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Tantallegierung
Die Erfindung bezieht sich auf hochfeste Tantallegierungen und insbesondere auf durch Fällungshärtung und durch Lösungshärtung verfestigte Tantallegierungen mit hoher Festigkeit in einem Temperaturbereich von 1315 bis 16500C und darüber ; sowie mit guter Dehnbarkeit bzw. Zähigkeit bei niederer Temperatur.
Tantal hat insoferne sehr günstige Eigenschaften, als es unter den leichter zugänglichen feuerfesten Metallen (Wolfram, Tantal, Molybdän, Niob) nach Wolfram den höchsten Schmelzpunkt hat. Tantal hat ausserdem eine Dehnbarkeit bei niederer Temperatur, die für ein kubisch-raumzentriertes hochschmelzendes Metall als einzigartig zu bezeichnen ist. Tatsächlich lässt sich zeigen, dass Tantal von genügend hoher Reinheit selbst bei so niedrigen Temperaturen wie -2500C, keinen Übergang vom zähen zum brüchigen Zustand erfährt.
Trotz der hohen Dichte des Tantals lassen die angeführten Eigenschaften dieses Metalles als Grundlage für solche Legierungssysteme bestens geeignet erscheinen, die im allgemeinen durch hohe Zugfestigkeit und Kriechfestigkeit bei höheren Temperaturen sowie gute Dehnbarkeit bei Raumtemperatur und noch niedrigeren Temperaturen im bearbeiteten, geglühten, mit einem Überzug versehenen oder geschweissten Zustande ausgezeichnet sind.
Andere Legierungen, beispielsweise viele der bekannten Molybdän-,. Wolfram- und Nioblegierungen, sind nicht für alle gewünschten Anwendungszwecke im Temperaturbereich von 1315 bis 16500C geeignet, weil unter anderem deren Festigkeit nicht ausreicht oder bei der Verarbeitung und beim Schweissen Schwierigkeiten auftreten. Ausserdem haben die derzeit bekannten Tantallegierungen auch nicht die für bestimmte Verwendungszwecke geforderte richtige Kombination von Hochtemperaturfestigkeit und guter Dehnbarkeit bei niederer Temperatur.
Es wurden schon zahlreiche Untersuchungen bezüglich der Eigenschaften von verschiedenen Tantallegierungen durchgeführt, wovon wahrscheinlich die am gründlichsten untersuchte und am besten bekannte eine Legierung von Tantal mit 10% Wolfram ist (alle nachfolgenden Prozentangaben sind, wenn nicht anders gesagt wird, als Gew.-% zu verstehen). Für diese Legierung wurde im gewalzten Zustande eine Streckgrenze bei 0,2%Dehnung und bei 16500C von etwa 830 kg/cm2 ermittelt.
Es ist sehr erwünscht, Tantallegierungen mit einer Streckgrenze von über 1400 kg/cm2 bei 16500C herzustellen. Ausserdem lassen sich bei kurzzeitigen Zugfestigkeitsprüfungen die Grenzwerte von Legierungen nicht feststellen, die für langwährenden Gebrauch bei hohen Temperaturen bestimmt sind, bei welchen Legierungen das Kriechen ein ernstes Problem darstellen kann. Durch Dispersionsbildung härtba- re Legierungen mit feinen und gut verteilten dispergierten Teilchen haben im allgemeinen eine höhere Kriechfestigkeit als Legierungen, die durch Bildung fester Lösungen auf die gleiche Höhe der kurzzeitig geprüften Festigkeit gehärtet wurden.
Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer Tantallegierung von verbesserter Festigkeit bei hohen Temperaturen gegenüber nicht legiertem Tantalmetallbzw. zahlreichen andern Tantallegierungen
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und guter Dehnbarkeit bzw. Zähigkeit bei niederer Temperatur. Diese Legierung soll sowohl durch eine Wärmebehandlung als auch bei der Verarbeitung härtbar sein und eine besser verarbeitbare Legierung von höherer Festigkeit im Temperaturbereich von 1315 bis 1650 C und darüber ergeben. Weiters liegt ein Ziel der Erfindung in der Schaffung einer Tantallegierung, die nach der Verarbeitung, dem Glühen, dem Überziehen oder dem Schweissen durch eine Wärmebehandlung verfestigt werden kann, wobei aber eine gute Zähigkeit bei Raumtemperatur und darunter beibehalten wird.
Die Erfindung sieht auch eine Tantallegierung mit besserer Festigkeit und Kriechfestigkeit bei höheren Temperaturen gegenüber nicht legiertem Tantalmetall bzw. zahlreichen andern Tantallegierungen vor, welche Tantallegierung keinen Zusatz an irgendeinem der seltenen und teuren Edelmetalle wie Rhenium, Osmium, Iridium, Ruthenium u. dgl. erfordert.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst, kurz gesagt, eine Tantallegierung mit Legierungszusätzen von Wolfram, Kohlenstoff und mindestens einem der Elemente Zirkonium und Hafnium, wobei der Kohlenstoffgehalt 0, 01-0, 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0, 02-0, 2 Gew.-% ausmacht, das Atomverhältnis von Zirkonium zu Kohlenstoff oder von Hafnium zu Kohlenstoff zwischen 0, 2 : 1 und 2 : I, der Zirkonium-und/oder Hafniumgehalt 0, 08-2, 0 Gew.-% und der Wolframgehalt 8-12 Gew.-% beträgt.
Es wurde nun gefunden, dass man zu verbesserten Tantallegierungen durch einen Zusatz von kritischen Mengen und in kritischen Verhältnissen von Zirkonium oder Hafnium und Kohlenstoff zu einer etwa 10% Wolfram enthaltenden Tantallegierung gelangen und bisher nicht erreichte Festigkeitswerte bei 16500C erzielen kann. Die so erhaltenen Legierungskörper können, unabhängig von der vorangegangenen thermi- schen und mechanischen Behandlung der Körper, im Rahmen der sinngemäss anwendbaren, normalen Arbeitsvorgänge, mittels geeigneter Wärmebehandlungen einer Härtung durch Ausfällung von verfestigenden Elementen unterworfen werden.
Insbesondere können derartige Legierungskörper zur Ausbildung der erwünschten Festigkeit bei hohen Temperaturen nach einer Schmelzschweissung, nach Aufbringung von Überzügen bei hohen Temperaturen oder nach dem Glühen der Wärmebehandlung unterzogen werden. Im allgemeinen können die Legierungen nach einer Dispersionshärtung (Dispersionsverfestigung) unter längererBeanspruchung beihöherer Spannung eingesetzt werden, als dies bei Legierungen von vergleichbarer Festigkeit bei Raumtemperatur möglich ist, die jedoch durch Bildung fester Lösungen gehärtet wurden.
Es wurde gefunden, dass die Dispersionshärtung und die Härtung durch Lösungsbildung in Tantallegierungen mit einem Gehalt von etwa 10% Wolfram einander überlagert werden können, wobei unerwartete Resultate von offensichtlich synergistischer Art erhalten werden. Das bedeutet, dass die erfindungsgemässen Legierungen eine bessere Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen als bei einfacher Addition der entsprechenden Eigenschaften von vergleichbaren Legierungen zu erwarten wären, die jeweils nur nach einer der vorgenanntenVerfestigungs- arten allein gehärtet wurden. Ausserdem behalten, ebenfalls entgegen den Erwartungen, die erfindungsgemässen Legierungen eine gute Dehnbarkeit bei niederen Temperaturen, selbst bei so niedrigen Werten wie -1950C.
Das der Erfindung zugrunde liegende Legierungssystem vereinigt gute Festigkeit und Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen mit Duktilität und Verarbeitbarkeit bei Raumtemperatur und hat selbst bei den Temperaturen von verflüssigten Gasen, denen die Legierungen bei extremen Verwendungsarten ausgesetzt sein können, noch eine gute Dehnbarkeit. Die gewünschten Eigenschaften schliessen den Gebrauch von niedrig schmelzenden Bestandteilen aus. Ersetzt man das gesamte Wolfram oder einen Teil desselben in einer 10% Wolfram enthaltenden Legierung durch Molybdän, so hat dies eine schädliche Wirkung auf die Dehnbarkeit beim Schweissen und höchstwahrscheinlich auch auf die Kriecheigenschaften bei hohen Temperaturen.
Rhenium u. a. ähnliche Metalle sind im Vergleich zu Tantal, Zirkonium und Hafnium selten und sehr teuer. Obwohl derartige Metalle tatsächlich interessante Möglichkeiten zur Verbesserung der Festigkeit von Tantallegierungen im Bereich von 1315 bis 16500C bieten, zeigt die Erfindung, dass die Verwendung dieser schwerer zugänglichen Metalle als Legierungsbestandteile offensichtlich nicht notwendig und für diesen Temperaturbereich daher unwirtschaftlich ist.
Andere Elemente, wie Niob, Vanadium, Hafnium, Zirkonium und Titan, sind als hauptsächliche Legierungszusätze unerwünscht, wenn eine Härtung durch Ausbildung fester Lösungen durchgeführt werden soll, u. zw. vor allem deshalb, weil die Schmelzpunkte dieser Metalle viel niedriger als der von Tantal liegen.
Grosse Unterschiede in den Schmelzpunkten und ein hoher Dampfdruck von Legierungsbestandteilen führen zu einer sehr schädlichen interdendritischen und Makrosegregation beim Schmelzen und einer ganz besonders nachteiligen Mikrosegregation als Folge des Schmelzschweissens. Ausserdem tragen niedriger
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schmelzende Metalle, wie Molybdän, zu einer Erhöhung der atomaren Beweglichkeit in Tantalbasislegierungen bei und bewirken daher unmittelbar eine Verminderung der Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen.
Aus diesen Gründen wurde nur Wolfram als grösserer Legierungszusatz bei den zu der Erfindung führenden Versuchen in Betracht gezogen. Es ist bekannt, dass Wolframzusätze, die wesentlich grösser als 10% sind, also mehr als etwa 12% betragen, zu einer sehr begrenzten Dehnbarkeit bei niederen Temperaturen führen Wolframzusätze von wesentlich unter 10% tragen jedoch weniger zur Festigkeit der Legierung bei und bei allzu niedrigen Wolframzusätzen von z. B. weniger als etwa 8% haben die Legierungen kein viel besseres Verhältnis der Festigkeit zum Gewicht als bekannte Nioblegierungen aufzuweisen. Für die Untersuchungen zur Überlagerung des Dispersionshärtungsmechanismus auf den Härtungsmechanismus durch Ausbildung einer festen Lösung bei Tantallegierungen wurde daher eine Tantallegierung mit 10% Wolfram gewählt.
Es wird angenommen, dass dies in diesem System die binäre Legierung auf Basis einer festen Lösung mit maximaler Festigkeit und einem Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht darstellt, das mit optimaler Schweissduktilität und optimaler Verarbeitbarkeit vereinbart ist.
In der österr. Patentschrift Nr. 232744 ist gezeigt, dass für das Atomverhältnis von Zirkonium zu Kohlenstoff in einer Nioblegierung mit 20% Wolfram und 2, 1 oder 0, 5% Zirkonium eine kritische Beziehung besteht. Die Erfindung betrifft ein verschiedenartiges Legierungssystem auf Tantal- und nicht auf Niobbasis, wobei gute Festigkeitseigenschaften bei viel höheren Temperaturen als bei den Legierungen nach der österr. Patentschrift Nr. 232 744 erzielbar sind. Es ist wohlbekannt, dass die Eigenschaften komplexer Legierungen, wie Festigkeit bei hohen Temperaturen und Verarbeitbarkeit. von einem Legierungssystem für ein anderes nicht genau vorausgesagt werden können.
Festigkeit, Dehnbarkeit und Verarbeitbarkeit lassen sich derzeit theoretisch nicht vorhersagen, obgleich eine nachträgliche Interpretation nach Feststellung der entsprechenden Eigenschaften oft möglich ist. Der bei Nioblegierungen bei 1090 - 12000C wirksame Mechanismus wird nicht als grundsätzlich analog zum Wirkungsmechanismus angesehen, der bei Tantallegierungen im Temperaturbereich von 1315 bis 16 ; JOOC in Erscheinung tritt. Ein solcher Unterschied wird durch die Angaben im später folgenden Beispiel 2 belegt, welches für eine Legierung mit einem Atomverhältnis von Zirkonium zu Kohlenstoff von nur etwa 0,23 gute Eigenschaften nachweist. Aus den Angaben in Beispiel 1 geht anderseits hervor, dass beiAtomverhältnissen von Zirkonium zu Kohlenstoff, die grösser als 1 sind, verbesserte Eigenschaften erzielbar sind.
Nach der vorgenannten österr. Patentschrift würde ein derartiges Verhältnis von 0, 23 bei einer 20% Wolfram enthaltenden Niob-Zirkonium-Kohlenstoff-Legierung nicht zu den gewünschten Resultaten führen.
Im allgemeinen lassen sich die Wirkungsmechanismen einer Dispersionshärtung bzw. Verfestigung in zwei Gruppen einteilen :
1. Die Dispersion von permanenten festen Teilchen und
2. die Härtung durch Ausfällung.
Von diesen beiden Arten stellt die Härtung durch Ausfällung die reversible Verfahrensweise dar und ermöglicht die Anwendung von Arbeitsvorgängen, bei welchen das Metall im verhältnismässig weichen Zustand bearbeitet und dann durch eine Wärmebehandlung gehärtet wird. Für die bei komplizierteren Überzugs- und Schweiss verfahren vorkommenden Kombinationen der Zeit- und Temperaturbedingungen werden Legierungen gebraucht, deren Festigkeitseigenschaften im Anschluss an eine strenge Wärmebehandlung ohne weitere Verformung des Metalles eingestellt werden können.
Es wurde nun eine Gruppe von Tantallegierungen mit einem Gehalt von etwa 10% Wolfram gefunden,
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gierungen natürlich auch nach verschiedenen vorangegangenenBehandlungen zur Erzielung einer höheren Kaltverformbarkeit oder Dehnbarkeit einer Wärmebehandlung unter Lösungsbildung weicher eingestellt werden. Mit einer gleichmässigen, feinen Dispersion von Zirkoniumkarbid. Zirkonium-Tantalkarbid, Hafniumkarbid, Hafnium-Tantalkarbid, oder einer Kombination dieser Karbide lässt sich eine optimale Kriechfestigkeit erzielen.
Es wurde festgestellt, dass für eine optimale Kriechfestigkeit die Grenzen des Kohlenstoffgehaltes im Temperaturbereich von 1315 bis 1650 C, vorzugsweise bei 0, 01-0, 2% liegen. Gewisse kleine Kohlenstoffmengen sind in der auf Basis einer festen Lösung aufgebauten Grundlegierung löslich, doch ist die Löslichkeitsgrenze von Kohlenstoff in Tantal bei 16500C nicht genau bekannt. Für eine Härtung durch Ausfällung muss über die Löslichkeitsgrenze hinaus genügend Kohlenstoff vorhanden sein, damit dieser mit den aktiven Metallen unter Karbidbildung reagieren kann. Anderseits soll der Kohlenstoffgehalt zur
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Erzielung guter Schweissbarkeit jene minimale Menge sein, die der Legierung bei der beabsichtigten Verwendungstemperatur die erforderliche Festigkeit verleiht.
Daraus folgt, dass der Kohlenstoffgehalt wesentlich, jedoch nicht übermässig über der bei der beabsichtigten Verwendungstemperatur löslichen Menge liegen soll. Man nimmt an, dass die bei 13150C lösliche Kohlenstoffmenge unter 0, 01% liegt, dass sie bei 16500C im Bereich von 0, 04'%) und bei 19270C im Bereich von 0, 1 bis 0, 2% liegt. Ein Gehalt von etwa 0, 01% Kohlenstoff stellt daher die Mindestmenge für erfindungsgemässe Legierungen dar.
Weiters wird angenommen, dass ein Kohlenstoffgehalt von mehr als 0, 5% bereits hoch genug ist, um in den Schmelzzonen von Schweissstellen zu einer interdendritischen Ausfällung von Karbiden zu führen.
Dadurch wird der Wirkung etwaiger Wärbebehandlungen begegnet, die zur Verringerung der beim Schwei- ssen möglichen Versprödung durchgeführt werden. Aus diesen Erwägungen ergibt sich für die erfindungsgemässen Legierungen ein Kohlenstoffgehalt von 0, 5% als obere Grenze.
Karbide von Metallen der Gruppe IVa des Periodensystems (Titan, Zirkonium, Hafnium) sind thermodynamisch viel stabiler (Beständigkeit) als Karbide von Metallen der Gruppe Va wie Tantal. Dieser Faktor ermöglicht die Härtung von Tantalbasislegierungen durch Ausfällung von Karbiden von Metallen der Gruppe IVa. Wenn Kohlenstoff und Metalle der Gruppe IVa in einer Tantallegierung in den richtigen Mengenverhältnissen vorliegen, bilden sich Monometallkarbide bevorzugt vor den niedrigerschmelzenden Di- metallkarbiden. die im allgemeinen massive Ablagerungen bilden würden. Unter der Voraussetzung einer guten Homogenität fallen Titankarbid, Zirkoniumkarbid, Hafniumkarbid oder komplexe Monometallkarbide, d. s. Stoffe der Formel (Tai..
Zr..) C als gleichförmige feine Dispersionen aus, die nicht in einer bevorzugten Weise orientiert oder segregiert sind, wie dies z. B. bei der Widmanstätten'schen Struktur oder an Korngrenzen der Fall ist. Komplexe Monometallkarbide wie (Ta1-xZrx) C, die einen aussergewöhnlich hohen Schmelzpunkt hat, können sich daher bilden und tragen zur Verfestigung der Legierungen bei.
Es ist zu beachten, dass Titan, Zirkonium und Hafnium, wenn sie in kleinen Mengen zur Ausfällung von Karbiden zugesetzt werden, sich ganz anders verhalten wie die gleichen Elemente, wenn sie in grö- sseren Mengen als Hauptkomponente zur Härtung in fester Lösung eingesetzt werden.
Der Schmelzpunkt von Titan ist jedoch zu niedrig und sein Dampfdruck zu hoch, als dass es als Zusatz zu geschmolzenen Tantallegierungen praktisch in Frage käme.
In Tabelle 1 sind die ungefähren Schmelztemperaturen von verschiedenen Metallen und Verbindungen sowie die Dampfdrücke der Metalle beim Schmelzpunkt des Tantals angegeben.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Metall <SEP> Schmelzpunkt <SEP> Dampfdruck <SEP> Karbid <SEP> Schmelzpunkt
<tb> Oc <SEP> (mm <SEP> Hg) <SEP> bei <SEP> Oc
<tb> 29950C
<tb> Ti <SEP> 1668 <SEP> 200 <SEP> TiC <SEP> 3150
<tb> Zr <SEP> 1851 <SEP> 1 <SEP> ZrC <SEP> 3546
<tb> Hf <SEP> 2224 <SEP> 1 <SEP> HfC <SEP> 3632
<tb> Mo <SEP> 2610 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> MoC <SEP> 2690
<tb> W <SEP> 3410 <SEP> O. <SEP> MI <SEP> WC <SEP> 2868
<tb> Ta <SEP> 2995 <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP> TaC <SEP> 3799
<tb> Ta2C <SEP> 3399
<tb> TaC-ZrC <SEP> 3928
<tb>
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mieden wird, die die Legierung nicht verfestigen.
Aus diesem Grunde soll der Gehalt der erfindungsgemä- ssen Legierung an Zirkonium oder Hafnium genügend gross sein, um mit restlichem Stickstoff und Sauerstoff reagieren zu können, wobei noch eine genügende Menge übrigbleiben muss, um die Bildung von Monometallkarbiden an Stelle von Dimetallkarbiden zu ermöglichen.
Das Verhältnis der Metalle der Gruppe IVa zu Kohlenstoff scheint kritisch zu sein. Der Metallanteil muss gross genug sein, um die Bildung grösserer Mengen von Monometallkarbiden zur Verfestigung zu ermöglichen, er soll jedoch nicht wesentlich grösser sein. Ist zu viel von dem Metall der Gruppe IVa vorhanden, so wäre dies der Festigkeit bei höheren Temperaturen sowie der Homogenität nach dem Schmelzen oder Schweissen abträglich. Von den später folgenden Ausführungsbeispielen zeigt Beispiel 2, dass ein
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Atomverhältnis von Zr : C von nur 0, 23 : 1 für die erfindungsgemässen Legierungen befriedigend ist und aus Beispiel 1 geht hervor, dass solche Legierungen bei Atomverhältnissen von Zr : C im Bereich von etwa 1, 5 : 1 noch bessere Eigenschaften haben.
Ein wesentlich über 2 : 1 liegendes Atomverhältnis würde zu viel Metall der Gruppe IVa in fester Lösung lassen. Aus diesem Grunde beträgt das Atomverhältnis Zr : C bzw. Hf : C bei den erfindungsgemässen Legierungen etwa 0, 2 : 1 bis etwa 2 : 1.
In Tabelle 2 sind einige Angaben über die ungefähren Gewichtsanteile an Zirkonium und Hafnium angeführt, die sich aus dem vorstehenden Bereich für den Kohlenstoffgehalt und das Atomverhältnis ergeben.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Atomverhältnis <SEP> C <SEP> Zr <SEP> Hf
<tb> Zr <SEP> : <SEP> C <SEP> bzw. <SEP> Hf <SEP> : <SEP> C <SEP> (Gew.-lo) <SEP> (Gew.-lo) <SEP> (Gew.-lo) <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> 0, <SEP> 028 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 76 <SEP> 1, <SEP> 49 <SEP>
<tb> 2, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 0,5 <SEP> 7,6 <SEP> 14,9
<tb>
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Tabelle 3
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<tb>
<tb> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Tantallegierungen
<tb> Zugfestigkeitseigenschaften <SEP> *) <SEP> Vicker's <SEP> Härte <SEP> (VHN)
<tb> Zusammen- <SEP> Atomverhält- <SEP> Versuchs- <SEP> Zerreiss- <SEP> 0,2% <SEP> Streck- <SEP> Dehnung <SEP> Flächenver- <SEP> im <SEP> gegosse- <SEP> im <SEP> homogesetzung <SEP> nis <SEP> Metall/temp. <SEP> C <SEP> festigkeit <SEP> grenze <SEP> (YS) <SEP> % <SEP> minderung <SEP> nen <SEP> Zu-nisierten
<tb> (Gew.- < ) <SEP> Kohlenstoff <SEP> (UTS) <SEP> 1000kg/cm2 <SEP> bei <SEP> der <SEP> stand <SEP> Zustand
<tb> 1000kg/cm2 <SEP> Dehnung <SEP> (RA)
<tb> %
<tb> 10 <SEP> W <SEP> 1, <SEP> 37 <SEP> 24 <SEP> 12, <SEP> 3 <SEP> 10, <SEP> 8 <SEP> 16 <SEP> 36 <SEP> 318 <SEP> 302
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> Zr <SEP> 1200 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> > <SEP> 4 <SEP> > <SEP> 8
<tb> 0.
<SEP> 058C <SEP> 1650 <SEP> 2, <SEP> 04 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 40 <SEP> 41
<tb> 10 <SEP> W <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 24 <SEP> 12 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 355 <SEP> 310
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> Zr <SEP> 1200 <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb> 0. <SEP> 093C <SEP> 1650 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> 48 <SEP> 50
<tb> 10 <SEP> W <SEP> 1, <SEP> 45 <SEP> 24 <SEP> 12, <SEP> 9 <SEP> 12, <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 21 <SEP> 372 <SEP> 335
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> Zr <SEP> 24* <SEP> *) <SEP> 10, <SEP> 2 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 13
<tb> 0. <SEP> 109C <SEP> 1200 <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> 24 <SEP> 45
<tb> 1650 <SEP> > <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP>
<tb>
*) Nominelle Zunahme der angelegten Spannung 0, 01 cm/cm/min * *) Geglüht bei 16500C vor der Prüfung ;
alle andern Proben bei
10900C/0, 5 h geglüht.
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2: Ein20kgschwererIngotmiteinernominellenZusammensetzungvonlO%W, 1,3%Zr,gegossene Ingot hatte im Durchschnitt von 5 Messungen eine mittlere Korngrösse entsprechend 180 Körnern/cm2 und eine Vickerls Härte von 257 i 5. Die Zugfestigkeitseigenschaften des gegossenen Materials unter kurzzeitig angelegter Spannung sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
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<tb>
<tb> Versuchstemp. <SEP> Zerreissfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung <SEP> Flächenveroc <SEP> % <SEP> minderung
<tb> %
<tb> 24 <SEP> 6, <SEP> 25 <SEP> 4, <SEP> 95 <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 18, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 1200 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 20, <SEP> 4 <SEP> 36, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 1621 <SEP> 1,78 <SEP> 1,5 <SEP> 9,65
<tb>
Nach dem Abdrehen des Ingots auf einen Durchmesser von 8, 75 cm wurde er mit einer Molybdänummantelung von 1, 15 mm Wandstärke versehen und bei 17250C zu einem rechteckigen Stab extrudiert, wobei das Erhitzen in einer Argonatmosphäre durchgeführt wurde. Da ! Extrutiomquerschnittsvethältma betrug annähernd 3 : 1. Nach dem Strangpressen wurde die Molybdänumhüllung entfernt und der Knüppel bei 13500C während 1 h geglüht.
Der Knüppel wurde dann mit einer 2, 3 mm dicken Stahlhülse ummantelt und bei 11000C gewalzt, wobei während des Erhitzens eine Argonatmosphäre angewendet wurde, wobei für jeden Durchgang eine Dickenverminderung von etwa 20% und insgesamt eine Dickenverminderung von etwa 60% erfolgte. Die gewalzte Legierung wurde dann bei 13500C geglüht, wieder mit Stahl ummantelt und bei 10000C unter weiterer Dickenverminderung von insgesamt 60% auf eine Dicke von etwa 7, 75 mm gewalzt, wobei das Erhitzen in einer Argonatmosphäre vorgenommen wurde. Der letzte Durchgang wurde ohne Umkleidung auf eine Endgrösse von 2, 5 mm durchgeführt, wobei die Temperatur 6500C betrug und das Erhitzen gleichfalls in einer Argonatmosphäre erfolgte.
Zugfestigkeitsprüfungen mit diesem Blech ergaben die in Tabelle 5 angeführten Resultate.
Tabelle 5
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<tb>
<tb> Versuchstemp. <SEP> Zerreissfestigkeit <SEP> Streckgrenze <SEP> Dehnung <SEP> Anmerkungen
<tb> oc <SEP> 1. <SEP>
<tb>
- <SEP> 195 <SEP> (flüssi- <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP> 28, <SEP> 0 <SEP> geglüht <SEP> bei
<tb> ger <SEP> 1200 C.
<tb>
Stick- <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP>
<tb> stoff)
<tb> 24 <SEP> 7, <SEP> 95 <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> 27, <SEP> 5 <SEP> gewalzt
<tb> 1650 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 17 <SEP> 83, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1927 <SEP> 0,79 <SEP> 0,72 <SEP> 18,0 <SEP> rekristalli-
<tb> 0, <SEP> 83 <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP> 142, <SEP> 0 <SEP> siert <SEP> bei
<tb> 2149 C, <SEP> 1 <SEP> h <SEP>
<tb> rekristallisiert <SEP> bei
<tb> 1621 C, <SEP> l/2h
<tb>
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im Ofen auskühlen gelassen, worauf die Härteprüfungen ausgeführt wurden. Die in Vicker's Härtegraden ausgedrückten Ergebnisse sind in Tabelle 6 angeführt. Die Prüfungen in Längsrichtung wurden auf die
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flache Oberseite des Bleches gerichtet, die Prüfungen in der Querrichtung waren auf die Blechenden gerichtet.
Tabelle 6
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> oe <SEP> 1000 <SEP> 1204 <SEP> 1400 <SEP> 1593 <SEP> 1800 <SEP> 2000 <SEP> 2204 <SEP>
<tb> in <SEP> Längsrichtung <SEP> 334 <SEP> 298 <SEP> 246 <SEP> 256 <SEP> 297 <SEP> 311 <SEP> 267
<tb> in <SEP> Querrichtung <SEP> 332 <SEP> 300 <SEP> 243 <SEP> 258 <SEP> 290 <SEP> 300 <SEP> 279
<tb>
Metallographische Untersuchungen bei diesen Härteprüfstücken ergaben, dass die Temperatur, bei der in 1 h eine zigue Rekristallisation des Materials stattfindet, in diesem Zustand etwa 14000C beträgt.
Die Härtezahlen weisen auf keine ausgesprochene Richtungsorientierung hin. Infolge derGlühung in einem Temperaturbereich von 1800 bis 20000C hat auch eine Verfestigung stattgefunden. Diese Verfestigung kann der Alterung (Ausfällung) entweder bei der Glühtemperatur oder während des Auskühlens im Ofen zugeschrieben werden. Die geringere Härte nach dem Glühen bei 22040C kann auf eine Entkohlung zurück- zuführen sein.
Aus diesen Angaben folgt, dass das Material durch eine Wärmebehandlung zwecks Ausfällung verfestigt werden kann, nachdem es bereits verarbeitet, bei hohen Temperaturen geglüht oder einer Schmelzschweissung unterzogen worden war. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Zusammensetzung dieser Legierung nahe dem unteren Ende des Zirkonium- und Kohlenstoffbereiches für die erfindungsgemässen Legierungen liegt. Es kann angenommen werden, dass Legierungen mit andern Gehalten an Zirkonium oder Hafnium und Kohlenstoff bei andern Temperaturen gealtert werden können. Selbstverständlich können auch andere Wärmebehandlungen zur Härtung solcher Legierungen durch Alterung angewendet werden.
Wie die vorstehenden Beispiele zeigen, haben die erfindungsgemässen Legierungen bei -1950C eine ganz aussergewöhnliche Festigkeit und Zähigkeit, eine sehr hohe Zähigkeit bei Raumtemperatur sowie auch sehr gute Festigkeitseigenschaften bei Temperaturen bis zu 16500C und darüber aufzuweisen.
Die Beispiele 1 und 2 zeigen, dass die erfindungsgemässen Legierungen auf Blech- oder Stabform verarbeitet werden können und dass sie unerwartet gute mechanische Eigenschaften sowohl bei hohen als auch bei niederen Temperaturen besitzen. Die ermittelten Werte lassen erkennen, dass die Festigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen durch eine geeignete Wärmebehandlung ganz wesentlich verbessert werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Tantallegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 8-12 Gew.-% Wolfram, 0, 01-0, 5 Gew.-% Kohlenstoff und mindestens einem der Elemente Zirkonium und Hafnium in einer Menge von höchstens 2 Gew.-% für Zirkonium und von höchstens 4 Gel.-% für Hafnium, wobei das Atomverhältnis von Zirkonium und/oder Hafnium zu Kohlenstoff 0, 2 : 1 bis 2 : 1 beträgt, Rest Tantal und ungewollten Verunreinigungen, besteht.
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