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Nickel-Chrom-Titan-Aluminiumlegierungen
Die Erfindung betrifft eisenhaltige Nickel-Chromlegierungen, welche insbesondere als Bauteile für Dampfkraftanlagen geeignet sind ; wie z. B. Überhitzerrohre, Dampfrohre und Teile von Dampfturbinen, und für andere Bauteile, die durch lange Zeiträume Spannungen bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Die Erfindung beinhaltet eine Weiterentwicklung der im Patent Nr. 226443 dargelegten Erfindung.
Gegenstand des Patentes Nr. 226443 sind Legierungen, welche 15-25% Chrom, bis 45% Eisen, 0, 04 bis
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gungen bis zu 0, 5%) Nickel in einer Menge von mindestens 35% enthalten. Der Gesamtgehalt an Titan und Aluminium beträgt 2-3, 50/0, das Gewichtsverhältnis von Titan zu Aluminium 0,5-4, und der Gehalt an Ti + Al ist zum Ti/Al-Verhältnis derart in Beziehung gebracht, dass die Legierungen innerhalb des Feldes ABCD in Fig. 1 der dem Stammpatent beiliegenden Zeichnung gelegen ist.
Diese Legierungen sind im allgemeinen durch einen guten Kriechwiderstand und Zerreissfestigkeit ausgezeichnet. Legierungen dieser Art können vorteilhaft für Bauteile von Dampfkraftanlagen verwendet werden ; vorausgesetzt, dass sie auch der Versprödung Widerstand leisten, wenn sie Temperaturen zwischen 600 und 8000C durch Zeiträume bis zu 10 000 h oder sogar länger ausgesetzt sind. Nicht alle im Stammpatent gekennzeichneten Legierungen widerstehen der Versprödung ; es wurde aber festgestellt, dass einige dieser Legierungen von genau festgelegter Zusammensetzung dies tun.
Erfindungsgemäss enthalten diese Legierungen 16-17% Chrom, 0, 04-0, 08% Kohlenstoff, 3-3,5% Molybdän und 37-50go Nickel, während die restliche Zusammensetzung innerhalb der oben angegebenen Bereiche des Stammpatentes liegt. Vorzugsweise beträgt der Titangehalt 1, 0-2, 5% und der Aluminiumgehalt 0,7-1, 5%, wobei gefordert wird, dass der Gesamtgehalt von Titan und Aluminium 3, 5% nicht überschreitet.
Wie im Stammpatent erläutert wurde, hängt der Kriechwiderstand, die Zerreissfestigkeit und die Dehnbarkeit der Legierung vomGesamtgehalt an Titan und Aluminium und von dem Verhältnis des Titans zu Aluminium ab ; die Dehnbarkeit ist einerseits am höchsten, wenn der Gehalt an Titan und Aluminium und das Ti/Al-Verhältnis einander so zugeordnet sind, dass die Legierung innerhalb des Feldes AFCD in Fig. 1 der Zeichnung des Stammpatentes gelegen ist. Wenn anderseits die höchste Kriech- und Zerreissfestigkeit und Lebensdauer bis zum Bruch um den Preis eines Verlustes an der Dehnbarkeit gefordert werden, soll in solchen Legierungen ein Gehalt an Titan und Aluminium von mindestens 3% gefordert werden.
Die Neigung der Legierungen, infolge Bildung der Sigmaphase zu verspröden, wenn sie sehr lange den Betriebstemperaturen in Hochdruckdampfanlagen ausgesetzt werden, hängt wesentlich von den Gehalten derselben an Nickel, Chrom und Molybdän ab. Aus diesem Grunde muss ihr Nickelgehalt mindestens 37% betragen ; im Falle als die Legierung einen Gehalt an Titan und Aluminium von 31o oder mehr besitzt, soll der Nickelgehalt mindestens 42% betragen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch wünschenswert, den Nickelgehalt auf ein Maximum von 45% zu beschränken.
Die Gefahr der Versprödung wird auch beträchtlich erhöht, wenn der Chromgehalt 177o oder der Molybdängehalt 3, 5% überschreitet. Auch bei Kohlenstoffgehalten von mehr als 0, 081o kann die Neigung zur
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Versprödung gegeben sein, die durch die Zerlegung der Karbidphase an den Korngrenzen verursacht wird ; zusätzlich kann sich auch die Lebensdauer der Legierungen bis zum Bruch erniedrigen.
Beispielsweise wurden drei Legierungen einer Zusammensetzung hergestellt, wie sie in der folgenden Zahlentafel angegeben ist. Die Legierungen Nr. 1 und 2 sind die erfindungsgemässen, während die Legierung Nr. 3 zwar gemäss dem Stammpatent, nicht jedoch gemäss diesem Patent zusammengesetzt ist.
Zahlentafel I :
Zusammensetzung in Gew.-%
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> B <SEP> Zr <SEP> Fe
<tb> 1 <SEP> 45,4 <SEP> 16,5 <SEP> 3,0 <SEP> 0,069 <SEP> < 0,05 <SEP> < 0,3 <SEP> 1,33 <SEP> 1,33 <SEP> 0,005 <SEP> 0,02 <SEP> Rest
<tb> 2 <SEP> 42,7 <SEP> 16,6 <SEP> 3,23 <SEP> 0,05 <SEP> 0,07 <SEP> 0,3 <SEP> 2,18 <SEP> 0,91 <SEP> 0,001 <SEP> 0,05 <SEP> Rest
<tb> 3 <SEP> 51,5 <SEP> 17,2 <SEP> 5,18 <SEP> 0,04 <SEP> 0,07 <SEP> 0,23 <SEP> 2,06 <SEP> 0,96 <SEP> 0,001 <SEP> 0,05 <SEP> Rest
<tb>
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0800C wärmebehandelt, luftabgekühlt, bei 7000Cluftabgekühlt wurden. Die Festigkeitseigenschaften an Proben der Legierung Nr. 1, die der wärmebehandelten Stange entnommen wurden, sind in der Zahlentafel II gezeigt.
Zahlentafel II :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> Spannung <SEP> Temperatur <SEP> Lebensdauer <SEP> bis <SEP> zum <SEP> Bruchdehnung
<tb> in <SEP> kg/mm2 <SEP> in <SEP> C <SEP> Bruch <SEP> in <SEP> h <SEP> in <SEP> %
<tb> 1 <SEP> 56,7 <SEP> 650 <SEP> 57 <SEP> 12,8
<tb> 44,1 <SEP> 650 <SEP> 948 <SEP> 18,5
<tb>
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der wärmebehandelten Stange entnommen.
Die Schlagfestigkeiten wurden unmittelbar beim Erreichen der Versuchstemperatur und nachdem sie einem verlängerten Erhitzen bei hohen Temperaturen ausgesetzt waren, bestimmt ; die Temperaturen und Zeiten des Ausgesetztseins sind in der dritten Kolonne der Zahlentafel gezeigt.
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<tb>
<tb> :
Legierung <SEP> Versuchstemperatur <SEP> ausgesetzt <SEP> in <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung <SEP> KerbschlagNr. <SEP> in <SEP> C <SEP> h/oC <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> zähigkeit
<tb> in <SEP> kgm
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 103,3 <SEP> 52,0 <SEP> 26,7 <SEP> 9,1
<tb> 20 <SEP> 100/850 <SEP> 80,3 <SEP> 34,6 <SEP> 33,0 <SEP> 8,7
<tb> 20 <SEP> 1000/850---14, <SEP> 2
<tb> 20 <SEP> 1000/750 <SEP> 93,2 <SEP> 46,5 <SEP> 22,2 <SEP> 3,7
<tb> 20 <SEP> 10000/750---3, <SEP> 5
<tb> 550 <SEP> 0 <SEP> 84,3 <SEP> 40,9 <SEP> 34,0 <SEP> 11,8
<tb> 550 <SEP> 100/850 <SEP> 70,1 <SEP> 29,9 <SEP> 31,1 <SEP> 12,5
<tb> 550 <SEP> 1000/750 <SEP> 81,9 <SEP> 44, <SEP> 4 <SEP> 15,2 <SEP> 5,8
<tb> 550 <SEP> 10000/750---4, <SEP> 8
<tb> 650 <SEP> 0 <SEP> 88, <SEP> 2 <SEP> 46,1 <SEP> 26, <SEP> 9 <SEP> 10, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 650 <SEP> 100/850 <SEP> 69,3 <SEP> 30,
7 <SEP> 28,1 <SEP> 11, <SEP> 2
<tb> 650 <SEP> 1000/750 <SEP> 79,7 <SEP> 44, <SEP> 9 <SEP> 14,4 <SEP> 3,2
<tb> 650 <SEP> 10000/750---5, <SEP> 3
<tb> 750 <SEP> 0 <SEP> 68, <SEP> 5 <SEP> 45, <SEP> 4 <SEP> 24, <SEP> 2 <SEP> 7,7
<tb> 750 <SEP> 100/850 <SEP> 61, <SEP> 4 <SEP> 35,4 <SEP> 35, <SEP> 8 <SEP> 8,6
<tb> 750 <SEP> 1000/750 <SEP> 64,6 <SEP> 44,9 <SEP> 26,7 <SEP> 6,8
<tb> 750 <SEP> 10000/750---5, <SEP> 7
<tb>
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Zahlentafel III :
(Fortsetzung)
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Versuchstemperatur <SEP> ausgesetzt <SEP> in <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung <SEP> KerbschlagNr. <SEP> in <SEP> OC <SEP> h/ C <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> zähigkeit
<tb> in <SEP> kgm <SEP>
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> 0---9, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 20 <SEP> 1000/750---4, <SEP> 6
<tb> 3 <SEP> 20 <SEP> 0---6, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 20 <SEP> 1000/750---1, <SEP> 1
<tb>
Die oben wiedergegebenen Ergebnisse zeigen deutlich, dass die erfindungsgemässen Legierungen Nr. 1 und 2 eine' namhafte Schlagfestigkeit besitzen, auch wenn sie sehr lange Temperaturen ausgesetzt sind, die allgemein höher als der in Dampfanlagen vorkommende Betriebsbereich sind und wahrscheinlich zu Versprödungen führen ;
die Schlagfestigkeit der nicht der Erfindung gemässen Legierung Nr. 3 war genau nach 1000 h bei 7500C unwillkommen niedrig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nickel-Chrom-Titan-Aluminiumlegierungen gemäss Patent Nr. 226443 (Anmeldung A 2107/61), dadurch gekennzeichnet, dass ihr Chromgehalt 16-17%, ihr Kohlenstoffgehalt 0, 04-0, 080/0, ihr Molyb- dängehalt 3-3, 5% und ihr Nickelgehalt 37-50go beträgt.