CH637994A5

CH637994A5 - Alliage a base de nickel.

Info

Publication number: CH637994A5
Application number: CH204279A
Authority: CH
Inventors: Allin Sidney Pratt; Duncan Roy Coupland
Original assignee: Johnson Matthey Co Ltd; Restall James E
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1983-08-31
Also published as: DD142206A5; ES478227A1; FR2418818A1; NL7901665A; PL213849A1; FR2418818B1; SE7901724L; GB2029857A; BE874591A; DE2908151A1; CS207730B2; GB2029857B; CA1147987A; RO78428A; SE452633B; IT7920683A0; IT1166672B

Description

La présente invention concerne des alliages à base de nickel, en particulier des alliages du type gamma prime à base de nickel contenant des métaux du groupe platine.

Dans le brevet du Royaume-Uni No. 1 520 630, on décrit et revendique certains alliage à base de nickel et à base de cobalt contenant des métaux du groupe platine et comprenant essentiellement (a) 40-78% Ni et/ou Co, (b) des traces à 25% Cr, (c) des traces à 15% de métaux du groupe platine et (d) des traces à 13% Al et/ou Ti. De tels alliages possèdent des propriétés remarquables à température élevée en particulier en ce qui concerne leur résistance à la traction et au fluage et conviennent parfaitement pour des applications telles que la fabrication d'éléments utilisés dans l'industrie du verre et dans ce domaine de l'industrie aéronautique se rapportant aux moteurs à réaction et aux moteurs à turbine à gaz.

On admet que la structure métallurgique des alliages décrits dans ce brevet du Royaume-Uni No. 1 520 630 comprend une matrice de phase gamma de nickel-chrome comportant une proportion minime de métaux du groupe platine, ensemble avec 65% en poids de phase gamma prime qui est principalement constituée par NiîAl substituée par des métaux du groupe platine, chrome et autres éléments de l'alliage. La plus grande partie, c'est-à-dire probablement plus de 90%, des métaux du groupe platine sont présents dans la phase gamma prime et, on admet qu'ils remplacent principalement l'aluminium dans cette phase.

Bien que NÌ3 Al lui-même ne possède pas de propriétés physiques utiles pour les applications rigoureuses telles que celles décrites ci-dessous, on admet néanmoins d'une manière générale que c'est la présence de NÌ3A1, c'est-à-dire la phase gamma prime, en particulier une telle phase comprenant également des métaux du groupe platine, en association avec une ou plusieurs autres phases, qui donne à cet alliage ses propriétés à température élevée. On admet également que les alliages comprenant une matrice de phase gamma prime présentent des propriétés améliorées à température élevée par comparaison avec les alliages comprenant une matrice de phase gamma dispersée avec un précipité de phase gamma prime, mais jusqu'à présent de tels alliages avaient tendance à présenter une résistance à la corrosion relativement faible en particulier aux températures élevées. Il est par conséquent un but de la présente invention de réaliser un nouvel alliage qui surmonte ces désavantages.

Selon l'invention, on réalise un alliage à base de nickel comprenant, en poids à l'exception d'impuretés, de l'aluminium (4-13,5%), du chrome (trace à 6%), un ou plusieurs métaux du groupe platine (trace à 20% au total), le complément étant du nickel.

Par «métaux du groupe platine» on désigne le platine, le rhodium, l'iridium, le ruthénium, le palladium et l'osmium. Parmi ceux-ci, on préfère employer particulièrement un ou plusieurs métaux du groupe platine, rhodium et ruthénium.

Selon un mode de réalisation de l'invention, on réalise un alliage contenant également du hafnium (trace à 5%) et/ou du titane (trace à 6%) et/ou du tantale (trace à 12%).

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on réalise un alliage comprenant, en outre, depuis des traces jusqu'au poids spécifié, un ou plusieurs des métaux suivants:

niobium 6%

carbone 0,15%

bore 0,1%

cobalt 10%

molybdène 14%

tungstène 14%

zirconium 1,75% scandium, yttrium ou oxydes de ceux-ci et/ou métaux de terres rares ou oxydes 3%

silicium 0,25%

magnésium 1%

fer 10%

manganèse 0,25%

vanadium 2%

On doit comprendre, qu'en plus des oxydes de scandium, d'yttrium et des métaux de terres rares indiqués ci-dessus, d'autres éléments, par exemple Zr, des alliages selon l'invention peuvent être présents au moins partiellement sous forme de leurs oxydes.

Ces oxydes peuvent être ajoutés soient tel quel aux autres éléments de l'alliage ou peuvent être formés in situ sous les conditions de fabrication de l'alliage.

Un alliage particulier selon l'invention peut avoir la com5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

637994

position suivante exprimée en pourcents en poids: Al 7,3%, Ti 0,8%, Co 6,5%, Nb 0,99%, Mo 1,0%, Ta 10,5%, Cr 2%, W 2%, C 0,05%, B 0,01%, Zr 0,07%, Pt 7,5% et le complément étant du nickel.

Les alliages selon l'invention peuvent comprendre une matrice de phase gamma prime dendritique remplie de phase gamma et/ou bèta, alpha, borides, carbures etc., la structure précise dépendant de la teneur en aluminium. On admet que le métal du groupe platine se produit au moins dans les phases gamma prime et NiAl bèta. Les alliages peuvent être produits par les techniques habituelles de fusion sous vide et de coulée, ou par addition mécanique par exemple. Un procédé préféré consiste en une solidification dirigée qui augmente la résistance mécanique dans la direction de la solidification.

On a trouvé que les alliages selon l'invention possèdent des propriétés à température élevée jusqu'à 1100°C en ce qui concerne la résistance à la traction et à l'oxydation qui sont supérieures à celles de la plupart des superalliages de nickel habituels et environ comparables aux alliages connus dans la s technique comprenant une matrice de phase gamma prime. Les alliages selon l'invention présentent également une résistance à la corrosion à chaud améliorée par rapport à la plupart des superalliages connus et également les alliages à matrice gamma prime.

io Le tableau 1 suivant donne des exemples des alliages selon l'invention ensemble avec divers alliages connus dans la technique. Les valeurs pour la composition sont exprimées en poids ajouté et on doit comprendre que l'analyse de tout alliage donné donnerait probablement des valeurs originale-îs ment différentes de celles indiquées.

Tableau 1

Composition de l'alliage (% en poids)

Pt

Ni

Al

Ti

Cr

Co w

Mo

Ta

Nb

K

j

13,28

G

10,4

4,6

A

16,6

9,2

4,1

B

16,2

6,8

4,0

R

8,73

8,69

4,28

H

9,7

3,4

3,7

S

8,7

8,05

3,2

3,45

J

7,1

3,2

3,4

7,8

8,1

2,0

W

7,96

5,74

2,94

3,2

7,2

7,52

1,95

GP4

6,8

3,9

2,6

6,52

8,1

4,1

GP5

15,2

4,8

3,7

2,7

7,5

7,9

4,1

L

7,2

3,2

7,8

3,2

6,0

X

8,08

5,82

2,98

3,23

7,32

2,97

5,62

N

7,1

3,1

3,4

7,7

5,6

1,7

3,2

Y

7,98

5,73

2,94

3,19

7,24

5,26

1,56

2,96

GP1

7,5

g

7,3

0,8

2

6,5

2

1,0

10,5

0,99

Ë

s <n

"EH

Ë

GP2A

u 0

7,3

1,0

2,5

7,5

2

1,5

7,0

2,5

Autres

GP2B 7,0

GP3 4,6

GPY 7,5

6,9 0,9

10,0 1,2

7,05 0,8

2,2

2,5

2,0

7,5

7,2

7,0

1,8

2,0

1,5 6,0

1,3 5,5

1,0 10,0

2,2

1,0

C-0,05 B-0,01 Zr-0,07

C-0,08 B-0,02 Zr-0,05 Hf-1,5

C-0,08 B-0,02 Zr-0,05

C-0,05 B-0,01 Zr-0,07 Y-0,3

Le tableau 2 et les figures 1 à 5 donnent les résultats pour la corrosion par les sels dans l'air. Dans chaque figure, le divers alliages selon l'invention par comparaison avec divers 65 résultat de NÌ3AI (alliage K) est donné dans un but compa-alliages connus dans des essais pour établir leur résistance à ratif.

637994

4

Tableau 2

Résultats de l'essai de mesure de la résistance à la corrosion par un revêtement de sel à 900°C ( 1,5 mg/cm-2 de NaaSO»)

Alliages Durée de l'essai en heures et gain de poids en mg/cm2

24 heures 48 heures 72 heures 96 heures

K

5,1

mg/cm2

7,3

mg/cm2

10,5 mg/cm2

12,3

mg/cm2

G

32,3

mg/cm2

70,1

mg/cm2

104,6 mg/cm2

128,1

mg/cm2

A.

4,9

mg/cm2

-

4,8 . mg/cm2

5,4

mg/cm2

B

2,7

mg/cm2

3,2

mg/cm2

3,5 mg/cm2

3,8

mg/cm2

R

4,7

mg/cm2

11,2

mg/cm2

22,9 mg/cm2

41,5

mg/cm2

H

15,3

mg/cm2

24,5

mg/cm2

108 mg/cm2

111

mg/cm2

S

1,0

mg/cm2

3,7

mg/cm2

2,5 mg/cm2

5,0

mg/cm2

J

13

mg/cm2

23,5

mg/cm2

23,5 mg/cm2

23,9

mg/cm2

W

2,7

mg/cm2

4,3

mg/cm2

6,5 mg/cm2

7,8

mg/cm2

L

16,0

mg/cm2

28

mg/cm2

29,5 mg/cm2

30,3

mg/cm2

X

1,0

mg/cm2

2

mg/cm2

3,5 mg/cm2

-

mg/cm2

N

28,9

mg/cm2

75,9

mg/cm2

117,8 mg/cm2

123

mg/cm2

Y

1,0

mg/cm2

3,7

mg/cm2

4,1 mg/cm2

6,6

mg/cm2

Le tableau 3 suivant et la figure 6 montrent les résultats Tableau 3

pour des essais de résistance à la sulfuration par immersion Essai de résistance à la sulfuration par immersion totale à totale à 925°C pour les alliages GP5 et GP4 et la figure 7 925°C dans NaCl 10% et Na2So4.

montre les résultats de l'essai de résistance à l'oxydation alternée pour des alliages selon l'invention et un superalliage 30 :

disponible dans le commerce. Durée de l'essai en heure et perte de poids par unité de surface

Dans les essais de résistance à l'oxydation alternée, chaque (mg/cm )

cycle consiste à chauffer l'alliage jusqu'à 1100°C et maintenir 1 heure 4 heures 15 heures

à cette température pendant une durée totale de 40 minutes et ensuite refroidir l'alliage à 20°C et le maintenir à cette tempé- 35 GP4 149,1 mg/cm2 430,7 mg/cm2 Entièrement attaqué rature pendant un total de 20 minutes. GP5 9,4 mg/cm2 40,1 mg/cm2 8,09 mg/cm2

Dans la figure 7 l'alliage M ARM est un alliage disponible dans le commerce indiqué dans un but comparatif et consiste en chrome 9%, cobalt 10%, tungstène 12%, niobium 1%, alu- Bien entendu diverses modifications peuvent être appor-

minium 5%, titane 2%, carbone 0,15%, bore 0,015%, zirco- 40 tées par l'homme de l'art aux alliages qui viennent d'être nium 0,05% et le complément est du nickel. décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

B

4 feuilles dessins

Claims

637994

1%

fer

10%

manganèse

0,25%

vanadium

1,75%

scandium, yttrium ou oxydes de ceux-ci et/ou

métaux de terres rares ou leurs oxydes

1. Alliage à base de nickel, caractérisé en ce qu'il comprend, exprimé en pourcents en poids et à l'exception d'impuretés,

2%

2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieures métaux comme suit:

- traces à 5% hafnium

- traces à 6% titane

- traces à 12% tantale.

2

REVENDICATIONS

3%

silicium

0,25%

magnésium

3. Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé

en ce qu'il contient, en outre, depuis des traces jusqu'au poids indiqué, un ou plusieurs des métaux suivants:

niobium

6%

carbone

0,15%

bore

0,1%

cobalt

10%

molybdène

14%

tungstène

14%

zirconium

4. Alliage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le scandîum, l'yttrium et les métaux de terres rares sont au moins partiellement présents sous forme de leurs oxydes respectifs.

- 4 à 13,5% aluminium

- traces à 6% chrome

- traces à 20% d'un ou de plusieurs métaux du groupe platine,

le complément étant du nickel.

5. Alliage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les métaux niobium, carbone, bore, cobalt, molybdène, tungstène, zirconium, silicium, magnésium, fer, manganèse, vanadium sont au moins partiellement présents sous forme de leur oxydes respectifs.

6. Alliage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend: aluminium 7,3%, titane 0,8%, cobalt 6,5%, niobium 0,99%, molybdène 1,0%, tantale 10,5%, chrome 2%, tungstène 2%, carbone 0,05%, bore 0,01%, zirconium 0,07%, platine 7,5% et le complément est du nickel.