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Nickel-Chrom--Titan-Aluminiumle gierungen
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EMI2.1
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Zahlentafel I
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<tb>
<tb> T <SEP> i <SEP> (Olo) <SEP> Al <SEP> (lo) <SEP> Gesamt <SEP> Ti/Al <SEP> Dehnung
<tb> Ti+Al <SEP> (%) <SEP> (0/0) <SEP>
<tb> 1, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 99 <SEP> 2, <SEP> 29 <SEP> 1, <SEP> 35 <SEP> 26 <SEP>
<tb> 2, <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 47 <SEP> 2, <SEP> 72 <SEP> 4, <SEP> 78 <SEP> 17
<tb> 1, <SEP> 3 <SEP> 1.
<SEP> 57 <SEP> 2, <SEP> 87 <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> 23
<tb> 3, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP> 3, <SEP> 34 <SEP> 12, <SEP> 9 <SEP> 2
<tb> 3, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 68 <SEP> 3, <SEP> 68 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 3, <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 4, <SEP> 17 <SEP> 3, <SEP> 09 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 3, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 4, <SEP> 75 <SEP> 2, <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Ein Ersatz des Nickels durch Eisen ergibt jedoch eine gewisse Abnahme der Zerreissfestigkeit und Zerreissspannung bei hohen Temperaturen ; Legierungen mit niedrigem Eisengehalt, z. B. von 0 bis 5%, werden daher bevorzugt, wenn höchste Festigkeit gefordert wird.
Anderseits werden Legierungen mit etwa 30-4calo Eisen verwendet, wenn höchste Dehnbarkeit bei hoher Temperatur gefordert wird und die Zerreissfestigkeit nicht von so grosser Bedeutung ist.
Es ist wichtig, den Nickelgehalt nicht unter 35% zu vermindern, weil sonst starke Versprödungen eintreten, wenn die Legierungen längere Zeit Temperaturen zwischen 650 und 8500C ausgesetzt werden.
Die Gegenwart des Molybdäns verbessert die Dauerstandsfestigkeit der Legierungen bei hohen Temperaturen, so dass dafür mindestens 3% Molybdän anwesend sein sollen. Anderseits soll der Molybdängehalt 6% nicht überschreiten, weil bei höheren Gehalten deren Korrosionsbeständigkeit beträchtlich vermindert und das Schmieden fast unmöglich wird. Innerhalb des Bereiches von 3 bis 601o ergänzt das Molybdän die Wirkung des Ti+Al auf die Warmfestigkeit der Legierungen. Bei gegebenem Gehalt an Ti+Al erhöht eine Erhöhung des Molybdängehaltes die Warmfestigkeit und der durch eine Verminderung des Gehaltes an Ti+Al bedingte Festigkeitsabfall kann durch Erhöhung des Molybdängehaltes mit 0, 5% für je 0, 1% Ti+Al teilweise oder ganz kompensiert werden.
Das Molybdän kann in der Legierung ganz oder teilweise durch gleiche Atomprozente Wolfram ersetzt werden.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sehr geringe Mengen Bor die Dehnfähigkeit der Legierungen bei hohen Temperaturen verbessern und dass ein Borgehalt innerhalb des sehr engen Bereiches von 0,001 bis 0, 009% wesentlich ist, wenn aus den Legierungen geschweisste Bauteile hergestellt werden, die bei hoher Temperatur eine ausreichende Dehnbarkeit besitzen und zufriedenstellend warm verarbeitet werden können. Bei Borgehalten unter 0, 001% ist einerseits die Dehnbarkeit der Legierungen nach dem Schweissen und damit auch deren Lebensdauer niedrig. Wird anderseits der Borgehalt über 0, 009% erhöht, neigen die Legierungen beim Schweissen insbesondere in dicken Querschnitten über 17 mm zum Reissen.
Vorzugsweise soll der Borgehalt 0, 004% nicht überschreiten ; ein besonders geeigneter Gehalt ist 0, 003%. Die Wirkung des Borgehaltes auf die Dehnbarkeit geschweisster Verbindungen bei Temperaturen zwischen 600 und 8000C ist durch die folgenden Vergleichszahlen für Legierungen der folgenden Zusammensetzung
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: 0, 05%1, 5,0, 02% Zr, Rest Nickel. Die Versuche wurden an Blechproben von 1, 2 mm Dicke ausgeführt, die ohne Heften im Argonarcverfahren stumpfgeschweisst wurden.
Zahlentafel II
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> OC <SEP> Dehnung <SEP> (0/0) <SEP>
<tb> < 0,001% <SEP> B <SEP> 0,002% <SEP> B
<tb> 600 <SEP> 26 <SEP> 34
<tb> 700 <SEP> 13 <SEP> 33
<tb> 800 <SEP> 24 <SEP> 29 <SEP>
<tb>
Zirkon beeinflusst die Dauerstandsfestigkeit der Legierungen, zu welchem Zweck es in Mengen von 0, 01 bis 0, 1%, vorzugsweise 0, 050/0, anwesend sein soll. Grössere Zirkonmengen als 0, 1% können jedoch wieder zu Rissen beim Schweissen führen.
Die Legierungen können nach irgendeiner bekannten Weise geschmolzen werden. Es ist allgemein
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üblich, an der Luft geschmolzene Nickel-Chromlegierungen durch einen Zusatz von Kalzium oder Ma- gnesium zu desoxydieren. Wenn diese Technik auf die gegenwärtigen Legierungen angewendet wird, ins- besondere auf jene, welche weniger als 5% Eisen enthalten, soll dafür gesorgt werden, dass der restliche
Kalzium- oder Magnesiumgehalt so niedrig als möglich ist und vorzugsweise 0, 005% nicht überschreitet, ! weil sonst beim Schweissen dicker Querschnitte oder mit Heften ein Reissen eintritt und die Dehnbarkeit der geschweissten Verbindungen bei hoher Temperatur vermindert wird.
Um die optimalen Eigenschaften der Legierungen zu erschliessen, ist es wesentlich, dass sie einer aus- lagernden Wärmebehandlung unterzogen werden, die in einem Losungsglühen, gefolgt von einem Ausla- gern bei niedriger Temperatur besteht. Vorteilhaft besteht diese Behandlung in einem Erhitzen auf 1020-11500C, dem eine Luftabkühlung und eine Auslagerung bei 650-850 C folgt. Für dünne Quer- schnitte unter 4, 3 mm beträgt die Dauer der ersten Behandlung vorteilhaft 2-30 min und jene der zweiten
Behandlung 2-16 h. Für dickere Querschnitte soll die erste Behandlung länger dauern, etwa 2-8 h. Alle
Angaben in dieser Beschreibung über die Eigenschaften der Legierungen beziehen sich auf Proben, die auf diese Weise ausgelagert wurden.
Wenn die Legierungen geschweisst werden, soll eine Lösungsglühung vor der Durchführung des
Schweissens vorgenommen werden ; das Auslagern ist jedoch vor dem Schweissen nicht notwendig. Nach dem Schweissen ist eine weitere Wärmebehandlung im allgemeinen nicht notwendig. Wenn aber maximale
Festigkeiten erforderlich sind, kann es wünschenswert sein, nach dem Schweissen eine Wärmebehandlung durchzuführen, die in einem Erhitzen durch 2-16 h bei 650-900 C, vorzugsweise im höheren Teil dieses
Temperaturbereiches, besteht.
Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Legierungen, dass ihre Dehnbarkeit sowohl im ge- schweissten als auch im ungeschweissten Zustand zwischen 700-9000C nicht merklich niedriger ist als bei niederen Temperaturen. Dies wird durch einen Vergleich von Ergebnissen gezeigt, wie sie durch Versuche an Legierungen erhalten wurden, deren Zusammensetzungen in der folgenden Zahlentafel III angege- ben sind.
Zahlentafel III
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<tb>
<tb> Nr. <SEP> der <SEP> Legierung
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> - <SEP> C <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0. <SEP> 1 <SEP> 0.. <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP>
<tb> Cr <SEP> 20, <SEP> 1 <SEP> 18, <SEP> 2 <SEP> 17,95 <SEP> 17,7 <SEP> 20 <SEP> 19,6
<tb> Ti <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> 1, <SEP> 33 <SEP> 2,46 <SEP> 1, <SEP> 57 <SEP> 2,32 <SEP> 2,44
<tb> Al <SEP> 1, <SEP> 13 <SEP> 1,31 <SEP> 1,03 <SEP> 1,83 <SEP> 1,48 <SEP> 1,49
<tb> Mo <SEP> 4, <SEP> 93 <SEP> 5, <SEP> 16 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Ni <SEP> Rest <SEP> 37,6 <SEP> 36,4 <SEP> 37, <SEP> 3 <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb> B <SEP> 0, <SEP> 003 <SEP> 0, <SEP> 0025 <SEP> 0,005 <SEP> 0,003 <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP> 0,008
<tb> Zr <SEP> 0,02 <SEP> 0, <SEP> 035 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05 <SEP> 0, <SEP> 065 <SEP> 0,04
<tb> Fe <SEP> 0,
37 <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> 0,46 <SEP> 0,68
<tb> Co <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 89 <SEP> 17, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0,29 <SEP> 0, <SEP> 29-0, <SEP> 43 <SEP> 0, <SEP> 56 <SEP> 0,84
<tb> Mn <SEP> 0,03 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> 0,05 <SEP> 0,06
<tb> Ti+Al <SEP> 2, <SEP> 16 <SEP> 2. <SEP> 69 <SEP> 3,49 <SEP> 3,40 <SEP> 3,8 <SEP> 3,93
<tb> Ti/Al <SEP> 0,91 <SEP> 1,01 <SEP> 2,38 <SEP> 0,835 <SEP> 1, <SEP> 57 <SEP> 1,64
<tb>
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Nr. 2 auf 10200C durch 20 min, und dann im Argonarcverfahren ohne Zusatzwerkstoff geschweisst und schliesslich durch 4 h bei 7500C ausgelagert.
Die Zahlentafel IV zeigt die Zerreissfestigkeit und die Dehnung von im Argonarcverfahren ohne Heften stumpf geschweissten Proben, die Schweisse wurde im Mittelpunkt der Messlänge bei einer Temperatur von 7500C geprüft.
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Zahlentafel IV
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<tb>
<tb> Eigenschaften <SEP> bei <SEP> Nr. <SEP> der <SEP> Legierung
<tb> 7500C <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP>
<tb> Zerreissfestigkeit
<tb> inkg/mm <SEP> 58,2 <SEP> 56, <SEP> 6 <SEP> 52, <SEP> 0 <SEP> 50, <SEP> 4 <SEP> 64, <SEP> 5 <SEP> 64,5
<tb> Dehnung <SEP> in <SEP> % <SEP> 21 <SEP> 19 <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1,3 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Die Änderung der Dehnung der Legierungen 1, 2,5, 6 mit der Temperatur ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.
Aus dieser Fig. 3 ist leicht ersichtlich, dass die Dehnung ein ausgeprägtes Minimum zwischen 700-9000C aufweist, die für die schlechten Eigenschaften der Legierungen im geschweissten Zustand verantwortlich ist, während die erfindungsgemässen Legierungen 1 und 2 nur ein sehr geringes Absinken ihrer Dehnbarkeit erfahren.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wurden ähnliche Unterschiede in den Dehnungstemperaturkurven der Legierungen im ungeschweissten Zustand beobachtet, obwohl das Abfallen der Dehnbarkeit der Legierungen 5 und 6 mit zunehmender Temperatur nicht so gross als bei den geschweissten Legierungen ist.
Die Legierungen sind sowohl in Form von Blechen als auch in verarbeiteter Form zum Gebrauch geeignet und können bei Verbundschweissungen z. B. von Blechverbindungen mit daran angeschweissten ver-
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