneur de bore ne doit pas excéder OJ005, eh\etant de préfé- 4 renoe pas supérieure à O.004.
Si la teneur de bore excède C1,G? des craquelures se produisent lors du soudage* La présence de quantités excessives de calcium ou de magnésium diminue également !
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la 8oudab1lit' et, en vue d'obtenir une soudabilité optimum, il faut par conséquent veiller à ce que la teneur totale de ces n' deux éléments soit aussi basse que possible, en\'tant de préfé- renoe pas supérieure à 0,005 ou même 0,003%.
L'importance de la relation correcte entre les varia ; blet de la composition ,et encore illustrée par les résultats de tests réalisé* sur six alliages ayant les compositions don-
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n6ee au Tableau 3.
Les alUagu NO 3 et 4 sont des alliages aui ; Tant l'intention, tandis que les alliages 1, 2, 5 et 6 ne sont pas des alliages de l'invention,
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TABLEAU 5>
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<tb> Al-
<tb>
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lla-C Or Co KO Ti Al B Zr Si Ma !S& 1 nez 0,1.6 14,9 19,& 5,03 1,3 4,37 0,00e 0.1 0,340,07 2 0,03 18 3 l3v4 7,43 1,1 2,44 09002 0,0K0,3 <fO,OI> 3 0,0 19#75 13,9 7,23 2,1 z 0,0030,020,10,03 4 0,02t. 17s7 1393 7#42 2,04 lt7> 0,004 < ,01<0,3 (0,0; 5 0,06 19sb5 10,2 9,24 3#12 1.;1 0,001;
- Otl5<0002 z 0111 19,4 10,6 9,'4 if3-<> 1,24 < ,001 0,06 0, > <0,0ï>
Le reste de l'alliage est constitué dans chenue Cas par du nickel et par les impuretés* Chacun des alliage. êtait
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1amin'- en une tele d'une épaisseur de 1,22 mm el des Icnant1l- Ions de chacun de coe alliages étaient recuite (àl4 1 à 4 pendant 10 minutes à 1180" 0 et NO 5 et 6 pendant 12 minutes à 111700) et refroidis à l'eau. On trouvait alors que ces alliages avaient les duretés suivantes,
TABLEAU 6.
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<tb>
Alliage <SEP> N <SEP> Dureté <SEP> (VPN)
<tb>
<tb> 1 <SEP> 332
<tb>
<tb> 2 <SEP> . <SEP> 229
<tb> 3 <SEP> ICI
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 240
<tb> 5 <SEP> 240
<tb>
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D'autres éohantillon. Ae chaque all1ale, en forite de tele., ont été redite et r.trid1s à l'eau de la m'me manie. re et Il* ont ensuite été vieillit par chauffage pendant 4 heu"' reg à 900'C et refroîdis à l'air jusqu'à la température amoo biante.
Les résultats des tente de fluage à 8400C xouo une obi ge de 13., Kg par mm2 et de testa de traction dans une gae de températures allant juaquà 90040 sont donnés aut tableaux 7 et 8 suivants,
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TABLEAU 7
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All1agt, Déformation en 100 heures 3. 5 xg(#m2 et 840''C
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<tb> N
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0,07
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 0,94
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 0,096
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 0,16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> ; <SEP> . <SEP> 0,05
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0,28
<tb>
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z 12,3 xg/mm2 et 78500 Alliage NO LEAU Allias H',2 TemD.
Réain Charge Allons Résista - Ch4),rge AlcKgemet 00 ' tance 11" "m:l t 2 m 45-rements ce limite li. * temp. mite à la Cha1"ge (1;) 1tésiatnn- K&'mm .ul(\1'!rta.Cit traction tïonl 2 L KKl1"m' '. ,,- . '
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<tb> 20 <SEP> 116,5 <SEP> 82 <SEP> 16 <SEP> 118,1 <SEP> 78,8 <SEP> 25
<tb>
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700 94,5 6913 5 93 '57,7 10 750 77,2 70,9 2 9623. 18 800 63 47,3 0,& 82 *-*6,I 24.
840 # ou bgt3 i53 23 900 48,8 44,1 2 4-1.3 ",fU..I;.e: 45," ul. - . g9 ' 20 97,Ó 50,4 40 l1b. '("b 26' 700 * # * 109,5 ',6 32 750 z 45,7 30 éb,6 55,1 33 800 78, 8 52 26 78,8 61,4 28 840 6797 48,8 19 69.j, b6,1 32 900 50,4 42,& 19 3396 52 29 Allia If 0 11i,. H* 20 113/5 77,2 18 132il 69,7 16
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<tb> 700 <SEP> - <SEP> .. <SEP> 103,8 <SEP> 77,2 <SEP> 8
<tb> 750 <SEP> 91,4 <SEP> 66,1 <SEP> 19
<tb>
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800 72,5 61,4 ' 15 78,8 66tl 850 6lut4 58,3 15 w on 900 41 36, 17 39 t" 31.S il Allongement de 0,1%.
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Ce* résultat* montrent que l'alliage N 1, dans lequel la teneur de molybdène est faible, la teneur de carbone est éle- vée, la teneur totale de titane et d'aluminium est élevée et le apport du titane à l'aluminium est faible, a un niveau ac- oeptable de résistance au fluage mais *et très dur à l'état recuit et a une très faible ductilité de traction aux tempéra- titres élevée *
L'alliage N 2, qui diffère den alliages de l'inven- tion uniquement en ce que la teneur de titane et le rapport du titane à l'aluminium sont tous dnux trop faibles, est faci- lement détrempé par recuit et % une très bonne ductilité de traction, mais la résistance au fluage de cette matière est mau- vaines .Dans l'alliage N 5,
1-on teneurs de molybdène et de titane sont plus élevées que celles des alliages suivant 1' Invention, la teneur d'aluminium est plus faible et le rapport du titane à l'aluminium et la teneur totale du titane et de l'aluminium sont tous deux trop élevé.. Bien que la dureté et ent la résistance au fluage de cet alliage soitacceptable sa duc- tilité de traction est sensiblement intérieure à celle des al- liages suivant l'invention.
L'alliage N 6 est très semblable en ce lui concerne aa composition à l'alliage N 5,et il diffère des alliages sui- vant l'invention également en ce que sa teneur de carbone est trop élevée et sa teneur de bore trop basse * Ces différences par rapport à l'invention, bien qu'étant numériquement faibles, ont pour résultat une résistance au fluage trop faible, une dureté élevée et une faible ductilité de traction*
L'invention englobe également les alliages sous la forme de tôles, ainsi que les objets et les pièces fabriquera partir de ces alliages par conformation à froid et par soudage.
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"Improvements to nickel-chromium-cobalt alloys".
The present invention relates to improvements to nickel-chromium-cobalt alloys.
Alloys intended for use at elevated temperatures Mud in the form of sheets, for example dalla for the manufacture of comfort objects, such as housings and nozzles for gas turbine engines in aviation , must not only maintain adequate tensile and creep strength at operating temperatures but must also be ductile at these temperatures and be capable of being welded and formed at room temperature to the desired shape.
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The creep resistance must be considered if we have a load of about 12.6 Kg per ram, lengthening it at creep in 100 hours, the operating temperature is not 0.2 ';'. preferably by not depositing otl% e It is known that alloys based on niokt "" ohro-cobalt, lasted by the addition of titanium, aluminum, molybdenum and carbon, have an excellent resistance q flua .- this at Havées temperatures.
However, the stress of bonding of this type gradually drops with an increase in temperature. The previous reports indicate that one of the best industrial alloys for tOlea is known to be available or1.1. market, including the. Nominal composition comprises 0.04.4 of C, 20% of Cr, 20 of Cet 6 of Mo, 2, 2 / of Ti, 0.1 of Al, the 'res .. tu ... t. being nickel, loses its resistance as the temperature rises. Below t30Up0, The attempts were made on LrFILL: 1't: .. 1.U21t! Ù1 '! 8 alloys in the form of a ttle with a thickness of 1.22 u: .t after heat treatment by u ..' 1 solution heating for 10 minutes at 1150 C, followed by a re .roid3.r: aexiti: zt ir air, an aging (sitting) for 16 hours at 7eOoC and then a new
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air cooling. TABLE 1.
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Te: 1 ..-; Óra't.ll'e (OC) Effort Creep in 100 hours ¯¯¯¯ .i. 1, ') 785 z. 2, 3 0.1 doo z. 2 '6 Or 3 825 S4 0.2. t30 7, 7 0.4 i
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Even under reduced strain, creep stress is excessive at temperatures above 78oC.
Due to the continuous development of gas turbines
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aviation, operating temperatures continue to continuously increase, and the present invention relates to alloys suitable for use at low temperatures.
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passing ti00, 2) * mi8 generally, the creep resistance of niokel-chromium-cobalt base alloys of the type mentioned above. above, and therefore the temperature at which they can be used, increase as the total content of titanium and aluminum increases.
At the same time, however, the alloys become more difficult to conform, which is non-
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trë by an increase in their hardness at the temperature am. biante in the heated to solution and cooled state. This effect is illustrated in Figure 1 of the drawings, where hardness is plotted against the total content of titanium.
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aluminum for a series of alloys containing e.-i bends 1: 1 im- and 1 * aluminum, 2Vo do chromium, 10 to 20% cobalt, 0 to 10% molybdenum, 0.01 to D, 2 of carbon, the rest being practically completely made up of nickel.
The alloys were verified as a sheet metal with a thickness of 1.2 mm
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which was heated for 8 minutes at 11 '? 0 <' 0 it cooled 1 "water. The low degree of scattering of the results shown in this figure around the curve indicates that variations
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contents of elements other than titanium and al'mia.iuci have only a very slight effect on the hardness at the temperature ams. bianto. A hardness of about 250 VPN (viciera Pyramid! Fu.Q1be! '), Which is the maximum generally acceptable for alloys for steel sheets with regard to conformability, is reached at a total content of titanium and d. aluminum of 4.
For alloys to be used in the form of tCles, therefore, '
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a limit is apparently set on the improvement of the. creep resistance at high temperatures, which can be achieved by increasing the titer contents of α-
<Desc / Clms Page number 4>
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.
The increase in the total content of titanium and aluminum leads to a decrease of the ductility of
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traction of alloys at high temperatures and, for this
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also reason, an alloy which has a resistance to fluid
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suitable peat not suitable for use in sheet form,
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The present invention is based on the finding that the high temperature creep resistance and tensile strength of nickel-chromium alloys, having a total titanium and aluminum content of about 4, are. both are significantly influenced by the molybdenum content and by the carbon content, and a surprising lesson also by the ratio of the titlne content to the ullium content.
Thus, by adjusting these factors within specific parameters, one can obtain alloys which have a suitable strength and ductility. temperatures above 800 C without obtaining an abnormally high level of hardness
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at room temperature, so that these alliates can be; compliant by current techniques.
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The alloys according to the invention contain 14 to 20% of chromium, 10 to 16% of cobalt, 6 8; .e> of molybdenum, '0.02 to 010.1%
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of carbon, such quantities of titanium and aluminum as
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the total content of this titanium and of this aluminum is from J.5 to 4,;, the ratio of titanium to aluminum being 0.75 / 1 al.51i, the aluminum content being at least 1 , 7, 0.001 to 0.00 '? of boron and 0 to 0106'a of zirconium, the remainder being nickel apart from impurities. To obtain the greatest creep resistance, the total content of titanium and aluminum should be at least. the 1o: J.na 3t9ié and the aluminum content, at least 2; '?, The highest ratio of titanium h. tQ.lur: 11nit \ m1 compatible with these conditions Hi?., 7 ,. ::
.E3.'Itf.li2'E38, is 1. ',,
<Desc / Clms Page number 5>
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The carbon content is preferably 0103 Os, 06% and the boron content from 0.002 to OtOO4% * Although the presence of sir- couiva * favors the resistance to creep and the ductility of trac- tien, it has a Adverse Effect on the Solderability of Alloys Therefore, the content of ziroonium preferably does not exceed 0.02 and no addition of Zirconium is made during the melting of alloys. Commonly present impurities d .-, One of the alloys of this type are silioiuril, manganese and iron.
The quantity of these elements should also be. tbitle. as possible and preferably the content of each of these elements in total should not exceed one percent, the content of these three elements not exceeding 1.5%.
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The properties of the alliates, in particular sordability and ductility at high temperatures, are reduced by the effects of other elements which can be introduced.
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in the alloy from the impure raw materials *? 1 Ut to obtain the best possible properties, therefore, it is desirable to minimize the content of these elements
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in tracery, This can be achieved by using extremely pure raw materials but, in industrial practice,
this can best be achieved by melting Ion alloys us a high vacuum and casting them or $ Vacuum or into *
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an atmosphere of an inert soul. A certain advantage can also be obtained by refining the alloys by keeping them in a molten state, we empty them, for example by heating them 4uoo 1 1600 * 0] for at least 9 minutes, preferably at least 10 minutes,
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We have a pressure not exceeding 0.1 mm Ego. The alloys are most easily formed in the solution heated and cooled state.
A solution heater is
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preferably carried out in the temperature range of 1050 to 12 to 40. The heating time will depend on the section dimensions
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and it can shoot from 2 to 20 minutes for etotions up to 5 mm and from 2 to 8 hours for thicker section * To achieve minimum hardness, the alloys should then shoot cooled as quickly as. possible and we prefer a
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cooling or soaking in water.
To develop the highest resistance to highs. temperature, 1.81alliae 'of * should then be aged at a temperature of the order of 700 950 * Ct preferably greater than 850.0, for 2 to 16 hours ...
Welding of alloys should be achieved while in the heated-to solution state * No further processing
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The solution is usually not after welding, but 1 <* '. that the maximum resistance is desired, the treatment is vie111'sem 'can be r6n.mf after pou-dagel the temperature used being preferably greater than 850 ° C in order to ensure a total release of tensions.
In order to achieve the desired combination of ownership *
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it is essential that the contents of all element * molybdenum, titanium, aluminum and carbon are within the range. previously specified.
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the effects of varying the molybto dene content on ductility and tensile strength at high temperatures are shown by the results given in Table 2, these results having been obtained with alloys having the.
com
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nominal position * t 20% chromium, 14 cobalt, 29i titanium, 2% aluminum, 0.04% carbon, 0.003% boron, the remainder
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being nickel, we form tClea having a thickness of 1.22 #, which were heated * # k solution for 8 minutes at 1150OCs water-cooled and aged for 16 hours at
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TABLE 2,
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Molyb content Properties at. the traotlen. at 840 "C dèn Resistance Elastic load Al.loaMnt bond to tick traction, Kg / mm2 rdmm 2 5.9 9 b 55.1 67 $ 7 5.3 15 5 77.2 63 2 7792 63 2e 10 789U 64, 6 10
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x Elongation of 0.1 ".
With increasing molybdenum contents, the ultimate tensile strength and elastic load gradually increasing, but the elongation steadily increases? by a saxinum and nnsui te d1111ne. The combination of maximum resistance to the fraction
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with the maximum tensile ductility is o'httnua with alloys gea containing 6 & 8% molybdenum.
An increase in the carbon content? for: reu1 ....! i tat a reduction in tensile and creep rseiatunoea. #! The results given & UIt! Ab1.lt.ux 3 and 4 showing the effect of the carbon content on their tensile properties and the properties of creep at high temperatures, for alloys having a nominal composition of 20 ° t of chromium, 14% of oOball1, 2% of titanium, 2% of alua1n1 im, 5% db molybdenum, OtOO. 3% of boron, the remainder being nicliel Toua the alloys were checked * or * the form 9 ' a sheet of 1.2 mm eipaïsaisarde, which had been heated * in solution for 6 minutes at 11500Cl cooled * to 119 au and aged.
The treatment of aging eonnisi. was in a heater for 16 hours at 780 * 0, except in the cae
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of the first alloy of Table 3, which was aged for 4 hours at 90060.
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TABLE 3.
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Tensile content of iolfb- Proai4tis at H400C tooth R'eistancw '"Elastic load- Elongation,
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<tb> limit <SEP> to <SEP> - <SEP> tick <SEP>%
<tb>
<tb> the <SEP> trao-- <SEP> Kg / mm2
<tb>
<tb> tion,
<tb>
<tb> Kg / mm2
<tb>
<tb>
<tb> 0.04 <SEP> 77.2 <SEP> 63 <SEP> 24
<tb>
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0.0b 72, b 63 20 0011 70.9 t, 3 2b
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<tb> Elongation <SEP> of <SEP> 0.1%
<tb>
<tb> TABLE <SEP> 4.
<tb>
<tb>
Content <SEP> of <SEP> oarbone <SEP> Tempo <SEP> Effort <SEP> Creep <SEP> in <SEP> 100 <SEP> hour **
<tb>
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(? 6) 00 Kg / om2 0 # 05 d40 1395 0.09 & 0.07 H40 1395 0.13 0.09 825 12.3 0.10 0.1 825 12.3 0.103 ¯¯¯¯ ... ## .! ¯ ....... .l'J !!. !. . '\ "MM * From these results, the advantage of maintaining the content
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of carbon above 0.07 is net If, however, the carbon content is less than f5? ductility at high temperatures)! is greatly reduced and there is a clear tendency for the alloys to form very large grain * during their annealing which results in poor quality of the formed part and can lead to a reduction in resistance to high temperatures.
Although it has been found in practice that there is generally at least 0.02 carbon in alloys, care must nevertheless be taken that the carbon content does not fall below this value.
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In all materials for high temperature sheets
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peraturea, he had desirable removal? ductility of trao-! maximum at high temperatures, compatible with the required level of resistance. The importance of the ratio of titanium content to aluminum content to achieve this combination;
of properties in the alloys of the invention this illustrated
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by Figure 2 daM which is given on the ordinate .allangerasn 'to. traotiom (in percent) to bOO O and, in abise, the ratio of, titan * k a-luatinium for allia, .. having a nominal composition, of 20 chromium, 14 cobalt, 4 titanium + aluminum, molybdenum, 0, .003 :: 'boron, the remainder being alumina. Maximum ductility is obtained with alloys having a titanium / aluminum ratio of about 1.
The boron content of the alloys is also important.
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aunt. Monk 0t001? 6 of boron, preferably O, OOI in the alloys is required to ensure adequate tensile ductility.
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required in the welded material * On the other hand, it is very & there, 117 <111 them that the sheet material is weldable and, for this reason,.
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the boron content should not exceed 0J005, preferably not exceeding 0.004.
If the boron content exceeds C1, G? cracking occurs during welding * The presence of excessive amounts of calcium or magnesium is also reduced!
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8oudab1lit 'and, in order to obtain optimum weldability, it is therefore necessary to ensure that the total content of these two elements is as low as possible, preferably not exceeding 0.005 or even 0.003%.
The importance of the correct relation between the varia; blet of the composition, and further illustrated by the results of tests carried out * on six alloys having the compositions given
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shown in Table 3.
AlUagu NO 3 and 4 are aui alloys; Both the intention, while alloys 1, 2, 5 and 6 are not alloys of the invention,
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TABLE 5>
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<tb> Al-
<tb>
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lla-C Or Co KO Ti Al B Zr Si Ma! S & 1 nose 0.1.6 14.9 19, & 5.03 1.3 4.37 0.00e 0.1 0.340.07 2 0.03 18 3 l3v4 7, 43 1.1 2.44 09002 0.0K0.3 <fO, OI> 3 0.0 19 # 75 13.9 7.23 2.1 z 0.0030.020,10.03 4 0.02t. 17s7 1393 7 # 42 2.04 lt7> 0.004 <0.01 <0.3 (0.0; 5 0.06 19sb5 10.2 9.24 3 # 12 1.; 1 0.001;
- Otl5 <0002 z 0111 19.4 10.6 9, '4 if3 - <> 1.24 <, 001 0.06 0,> <0.0ï>
The remainder of the alloy is constituted in Cas case by nickel and by impurities * Each of the alloys. was
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1 amin'- in a thickness of 1.22 mm and the Icnant1l- Ions of each of these alloys were annealed (at 14 1-4 for 10 minutes at 1180.0 and NO 5 and 6 for 12 minutes at 111700) and cooled with water. These alloys were then found to have the following hardnesses,
TABLE 6.
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<tb>
Alloy <SEP> N <SEP> Hardness <SEP> (VPN)
<tb>
<tb> 1 <SEP> 332
<tb>
<tb> 2 <SEP>. <SEP> 229
<tb> 3 <SEP> HERE
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 240
<tb> 5 <SEP> 240
<tb>
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Other samples. At each alley, in the forite of tele., Were repeated and watered in the same way. re and II * were then aged by heating for 4 hours at 900 ° C and cooled in air to ambient temperature.
The results of the creep tent at 8400C xouo an obi ge of 13., Kg per mm2 and of the tensile test in a range of temperatures ranging up to 90040 are given in tables 7 and 8 below,
<Desc / Clms Page number 11>
TABLE 7
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All1agt, Deformation in 100 hours 3.5 xg (# m2 and 840''C
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<tb> N
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0.07
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 0.94
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 0.096
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 0.16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP>; <SEP>. <SEP> 0.05
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0.28
<tb>
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z 12.3 xg / mm2 and 78500 Alloy NO LEAU Allias H ', 2 TemD.
Réain Charge Allons Résista - Ch4), rge AlcKgemet 00 'tance 11 "" m: l t 2 m 45-rements this limit li. * temp. mite à la Cha1 "ge (1;) 1tésiatnn- K & 'mm .ul (\ 1'! rta.Cit traction tïonl 2 L KKl1" m ''. ,, -. '
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<tb> 20 <SEP> 116.5 <SEP> 82 <SEP> 16 <SEP> 118.1 <SEP> 78.8 <SEP> 25
<tb>
EMI11.5
700 94.5 6913 5 93 '57, 7 10 750 77.2 70.9 2 9623. 18 800 63 47.3 0, & 82 * - * 6, I 24.
840 # or bgt3 i53 23,900 48.8 44.1 2 4-1.3 ", fU..I; .e: 45," ul. -. g9 '20 97, Ó 50.4 40 llb. '("b 26' 700 * # * 109.5 ', 6 32 750 z 45.7 30 eb, 6 55.1 33 800 78, 8 52 26 78.8 61.4 28 840 6797 48.8 19 69 .j, b6.1 32 900 50.4 42, & 19 3396 52 29 Allia If 0 11i ,. H * 20 113/5 77.2 18 132il 69.7 16
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<tb> 700 <SEP> - <SEP> .. <SEP> 103.8 <SEP> 77.2 <SEP> 8
<tb> 750 <SEP> 91.4 <SEP> 66.1 <SEP> 19
<tb>
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800 72.5 61.4 '15 78.8 66tl 850 6lut4 58.3 15 w on 900 41 36, 17 39 t "31.S il Elongation of 0.1%.
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This * result * shows that the N 1 alloy, in which the molybdenum content is low, the carbon content is high, the total content of titanium and aluminum is high and the contribution of titanium to aluminum is low, has an acceptable level of creep resistance but * and very hard in the annealed condition and has very low tensile ductility at high temperatures *
Alloy N 2, which differs from alloys of the invention only in that the titanium content and the ratio of titanium to aluminum are all too low, is easily annealed and very low. good tensile ductility, but the creep resistance of this material is poor. In alloy N 5,
1-on contents of molybdenum and titanium are higher than those of the alloys according to the invention, the aluminum content is lower and the ratio of titanium to aluminum and the total content of titanium and aluminum are both too high. Although the hardness and creep resistance of this alloy is acceptable its tensile strength is substantially less than that of the alloys according to the invention.
The N 6 alloy is very similar in its composition to the N 5 alloy, and it differs from the alloys according to the invention also in that its carbon content is too high and its boron content too low. * These differences from the invention, although numerically small, result in too low creep resistance, high hardness, and low tensile ductility *
The invention also encompasses alloys in the form of sheets, as well as the articles and parts to be made from these alloys by cold forming and welding.