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Nickel-Siliziumlegierung und Verfahren zu ihrer Wärmebehandlung
Legierungen, die im wesentlichen Nickel und Silizium mit oder ohne andere Elemente enthalten, zeigen eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Angriff von Schwefelsäurelösungen und werden daher in gegossener Form oft für Gegenstände verwendet, die einem solchen Angriff ausgesetzt sind. Dabei bildet sich ein passivierender Silikatfilm an deren Oberfläche. Es ist auch bekannt, dass mit steigendem Siliziumgehalt der Korrosionswiderstand der Legierung steigt, während deren Dehnbarkeit abnimmt. Dieser Verlust an Dehnbarkeit ergibt sich hauptsächlich infolge der Bildung spröder Silizide, die eintritt, wenn die Löslichkeitsgrenze des Siliziums im Nickel überschritten wird.
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für einen maximalen Korrosionswiderstand das Mikrogefüge ganz aus der ss-Phase bestehen sollte.
Diese Phase ist jedoch in binären Legierungen selten anwesend, weil sich gezeigt hat, dass, im Gegensatz zu den früheren Veröffentlichungen, die ss-Phase das Ergebnis einer bei 10400C eintretenden peritektoiden Reaktion (Reaktion zwischen zwei festen Phasen zur Bildung einer dritten Phase) ist. Es scheint, dass während des üblichen Giessens die Abkühlungsgeschwindigkeit genügend rasch ist, um diese peritektoide Reaktion zu unterdrücken, so dass das beobachtete Gefüge das metastabile a-y-Eutektikum ist.
Erfindungsgemäss wird die Dehnbarkeit in den Nickel-Siliziumlegierungen durch einen Titanzusatz erhöht. So wurde festgestellt, dass der Zusatz von Titan die Bildung der ss-Phase im Gussgefüge erleichtert. Der Zusatz von Titan erhöht die Temperatur der peritektoiden Reaktion. Enthält die Legierung ungefähr 2% Titan oder mehr, ist die peritektoide Reaktion ausgeschaltet und die ss-Phase bildet sich direkt aus dem flüssigen Zustand. Es scheint auch, dass die Gegenwart des Titans die Korrosionsbeständigkeit des passivierenden Silikatfilms erhöht.
Gegenstand der Erfindung ist eine Nickel-Siliziumlegierung, insbesondere für Gegenstände, die dem Angriff von Schwefelsäure ausgesetzt sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie 7-12% Silizium, 1-5% Titan mit der Massgabe enthält, dass die Summe von Gel.-% Si + 0,5. Gew.-% Ti zwischen 9, 5 und 12, 5, vorzugsweise zwischen 11 und 12, gelegen ist und der Rest der Legierung Nickel und Verunreinigungen sind.
Der Siliziumgehalt der Legierungen beträgt 7-16%. Enthält die Legierung weniger als 7% Silizium, wird sie in jedem Falle dehnbar und ihr Korrosionswiderstand viel geringer sein als jener der mehr Silizium enthaltenden Legierungen. Aus diesem Grunde sollten die Legierungen immer mindestens 7% Silizium enthalten. Tatsächlich ist der Korrosionswiderstand in Legierungen zwischen 7 und 8% Silizium, obwohl er jenem der keine ss-Phase enthaltenden binären Legierungen überlegen ist, nicht so gut wie jener der Legierungen, die 8% oder mehr Silizium enthalten.
Sogar dann, wenn die Legierungen in gegossener Form verwendet werden, ist eine hohe Dehnbarkeit erwünscht. So wurde ermittelt, dass im Bereich von 8 bis 11% Silizium das Titan deren Dehnbarkeit verbessert. Ist der Siliziumgehalt aber 12% oder höher, neigen die Legierungen zum Sprödwerden, was auf die Bildung der primären y-Phase zurückzuführen ist. Aus diesem Grunde enthalten die bevorzugten Legierungen 8-11% Silizium.
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Der Titangehalt der Legierungen liegt zwischen 1 und 5% und beträgt üblicherweise 2 - 3,5GO. Bei
Gehalten bis zu 12% Silizium ist es am günstigsten, die Silizium- und Titangehalte so zuzuordnen, dass Si% + 0, 5 Ti% 9, 5 - 12, 5 betragen. Liegen die Siliziumgehalte zwischen 8 und 11%, dann sind Si% +
0, 5. Ti% zwischen 11 und 12 einzustellen.
Abgesehen von Verunreinigungen kann die erfindungsgemässe Legierung ausschliesslich aus Nickel,
Silizium und Titan bestehen ; sie kann zusätzlich irgendeines oder mehrere-vorzugsweise nur eines- der Elemente Kupfer, Molybdän und Wolfram, u. zw. jedes in einer 5% nicht übersteigenden Menge, enthalten, wobei die Gesamtmenge dieser Elemente 10% nicht übersteigt.
Der Korrosionsangriff der konzentrierten Schwefelsäure auf das Metall scheint verschieden zu sein vom Angriff verdünnter Schwefelsäure, d. h. einer Säure, die weniger als 40% enthält. Diesbezüglich wurde festgestellt, dass der beste Korrosionswiderstand in verdünnter kochender Schwefelsäure erhalten wird, wenn in der Legierung Kupfer in einer Menge von 0, 5% oder mehr enthalten ist. Mit zunehmen- dem Kupfergehalt nimmt jedoch die Dehnbarkeit ab, so dass der bevorzugte Kupfergehalt 1-2% be- trägt.
Beispiele der erfindungsgemässen Legierungen und ihres Widerstandes gegenüber dem Angriff ko- chender Schwefelsäure verschiedener Konzentration sind unten in der Zahlentafel I angegeben. In je- dem Falle ist der Rest der Legierungen Nickel, ausgenommen Verunreinigungen.
Zahlentafel I
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<tb>
<tb> Legie- <SEP> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew.-% <SEP> Korrosionsgeschwindigkeit <SEP> in <SEP> mg/dm2/Tag
<tb> rung <SEP> in <SEP> der <SEP> Säure <SEP> einer <SEP> Konzentration
<tb> Si <SEP> Ti <SEP> Cu <SEP> Mo <SEP> W <SEP> 25 <SEP> Gew.-% <SEP> 75 <SEP> Gew.-% <SEP> 90 <SEP> Gew.-%
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> 2---2080 <SEP> 45 <SEP> 68
<tb> 2 <SEP> 9, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 5---675 <SEP> 13 <SEP> 50
<tb> 3 <SEP> 10 <SEP> 3---430 <SEP> 4 <SEP> 25
<tb> 4 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 2---273 <SEP> 23 <SEP> 32
<tb> 5 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 3---317 <SEP> 0 <SEP> 25
<tb> 6 <SEP> 11 <SEP> 2---190 <SEP> 4 <SEP> 18
<tb> 7 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 2,
<SEP> M---240 <SEP> 6 <SEP> 15
<tb> 8 <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> 3--50 <SEP> 140 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 3--45 <SEP> 23 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 3--170 <SEP> 250 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 10 <SEP> 3 <SEP> 1--45 <SEP> 7 <SEP> 14
<tb> 12 <SEP> 10 <SEP> 3 <SEP> 3--60 <SEP> 3 <SEP> 20
<tb> 13 <SEP> 10 <SEP> 3-3-1200 <SEP> 4 <SEP> 11
<tb> 14 <SEP> 10 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 1900 <SEP> 2 <SEP> 8
<tb>
Eine Legierung (X), die 87% Nickel, 10% Silizium und 3% Kupfer enthält, wurde in kochenden Schwefelsäurelösungen einer Konzentration von 25,75 und 90% bei 2500C mit den Legierungen Nr. 8, 9 und 10 verglichen, die ebenfalls in 90% tiger Schwefelsäure bei 2500C geprüft wurden. Die Ergebnisse sind unten in der Zahlentafel II enthalten.
Zahlentafel II
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Korrosionsgeschwindigkeit <SEP> in <SEP> mg/dm2/Tag <SEP> in <SEP> der <SEP> Säure
<tb> einer <SEP> Konzentration
<tb> 25 <SEP> Grew.-% <SEP> 75 <SEP> Gew.-% <SEP> 90 <SEP> Gew.-%
<tb> X <SEP> 200 <SEP> 150 <SEP> > 70U
<tb> 8 <SEP> 50 <SEP> 140 <SEP> 167
<tb> 9 <SEP> 45 <SEP> 23 <SEP> 6
<tb> 10 <SEP> 170 <SEP> 250 <SEP> 305
<tb>
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Die Dehnbarkeit der Legierungen kann durch eine Wärmebehandlung erhöht werden, die ein Erhitzen bei 1000-1100 C durch 4 - 24 h beinhaltet.
Die Dehnbarkeit der Legierungen Nr. 1 - 9 und 11 - 14 ist nach solchen Wärmebehandlungen und in einigen Fällen auch im Gusszustand unten in der Zahlentafel III zusammen mit der Dehnbarkeit der Gusslegierung X angegeben.
Zahlentafel III
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Zustand <SEP> Dehnung <SEP> in
<tb> 1 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 10500C <SEP> erhitzt <SEP> 19, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 2 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1050 C <SEP> erhitzt <SEP> 19, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 10500C <SEP> erhitzt <SEP> 16,9
<tb> 4 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 10500C <SEP> erhitzt <SEP> 12, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 5 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1050 C <SEP> erhitzt <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 6 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1050 C <SEP> erhitzt <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 7 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1050 C <SEP> erhitzt <SEP> 10, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 8 <SEP> Ausgepresst <SEP> bei <SEP> 11000C <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 9 <SEP> Gusszustand <SEP> 3,
4
<tb> 9 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1100 C <SEP> erhitzt <SEP> 13,0
<tb> 11 <SEP> Gusszustand <SEP> 5,6
<tb> 11 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1050 C <SEP> erhitzt <SEP> 16,9
<tb> 12 <SEP> Gusszustand <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 12 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1050 C <SEP> erhitzt <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 13 <SEP> Gusszustand <SEP> 4,5
<tb> 13 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 10500C <SEP> erhitzt <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 14 <SEP> Gusszustand <SEP> 3,4
<tb> 14 <SEP> Durch <SEP> 16 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 10500C <SEP> erhitzt <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> X <SEP> Gusszustand <SEP> 1,0
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PATENTANSPRÜCHE :
1.
Nickel-Siliziumlegierung, insbesondere für Gegenstände, die dem Angriff von Schwefelsäure ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie 7-12% Silizium, 1 - 5% Titan mit der Massgabe enthält, dass die Summe von Gew.-% Si+ 0, 5. Gew.-% Ti zwischen 9, 5 und 12, 5, vorzugsweise zwischen 11 und 12, gelegen ist und der Rest der Legierung Nickel und Verunreinigungen sind.