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Nickel-Chromlegierungen
Die Erfindung bezieht sich auf Nickel-Chromlegierungen, die Niob enthalten und durch Ausscheidung einer niobreichen Phase oder Phasen gehärtet, leicht geschmolzen und zu Gegenständen an der Luft und ohne Anwendung eines Vakuums oder einer besonderen Schutzatmosphäre vergossen werden können.
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bis zu 40% Eisen, bis zu 0, 1% Bor, bis zu 0, 1% Zirkon und bis zu 1% Beryllium enthalten ; den Rest der Legierungen, ausgenommen Verunreinigungen, bildet Nickel, dessen Gehalt mindestens 25% beträgt.
In der franz. Patentschrift wird betont, dass Festigkeit und Dehnbarkeit bei Raumtemperatur mit der Zerreissfestigkeit bei erhöhter Temperatur am besten vereinbart sind, wenn der Eisengehalt der Legierungen 5% nicht überschreitet und die Legierungen einen Gesamtgehalt an Molybdän und Wolfram von mindestens 8% besitzen. Sämtliche als Beispiele in der franz. Patentschrift angegebenen Legierungen besitzen Molybdän- und Wolframgehalte innerhalb dieses Bereiches und enthalten weniger als 5% Kobalt.
Die vorliegende Erfindung gründet sich auf der Erkenntnis, dass Legierungen dieser Art sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen bis zu 750 C verbesserte Eigenschaften zeigen, wenn sie frei von Wolfram sind, einen besonders niedrigen Molybdängehalt und Kobalt in einer Menge von mindestens 5% und mehr aufweisen.
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erhältlich ist. Z. B. ist Niob als Ferroniob und als eine Legierung erhältlich, die aus 40% Nickel und 60% Niob besteht, wobei jedoch 1/"deys Niobgehaltes dieser Legierungen oftmals Tantal ist. Die Legierungen gemäss der Erfindung können daher Tantal enthalten, das mit dem Niob eingeführt wurde ; ist Tantal anwesend, wird es als ein Teil des Niobgehaltes betrachtet.
Um die verbesserten Festigkeitseigenschaften der Legierungen zu erhalten, ist es erforderlich, dass die Gehalte an Molybdän, Niob und Kobalt innerhalb des angegebenen Bereiches liegen. Molybdän in Mengen über 0, 5% fördert den härtenden Einfluss des Niobs ; vorteilhaft sind mindestens 2, 5% anwesend. Zur Gewährleistung einer gleichen Dehnbarkeit bei Raumtemperatur darf der Molybdängehalt 3, 5% nicht überschreiten. Niob ist das im wesentlichen härtende Element und bei dieser Begrenzung des Molybdängehaltes sind mindestens 6% Niob erforderlich, um eine ausreichende Härtung zu gewährleisten ; vorzugsweise sind 7-9% Niob in der Legierung anwesend.
Um eine Beeinträchtigung der Dehnbarkeit und Zugfestigkeit der Legierungen bei Raumtemperatur zu vermeiden, darf der Niobgehalt 10% nicht überschreiten. Zu diesen verbesserten Festigkeitseigenschaften trägt Kobalt in Mengen über 5% bei und der Kobaltgehalt beträgt vorzugsweise 12-16%. Dieser vorteilhafte Einfluss des Kobalts ist aber überraschend, weil die Ergebnisse der Vergleichsversuche von kobalthältigen und kobaltfreien Legierungen mit höheren Molybdängehalten, wie sie in der oben erwähnten franz. Patentschrift angegeben sind, zeigen, dass das Kobalt einen gegenteiligen Einfluss auf die Zerreissfestigkeitseigenschaften ausübt.
In den Legierungen müssen mindestens 10% Chrom anwesend sein, damit sie einen befriedigenden Oxydationswiderstand bei ihrer Verwendung besitzen ; vorzugsweise beträgt der Chromgehalt 12-16%.
Eisen wird in die Legierungen allgemein als Bestandteil der Ferrolegierungen eingebracht, wie sie zur Zugabe anderer Elemente, insbesondere des Niobs, verwendet werden. Wird der Eisengehalt erhöht, vermindert sich die Festigkeit und Dehnbarkeit der Legierungen bei Raumtemperatur ; vorzugsweise soll der Eisengehalt 4% nicht überschreiten. Wegen der Affinität des Niobs zum Kohlenstoff soll dessen Gehalt, wie in den bekannten Legierungen dieser Art, niedrig gehalten werden, weil nur das freie Niob befähigt ist, die härtende Phase oder Phasen zu bilden. Ausserdem führt die Erhöhung des Kohlenstoff-
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gehalts zu einer verminderten Dehnbarkeit der Legierungen und zu einer verminderten Bearbeitbarkeit bei Raumtemperatur ; der Kohlenstoffgehalt beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0, 05%.
Bor und Zirkon verbessern die Bruchdehnung und sind vorzugsweise beide Elemente anwesend ; vorzugsweise beträgt der Borgehalt 0, 0001-0, 001% und der Zirkongehalt bis zu 0, 5%.
Silizium wird im wesentlichen während der Desoxydation der Legierungen, z. B. als Kalziumsilizid eingebracht ; vorzugsweise soll der Siliziumgehalt 0, 3% nicht überssteigen.
Auch ist es wichtig, dass die Legierungen im wesentlichen frei von Titan und Aluminium sind. Diese Elemente besitzen einen sehr ungünstigen Einfluss auf die Giesseigenschaften der Legierungen und ihr Gehalt darf 0, 1% nicht übersteigen. Um die besten Festigkeitseigenschaften der Legierungen zu entwickeln, sollen sie durch ein Lösungsglühen und Vergüten wärmebehandelt werden. Ein geeignetes Lösungsglühen umfasst ein Erhitzen auf 1095-1150 C durch 1-8 h, während die Vergütungsbehandlung ein Erhitzen innerhalb des Temperaturbereiches von 595 bis 815 C durch 1-100 h oder sogar länger umfasst. Das Vergüten kann durch Ofenabkühlung oder langsame Abkühlung bei überwachter Geschwindigkeit im angegebenen Bereich durchgeführt werden.
Verbleibt genügend Niob in der festen Lösung im abgekühlten Gussstück, kann das Lösungsglühen vor dem Vergüten in Wegfall kommen. Z. B. werden befriedigende Resultate durch ein Lösungsglühen bei 1120 C durch 4 h erhalten, dem ein Vergüten auf einem der folgenden Wege folgt : a) Erhitzung bei 730 C durch 16 h und dann Luftabkühlung auf Raumtemperatur (Wärmebehandlung A). b) Erhitzen bei 730 C durch 16 h, Abkühlung auf 565 C bei 28 C/h und Luftabkühlung auf Raumtemperatur (Wärmebehandlung B).
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temperatur (Wärmebehandlung C).
Beispielsweise wurden vier erfindungsgemässe Legierungen (Nr. 1-4) in jenen Zusammensetzungen hergestellt, wie sie in Zahlentafel I angegeben sind und an der Luft vergossen. Die im Handel erhältliche Legierung Nr. 5 ist ähnlich jenen in der franz. Patentschrift beschriebenen und für Zwecke des Vergleiches an diese vier Legierungen angeschlossen.
Zahlentafel I :
Zusammensetzung in Gew.-%
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<tb>
<tb> Legierung
<tb> Cr <SEP> Co <SEP> Fe <SEP> Mo <SEP> Nb <SEP> B <SEP> Zr <SEP> Ni
<tb> Nr.
<tb>
1 <SEP> 14,45 <SEP> 15,00 <SEP> 3,30 <SEP> 3,20 <SEP> 8,50 <SEP> 0,01**) <SEP> 0,05**) <SEP> Rest*)
<tb> 2 <SEP> 12,45 <SEP> 7,00 <SEP> 10,20 <SEP> 2,91 <SEP> 8,28 <SEP> 0,01**) <SEP> 0,05**) <SEP> Rest*)
<tb> 3 <SEP> 10,00 <SEP> 15,00 <SEP> 4,00 <SEP> 3,00 <SEP> 9,50 <SEP> 0,01**) <SEP> 0,05**) <SEP> Rest*)
<tb> 4 <SEP> 14,60 <SEP> 14,40 <SEP> 3,42 <SEP> 3,00 <SEP> 8,00 <SEP> - <SEP> - <SEP> Rest*)
<tb> 5 <SEP> 20,00 <SEP> - <SEP> 2,00 <SEP> 6,00 <SEP> ### <SEP> 6,50 <SEP> - <SEP> - <SEP> Rest*)
<tb> *) <SEP> Rest <SEP> einschliesslich <SEP> geringer <SEP> Mengen <SEP> an <SEP> Kohlenstoff, <SEP> Silizium <SEP> und <SEP> Mangan.
<tb>
**) <SEP> Zugegebene <SEP> Mengen.
<tb>
Zahlentafel II zeigt die mechanischen Eigenschaften der gegossenen Legierungen, wie sie nach der in der zweiten Kolonne angegebenen Wärmebehandlung bestimmt wurden.
Zahlentafel II :
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<tb>
<tb> WärmebeLegierung <SEP> 0,2% <SEP> Streck- <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Einschnürung
<tb> handlung <SEP> Temperatur <SEP> in <SEP> C <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> %
<tb> Nr. <SEP> grenze <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> in <SEP> %
<tb> Nr.
<tb>
1 <SEP> B <SEP> Raumtemperatur <SEP> 126,0 <SEP> 133,9 <SEP> 8 <SEP> 18
<tb> 2 <SEP> A <SEP> Raumtemperatur <SEP> 108, <SEP> 0 <SEP> 118, <SEP> 4 <SEP> 13 <SEP> 27
<tb> 1 <SEP> B <SEP> 650 <SEP> 99, <SEP> 0 <SEP> 106, <SEP> 7 <SEP> 6 <SEP> 13
<tb> 3 <SEP> A <SEP> Raumtemperatur <SEP> 110, <SEP> 3 <SEP> 123, <SEP> 0 <SEP> 7 <SEP> 17 <SEP>
<tb> 4 <SEP> C <SEP> Raumtemperatur <SEP> 122, <SEP> 8 <SEP> 132, <SEP> 2 <SEP> 11 <SEP> 19
<tb> 4 <SEP> B <SEP> 425 <SEP> 87, <SEP> 0 <SEP> 98, <SEP> 0 <SEP> 9 <SEP> 29
<tb> 5 <SEP> *) <SEP> Raumtemperatur <SEP> 51, <SEP> 3 <SEP> 66, <SEP> 2 <SEP> 10- <SEP>
<tb> *) <SEP> Lösungsgeglüht <SEP> durch <SEP> 8 <SEP> Stunden <SEP> bei <SEP> 10800 <SEP> C, <SEP> luftabgekühlt, <SEP> vergütet <SEP> durch <SEP> 16 <SEP> Stunden <SEP> bei <SEP> 8000 <SEP> C, <SEP>
<tb> luftabgekühlt.
<tb>
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Die Ergebnisse der Zerreissversuche an den gegossenen Legierungen sind in der Zahlentafel III dargestellt.
Zahlentafel III :
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<tb>
<tb> Leigerung <SEP> Wärmebe- <SEP> Versuchs- <SEP> Spannung <SEP> Einschnürung
<tb> Zeit <SEP> in <SEP> h <SEP> Dehnung <SEP> in <SEP> %
<tb> Nr. <SEP> handlung <SEP> Nr. <SEP> temperatur <SEP> in <SEP> C <SEP> in <SEP> kg/mm2 <SEP> in <SEP> %
<tb> 1 <SEP> B <SEP> 730 <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 139, <SEP> 8 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP> 20
<tb> 1 <SEP> B <SEP> 730 <SEP> 35, <SEP> 1 <SEP> 499, <SEP> 3 <SEP> 37, <SEP> 9 <SEP> 52
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 730 <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 117, <SEP> 8 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 12
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 730 <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 286, <SEP> 6 <SEP> 28, <SEP> 0 <SEP> 48
<tb> 4 <SEP> B <SEP> 650 <SEP> 66, <SEP> 7 <SEP> 251, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> 7
<tb> 5 <SEP> *) <SEP> 730 <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> - <SEP>
<tb> 5 <SEP> *) <SEP> 650 <SEP> 56, <SEP> 2 <SEP> 100,
<SEP> 0-- <SEP>
<tb> *) <SEP> Wie <SEP> in <SEP> Zahlentafel <SEP> II.
<tb>
Ein Vergleich der Ergebnisse in den Zahlentafeln II und III für die Legierungen Nr. 1-4 mit jenen der Legierung Nr. 5, welche frei von Kobalt und 6% Molybdän und Wolfram enthält, zeigt die Überlegenheit der Legierungen gemäss der Erfindung in bezug sowohl auf die Festigkeit bei Raumtemperatur als auch auf die Zerreisseigenschaften bei erhöhten Temperaturen.
Die erfindungsgemässen Legierungen sind insbesondere zur Herstellung gegossener Gegenstände und deren Teile geeignet, die bei Temperaturen bis zu 7000 C verwendet werden. Solche Gegenstände und Teile beinhalten Pressmatrizen, Rotoren für Gasturbinen, Flugzeugbauteile und Bestandteile von Papiermühlen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nickel-Chromlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie 10-20% Chrom, 5-20% Kobalt,
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