CH347007A - Alliage nickel-chrome-fer - Google Patents

Description

Alliage nickel-chrome-fer La presente Invention a pour objet un alliage nickel-chrome-fer.

11 est bien connu que les alliages nickel-chrome contenant du titane, avec ou sans aluminium, pos- sedent d'excellentes proprietes de resistance au flua- ge, que Fon peut attribuer ä la presence dune Phase precipitable Ni3 (Ti, Al), c'est-ä-dire une Phase dans laquelle 1e titane et 1'aluminium peuvent etre presents en proportions variables et qui peut meme ne pas du tout contenir d'aluminium. Pour former une telle Phase, il doit bien entendu y avoir une quantite ade- quate de titane libre, et la quantitd de titane neces- saire pour Tier 1e carbone present ne doit pas entrer en ligne de compte.

Le nickel est coüteux ; sa demande depasse 1'of- fre ; d'autre Part, la rdsistance donnee aux alliages par de grandes proportions de nickel, par exemple 75 %, West pas toujours requise. Ainsi, pour les tur- bines ä gaz industrielles, la longue duree et la s6cu- rit6 ä des temperatures de 600 ä 7000 C sont des proprietes plus precieuses qu'une resistance conside- rable au fluage ä des temperatures plus elevees, par exemple 7500 C.

Pour ces raisons, il est avantageux de remplacer dans ces alliages une Partie du nickel par du fer. Cependant, il est connu que les alliages nickel-chro- me-fer ä haute teneur en fer, par exemple 30 ä 60%, sont difficiles ä forger, du fait qu'ils tendent ä se rompre. 0r, les turbines et autres Parties de machines pour lesquelles les alliages en question sont requis, doivent etre fabriqu6es par forgeage ou autre fa@onnage ä chaud.

La presente Invention est basee sur la decouverte surprenante que les alliages nickel-chrome dune te- neur en fer assez haute peuvent etre forges et acquie- rent par traitement par la chaleur une excellente re- sistance au fluage ä des temperatures jusqu'ä 750o C, quand ils contiennent des quantites critiques de mo- lybdene et de boge. De plus, ces alliages possedent une ductilite tres Bonne, ä laquelle an ne pouvait s'attendre, dans 1e champ entier des temperatures allant de la temperature ordinaire jusqu'ä 7500 C.

L'alliage selon 1'invention, qui. comprend une Phase precipitable Ni3 (Ti, Al), est caractdrise en ce qu'il contient

nickel <B>......</B> 25 ä 50 0/0 chrome . . . <B>...</B> 8 ä 25 0/0 titane libre <B>....</B> 1,5 ä 6 % molybdene .... 5 ä 7 /o bore . . . . . . . . 0,03 ä 0,15 0/0 aluminium .... jusqu'ä 4 0/0 fer <B>....</B> . <B>...</B> au moins 20 0/0 1e carbone, present comme impurete, ne d6passant pas 0,2 %.

Ort connait d6jä la presence simultanee de mo- lybdene et de bore dans RTI ID="0001.0265" WI="4" HE="4" LX="1495" LY="2098"> les alliages nickel-chrome, et meme dans de tels alliages contenant jusqu'ä 8 ä 12 % de fer, devant servir ä former des pieces par coulee. 0n devait cependant s'attendre ä. ce qu'en ele- vant la teneur en fer 'a 20% ou plus, c'est-ä-dire en rempla@ant une Proportion consid6rable du nickel par du fer, 1'alliage deviendrait beaucoup plus diificile ä travailler ä chaud. 0n a trouve, et cela est surprenant, que 1'alliage selon 1'invention peut Ure facilement travaill6 ä chaud et possede une ductilit6 vraiment remarquable.

Dans cet alliage, 1e nickel joue son röle ordi- naire de maintenir 1'alliage austenitique et d'assurer de bonnes propri6t6s aux hautes temp6ratures, et ces propri6tes s'aceroissent ä mesure que s'61eve la te- neur en nickel. Eu 6gard aux diverses consid6rations expos6es ci-dessus, la teneur en nickel peut etre avantageusement de 34 ä 45 %, par exemple de 40'%. Le chrome est n6cessaire pour donner de la r6sistance ä 1'oxydation et, de pr6f6rence, il est em- ploy6 en une Proportion de 12,ä 16'%. Le carbone doit eire en quantite aussi faible que cela est pos- sible pratiquement ; il doit y avoir suffisamment de titane pour qu'il en reste au moins 1,5 % de libre, apres dMuction de quatre fois la teneur en carbone de la teneur totale en titane. De pr6f6rence, la te- neur en titane libre est de 2 ä 3 0/0. L'aluminium n'est ordinairement pas pr6sent en quantit6 sup6- rieure ä 0,75 %. Toutefois, si la teneur en titane libre est dans la Partie inf6rieure de 1'intervalle sp6- cifi6, la teneur en aluminium peut s'61ever jusqu'ä 4 %, mais il est d6savantageux que les teneurs en titane et aluminium soient toutes deux simultan6- ment 61evees.

Le molybdene est tres important. Il augmente la ductilit6 et empeche ainsi la rupture Pendant 1e forgeage. Il consolide aussi 1'alliage et augmente ainsi la difficult6 du travail de celui-ci. Pour 6viter la rup- ture et pour assurer une Bonne r6sistance aux hautes temp6ratures malgr6 la relativement faible teneur en nickel, il doit y avoir au moins 5 % de molybdene, mais pas plus de 7 %, sans quoi 1'alliage deviendrait si dur qu'il serait presque non travaillable avec les machines ordinaires pour 1e travail ä chaud. La Bon- ne r6sistance des alliages au fluage d6coule largement de la pr6sence combinee du molybdene et du bore, et cette propri6t6 ne peut etre obtenue si la teneur en bore est inf6rieure ä 0,03 %. S'il y en avait plus de 0,15 0/0, 1'alliage deviendrait de nouveau tres dif- ficile ä forger.

Le zirconium est un 61ement d6sirable pour am6- liorer les propri6t6s de r6sistance au fluage, et il peut etre pr6sent en une Proportion maximum de 0,2 0/0 et, de pr6f6rence, de 0,01 ä 0,1%. Le manganese, 1e silicium et 1e cuivre peuvent etre to16r6s jusqu'aux proportions respectives de 3 %, 1 % et 5 0/0, mais sont, de pref6rence, RTI ID="0002.0284" WI="16" HE="4" LX="643" LY="1972"> maintenus en proportions plus faibles, soit

manganese .... jusqu'ä 1 0/0 silicium <B>......</B> <B><I>0,5010</I></B> cuivre . <B>.......</B> 3 % Le vanadium est un 616ment indesirable car il dimu- nue la r6sistance ä 1'oxydation.

Parmi les impuretes ordinaires, 1e soufre et le Phosphore sont, de pr6f6rence, maintenus en quanti- t6s aussi faibles que possible. Le calcium en grande quantit6 est une impuret6 ind6sirable, mais des tra- ces rAiduaires peuvent avoir un effet favorable.

Le traitement par la chaleur, appliqu6 pour d6- velopper les bonnes propri6t6s de r6sistance ä chaud de 1'alliage, peut comprendre un traitement de disso- lution par la chaleur suivi d'un traitement de vieillis- sement ä une temp6rature inf6rieure. Pour obtenir une grande r6sistance ä 1'6br6chage, 1e chauffage de dissolution peut etre effectu6 entre 1090 et 11750 C et etre suivi d'un refroidissernent rapide, et 1e vieil- lissement peut etre effectue entre 590 et 8150 C. 0n peut effectuer un double vieillissement, par exem- ple en chauffant successivement ä 700 et 6500 C et, si desir6, il peut etre fait un traitement de vieillisse- ment interm6diaire ou pr6vieillissement comprenant un chauffage ä des temp6ratures de 815 ä 9500 C entre 1e traitement de dissolution ä haute temp6rature et 1e traitement de vieillissement.

Si la r6sistance ä la temperature ordinaire a plus d'importance que celle aux hautes temperatures, 1'al- liage peut etre simplement vieilli par chauffage ä, par exemple, 7600 C apres 1e fa@onnage et sans traite- ment de dissolution par la chaleur. Ce traitement peut etre apphqu6, par exemple, ä des feuilles ou Barres travai116es ä chaud ou ä froid, avant de les mettre sous forme d'un produit final.

L'importance du bore et du molybdene est d6 montr6e par quelques essais comparatifs. Ils ont 6t6 faits sur des alliages ayant les compositions ci-apres

Pourcentages en poids El6ments Alliage 1 Alliage 2 Alliage 3 Alliage 4 Nickel . . . 34,4 31,5 32,5 31,4 Chrome . . 14,1 16,4 15,4 16 Titane . . . 2,47 2,48 2,39 2,33 Molybdene. 5,7 2,8 0 0,33 Bore . . . > 0,07 > 0,07 > 0,07 Traces Aluminium. 0,14 0,21 0,24 0,13 Carbone . . 0,05 0,06 0,11 0,05 Manganese. 0,5 0,5 0,5 0,1 Silicium . . 0,11 0,13 0,18 0,15 Cuivre . . 0,04 0,04 0,07 0,05 Soufre . . . 0,007 0,008 0,009 0,007 Fer . . . . 1e reste Dans la pr6paration des alliages Nog 1 ä 3, an a ajout6 0,1 % de bore.

0n peut voir que 1'alliage N0 1 est conforme ä 1'invention. Dans les alliages Nog 2 ä 4, la teneur en molybdene est trop faible, et dans 1'alliage N0 4, la teneur en bore est aussi trop faible. Des echantillons de ces alliages ont 6t6 trait6s en les chauffant ä 11200C Pendant deux heures, en les trempant ä 1'huile, et en les vieillissant d'abord ä 7050 C Pendant 20 heures, puis ä 6500 C Pendant 20 heures. Ces 6chantillons ont 6t6 essay6s quant ä leur r6sistance au fluage sous une tension de 3150 kg/cm2 ä 7320 C, etRTI ID="0002.0544" WI="5" HE="3" LX="1211" LY="2349"> ont donne les resultats suivants

Dur6e en heures Alliage N jusqu'ä rupture Allongement en o/o 1 249 19,0 2 163 14,0 3 35 10,5 4 149 9,0 Les alIiages conformes ä 1'invention ont d'excel- lentes propriet6s ä temp6rature ordinaire, lesquelles sont indiqu6es par les chiffres suivants, obtenus sur un 6chantillon de 1'alliage No 1, qui avait 6t6 sou- mis au meine traitement par la chaleur que les allia- ges essayds quant au fluage.

Limite proportionnelle ........ 32 kg/mm2 Limite elastique . . . . . . . . . . . . . . 48 Tension provoquant une d6forma tion residuaire de 0,2 0/0 <B>....</B> 82 Rdsistance ä la traction . . . . . . . . 123 Allongement en % . . . . . . . . . . . . 2114 Reduction de la surface transversale en 0/0 <B>......</B> . <B>...</B> 34,8 L'influence sur les propridtes aux hautes tem- p6ratures de la presence de molybdene en une Pro- portion de 5 ä 7 %, mais en 1'absence de bore, est montree par les tables ei-apres, qui font voir aussi 1'influence du zirconium

Pourcentages en poids Elements Alliage 5 Alliage 6 Alliage 7 Alliage 8 Nickel . . . 42,2 42,0 42,4 42,5 Chrome . . 13,2 13,0 13,3 12,7 Titane . . . 2,36 2,41 2,51 2,47 Molybdene. 6,1 6,05 6,23 6,23 Bore . . . - 0,1 - 0,1 Aluminium. 0,33 0,33 0,41 0,22 Carbone . . 0,04 0,05 0,04 0,05 Manganese. 0,09 0,44 0,09 0,14 Silicium . . 0,14 0,15 0,17 0,20 Cuivre . . 0,03 0,03 0,03 0,03 Soufre . . . 0,007 0,007 0,007 0,007 Zirconium 0,03 0,03 Fer . . . . 1e reste Des 6chantillons de ces alliages ont 6t6 soumis au traitement de dissolution par la chaleur ä 1120 C Pendant deux heures, tremp6s ä 1'huile et vieillis ä 705o C Pendant 16 heures. Ils ont alors 6t6 essay6s sous une tension de 5600 kg/cm2, ä 650o C. Les r6- sultats ont 6t6 les suivants

Dur6e en heures Alliage No jusqu'ä rupture Allongement en b/o 5 62,5 4,5 6 119,0 4,5 7 8,3 9,5 8 178,2 -4,5 Comme an peut 1e voir, les deux alliages exempts de bore, les Noe 5 et 7, ont des durks plus courtes que les alliages correspondants contenant du bore, et la pr6sence de zirconium dans 1'alliage No 7 ne compense pas 1'absence de bore. L'amdlioration par- ticuliere produite par la presence simultande de bore et de zirconium est clairement montr6e par 1'alliage No B.

Claims (4)

1. . REVENDICATION Alliage nickel-chrome-fer comprenant une Phase prdcipitable Ni3 (Ti, Al), caract6ris6 en ce qu'il con- tient

   nickel <B>......</B> 25 ä 50 0/0 chrome . . <B>....</B> 8 ä 25 0/0 titane libre <B>....</B> 1,5 ä 6 /o molybdene .... 5 ä 7 /o bore . . . . . . . . 0,03 ä <B><I>0,15019</I></B> aluminium .... jusqu'ä 4 0/0 fer . <B>.......</B> au moins 20 0/0 1e carbone, present comme impuret6, ne d6passant pas 0,2 %. SOUS-REVENDICATIONS 1. Alllage selon la revendication, dans lequel la teneur en nickel est de 34 ä 45 0/0, et la teneur en chrome de 12 ä 16 0/0.
2. 2. Alllage selon la revendication, dans lequel la teneur en titane libre est de 2 ä 3 %.
3. 3. Alliage selon la revendication, dans lequel la teneur en aluminium ne d6passe pas 0,75 0/0.
4. 4. Alliage selon la revendication, caract6ris6 en ce qu'il contient en outre du zirconium en Propor- tion de 0,01 ä 0,1 %.