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Nioblegierung
Die Erfindung bezieht sich auf Nioblegierungen, die sowohl mit Wolfram und Molybdän in der Lösungs- phase, als auch mit einer Kombination von Zirkon, Hafnium und Titan in Gegenwart von Kohlenstoff in der Dispersionsphase gehärtet wurden.
Die Entwicklung von Nioblegierungen zielt sowohl auf eine Verbesserung der Festigkeit als auch der Oxydationsbeständigkeit ab. Im allgemeinen setzt sich jedoch letzten Endes weder die Legierung mit der grössten Festigkeit noch die mit der grössten Oxydationsbeständigkeit in der Produktion durch, sondern eine solche Legierung, die die beste Kombination von Festigkeit und Oxydationsbeständigkeit zugleich mit einer für die Herstellung geeigneten Verformbarkeit vereint.
Verschiedene Nioblegierungen verdanken ihre Festigkeit zwei zusammenwirkenden Mechanismen.
Einer dieser Mechanismen ist das Härten in der Lösungsphase, bei welchem gewisse Mengen von besonderen Substitutionselementen mit dem Grundmetall in eine einzige Phase oder "feste Lösung" gebracht werden. Dies erreicht man im allgemeinen beim Schmelzen der Legierung unter Vakuum im Lichtbogen.
Ein anderer der unter Festigkeitserhöhung zusammenwirkenden Mechanismen ist das Härten in der Dispersionsphase, bei welchem andere Mengen von besonderen Substitutionselementen, zusammen mit Zwischengitterelementen wie Kohlenstoff oder Sauerstoff oder beiden, unter Bildung von feinen, gut dispergierten und thermodynamisch stabilen Teilchen aus Karbiden oder Oxyden oder beiden, in die Legierung aufgenommen werden. Die Gegenwart solch einer feinen, gut dispergierten Phase in der Matrix einer Metallegierung verhindert sehr wirksam Gleit- od. dgl. Verformungsbewegungen und dadurch das Kriechen während langandauernder, konstanter hoher Beanspruchungen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte Nioblegierung mit gut ausgeglichener Festigkeit und Oxydationsbeständigkeit zu schaffen, in der eine feste, durch eine feine Dispersion von komplexen, hoch stabilisierten Karbiden verstärkte Matrix (Grundgefüge) vorliegt.
Die erfindungsgemässe Nioblegierung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Lösungsphase mit Wolfram und Molybdän gehärtet und in der Dispersionsphase mit 0, 1-1 Gew.-% Titan, 0, 1-1, 8 Gew.-% Zirkon und 0, 5-1, 0 Gew.-% Hafnium in Gegenwart von Kohlenstoff unter Bildung von dispergierten einfachen und komplexen Karbiden von Titan, Zirkon und Hafnium gehärtet wurde.
Die in der USA-Patentschrift Nr. 2, 973, 261 beschriebene Nioblegierung ist ein Beispiel einer in der Lösungsphase gehärteten Nioblegierung, wobei eines oder beide der Elemente Wolfram und Molybdän im Bereich von 4-20 Gew.-% besonders ausgewählt wurden. Diese Legierung wird ausserdem noch in der Dispersionsphase mit etwa 0, 1-1, 8 Gew.-% Zirkon und gewünschtenfalls bis zu 1, 0 Gew.-% Titan in Gegenwart von bis zu etwa 0, 3 Gew.-% Kohlenstoff und gewünschtenfalls bis zu etwa 0, 25 Gew.-% Sauerstoff gehärtet.
Es wurde beobachtet, dass man bei Nioblegierungen, insbesondere solchen mit 4-20 Gew.-% Wolfram und Molybdän, bei zielbewusster Anwendung von 0, 5-1, 0 Gew.-% Hafnium zusammen mit Titan und Zirkon in Gegenwart von Kohlenstoff die Ausbildung von hochstabilisierten komplexen Karbiden, die durch die ganze in der Lösungsphase gehärtete Nb-Mo-W-Matrix gut dispergiert sind, eine ganz bedeutende Steigerung der Festigkeit ohne Verminderung der Oxydationsbeständigkeit erzielen kann.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Legierung, in Gew.-% aus-
EMI1.1
Rest Niob. Gemäss einer weiteren Ausführungsform können kleine Bormengen zugegen sein, um die Festigkeitseigenschaften weiter zu verbessern.
In der nachfolgenden Tabelle I ist die Zusammensetzung einiger typischer Legierungen angegeben, die erschmolzen und untersucht wurden und teils innerhalb, teils ausserhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung liegen. Diese Legierungen wurden in Chargen von je 2, 27 kg im Lichtbogen unter Vakuum geschmolzen und zu Stäben mit 0, 95 cm Durchmesser ausgeschmiedet.
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Tabelle I :
EMI2.1
<tb>
<tb> Gew. <SEP> -%
<tb> Legierung
<tb> W <SEP> Mo <SEP> Zr <SEP> C <SEP> Hf <SEP> Ti <SEP> B <SEP> Nb
<tb> 1............... <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,5 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> Rest
<tb> '2............... <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 1,0 <SEP> 0,25 <SEP> Rest
<tb> 3............... <SEP> 15 <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> Rest
<tb> 4............... <SEP> 15 <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 1--Rest <SEP>
<tb> 5................ <SEP> 15 <SEP> 5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,12 <SEP> - <SEP> - <SEP> Rest
<tb>
Die nachfolgenden Tabellen II und III zeigen die Resultate von im Vakuum mit den geformten Legierungen durchgeführten Zugfestigkeits-und Kriechfestigkeitsproben.
Tabelle II :
Zugfestigkeitseigenschaften
EMI2.2
<tb>
<tb> Bruchfestigkeit <SEP> (kg/cm2) <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> Streckgrenze <SEP> (kgfcm2)
<tb> Legierung
<tb> bei <SEP> 1093 C <SEP> bei <SEP> 1204 <SEP> C <SEP> bei <SEP> 1093 <SEP> C <SEP> bei <SEP> 1204 <SEP> C <SEP>
<tb> 1..................... <SEP> - <SEP> 4284 <SEP> - <SEP> 4060
<tb> 2...................... <SEP> 6300 <SEP> 4494 <SEP> 6048 <SEP> 3885
<tb> 3...................... <SEP> 4186 <SEP> 3521 <SEP> 3591 <SEP> 3381
<tb> 4...................... <SEP> 3640 <SEP> 3164 <SEP> 3388 <SEP> 2800
<tb> 5...................... <SEP> 4480 <SEP> 3360 <SEP> 3500 <SEP> 2450
<tb>
Tabelle III :
Kriechfestigkeitseigenschaften
EMI2.3
<tb>
<tb> Dauer
<tb> Legierung <SEP> (Stunden <SEP> bei <SEP> 2450 <SEP> kg/cm2 <SEP> und <SEP> 1093 <SEP> C)
<tb> 2............... <SEP> 104,12
<tb> 3............... <SEP> 48,07
<tb> 4............... <SEP> 19,7
<tb> 5............... <SEP> 20,0
<tb>
Obwohl die bevorzugte Legierungszusammensetzung gemäss der Erfindung durch die Legierungszusammensetzungen 1 und 2, insbesondere die Zusammensetzung 2 dargestellt wird (die in jeder Beziehung eine bedeutend höhere Zugfestigkeit haben), lässt sich doch erkennen, dass ebenfalls die in den erfindungsgemässen Bereich fallende Legierung 3 bei 1204 C verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften und bei 1093 C eine bessere 0, 2% Streckgrenze und Kriechfestigkeit im Vergleich zur besten, bekannten Legierung, die in den obigen Tabellen als Legierung 5 bezeichnet wurde,
aufweist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nioblegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie 15-20 Gew.-% Wolfram, 5-10 Gew.-% Molybdän, 0,05-0,3 Gew.-% Kohienstoff, 0,1-1,0 Gew.-% Titan, 0, 1-1, 8 Gew.-% Zirkon, 0, 5-1, 0 Gew.-% Hafnium und gegebenenfalls etwa 0, 05 Gew.-% Bor, Rest Niob, enthält.