CH268906A

CH268906A - Hitzebeständige, austenitische Legierung und Verfahren zu deren Herstellung.

Info

Publication number: CH268906A
Authority: CH
Inventors: Kanthal Aktiebolaget
Original assignee: Kanthal Ab
Priority date: 1945-11-02
Filing date: 1946-12-09
Publication date: 1950-06-15

Description

Hitzebeständige, austenitische Legierung und Verfahren zu deren Herstellung. Bisher hat man für Einzelteile, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden, beispiels weise Teile in Gasturbinen, hauptsächlich austenitische Chrom-Nickel- oder Chrom- Kobaltlegierungen, die hohe Festigkeit in der Wärme haben, verwendet. Diese Eigenschaft konnte in dem bisher die höchste Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweisenden Material durch Zusätze von karbidbildenden Metallen, wie Nb, Ti, W, V u. a., noch verbessert werden.

Die Menge dieser Metalle ist dem Kohlen stoffgehalt der Legierung angepasst worden, so dass durch eine Wärmebehandlung, z. B. durch Ausscheidungshärtung, eine feinver teilte Ausscheidung von Karbiden in der auste- nitischen Grundmasse erhalten wurde.

Die Erhöhung der Festigkeit in der Wärme, welche durch die .Karbide verursacht wird, ist dadurch bedingt, dass diese die Grenzflächen der austenitischen Kriställe blockieren, wodurch ein Deformieren des Ma terials erschwert wird. Eine Erhöhung der Karbidmenge bringt daher auch eine Erhö hung der Festigkeit (Kriechgrenze) der Le gierung bei einer gewissen Temperatur mit sich.

Die verbessernde Wirkung der Karbide ist jedoch begrenzt, teils dadurch, dass ein allzu grosser Zusatz der karbidbildenden Legie rungsmetalle den teilweisen Verlust des auste- nitischen Charakters der Legierung herbei führen kann, teils aber, weil die Karbide ge wöhnlich bei hohen Temperaturen in der Grundmasse etwas löslich sind. Hierdurch kann sich deren Menge im Laufe der Verwen dung des Stahls vermindern, was wiederum eine verschlechterte Festigkeit zur Folge hat. Die Festigkeit kann ferner dadurch eine Ver minderung erfahren, dass die Karbide zufolge Diffusion sich in Form von grösseren Ein heiten ansammeln.

Die Möglichkeit, Stahl mit grosser Festigkeit in der Wärme durch Ausscheidung von nur Karbiden in der austenitischen Grundmasse herzustellen, ist daher begrenzt.

Auf dieselbe Art wie mit Karbiden kann man die Festigkeit des Stahls auch durch eine feine Verteilung anderer, nichtmetal lischer Teilchen, wie Oxyde, erhöhen. Beson ders Oxyde können der Grundmasse in einer noch feiner verteilten Form und in viel grö sserer Teilchenzahl als bei Verwendung von Karbiden zugeführt werden. Hierzu kommt, dass die Oxyde in grösseren Mengen zugesetzt werden können und dass sie bei der Verwen dungstemperatur des Stahls nicht in der Grundmasse löslich sind. Durch Zusatz von feinverteilten Oxyden kann daher eine sehr wesentliche Erhöhung ,der Festigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen erzielt werden.

Es hat sich nun herausgestellt, dass Stahl sorten mit bisher unerreichter Festigkeit bei hohen Temperaturen erhalten werden können, wenn zwei Arten von nichtmetallischen Teil chen feinverteilt in der Grundmasse der Le gierung enthalten sind. Vom herstellungs- technischen Gesichtspunkt aus hat es sich hier bei als besonders günstig gezeigt., eine Kom bination von Karbiden und Oxyden zu ver wenden.

Die erfindungsgemässe hitzbeständige, austenitische Legierung enthält 0,05-0,5 % Kohlenstoff, 0,20-2,5% Silicium, 0,20-1,5% Mangan, 11,5-30% Chrom,

ferner Eisen und 7-80% mindestens eines weiteren Metalles in der Eisengruppe der B. Gruppe des peri odischen Systems.

Die neue Legierung kann 7-801/o Nickel, 7-80% Kobalt oder aber 7-80 % Nickel und Kobalt, enthalten. Ausser- dem kann sie bis zu 101/o mindestens eines karbidbildenden Metalles, das die Wärme beständigkeit der Legierung erhöht, wie z. B.

Wolfram, Molybdän und Vanadiilm, enthalten. Die erfindungsgemässe Legierung ist dadurch .gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Kar bid in, einer Gesamtmenge von höchstens 7,5 0/0 und mindestens ein Oxyd in einer Gesamt- menge von \höchstens 12% in feiner Vertei- lung in der austenitischen Grundmasse ent hält.

Die Oxyde können aus Oxyden eines oder mehrerer der Metalle Li, Be, Mg, Ca, Cu, Sr, Zr, Ba, Ce oder Th bestehen.

Die Karbide und Oxyde können entweder als solche fertig gebildet zugesetzt oder in der Grundmasse de! Legierung gebildet werden, indem man dafür Sorge trägt, dass die zur Bildung dieser Stoffe erforderlichen Grund- stoffe in stöchiometrischem Verhältnis zuein- ander vorhanden sind. Die Zusatzstoffe kön nen in fein verteilter Form den Legierungs bestandteilen zugesetzt werden, jedenfalls muss eine feine Verteilung der Teilchen in der Grundmasse bewirkt werden.

Der Zusatz der Teilchen kann erfolgen, wenn die Legierung sich in schmelzflüssigem Zustand befindet, man kann aber. auch die Teilchen auf pulvermetallurgischem Wege bei mischen, wenn die Legierung in Form von Sintermetall hergestellt wird. In beiden Fäl len können die Teilchen in fertigem Zustand in fein verteilter Form zugesetzt werden.

Beim schmelzmetallurgischen Verfahren können die Teilchen in ausgeschiedener Form in der Grundmasse auch dadurch erhalten werden, dass die Grundstoffe, aus denen sie zusammengesetzt sind, der Schmelze in rich@- tig dosierter Menge und in stöchiometrischem Verhältnis zueinander zugesetzt werden.

Zur Bildung von Oxyden kann man am besten so verfahren, dass die Schmelze eine gut abgepasste Sauerstoffmenge erhält und dass dann ein Metall mit starker Affinität zu Sauerstoff in entsprechender Menge zuge setzt wird. Der Sauerstoffgehalt der Schmelze kann auf verschiedene Weise erhöht werden, beispielsweise durch Bildung einer oxydrei- , chen Schlacke, durch Einblasen von Sauer stoff oder dadurch, dass man die sauerstoff haltige, die Schmelze umgebende Atmosphäre einem erhöhten Drucke unterwirft.

Es hat sich als besonders günstig erwie sen, den Kohlenstoffgehalt der Legierung durch Zusatz von Ta, Nb, Ti, W, V oder Mo in Form von Karbiden zu binden und gleich zeitig, vorher oder nachher der Legierung Sauerstoff und Mg, Ca, Zr, Ce oder ein anderes oxydbildendes Metall, gegebenenfalls auch Mischungen derartiger Metalle @ in gut abgepassten Mengen zuzufügen, ilin Oxyde zu bilden.

Claims

PATENTANSPRUCH I: Hitzebeständige, austenitische Legierung, enthaltend 0,05-0,5% C, 0,20-2,5% 3i, 0,20-1,51/o Mn, 11,5-30% Cr, ferner Eisen und 7-801/o mindestens eines weiteren Me- talles in der Eisengruppe der B.

Gruppe des periodischen Systems, dadurch gekennzeich net, dass sie mindestens ein Karbid in einer Gesamtmenge von höchstens 7,51/o und min destens ein Oxyd in einer Gesamtmenge von höchstens 12 % in feiner Verteilung- in der austenitischen Grundmasse enthält. UNTERANSPRÜCHE:. 1. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie 7-801/o Nickel enthält. 2.

Legierung nach Patentanspruch I, da- durch gekennzeichnet, dass sie 7-80 % Kobalt enthält. 3. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie 7-801/o Nickel und Kobalt enthält. 4. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie bis zu 101/o mindestens eines karbidbildenden Metalles enthält, das die Wärmebeständigkeit der Le gierung erhöht. 5.

Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis-zu 10% Wolfram enthält,. 6. Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 10% Molybdän enthält. 7.

Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, class sie bis zu 10 % Vanadium enthält. B. Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 10% Wolfram, Molybdän und Vanadium enthält.

PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass die zur Bildung von Oxyden erfor derlichen Grundstoffe in stöchiometrischem Verhältnis zueinander der Legierungsschmelze zugesetzt werden. UNTERANSPRÜCHE: 9. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein oxydbildendes Metall zugesetzt wird, nachdem der Schmelze genügend Sauerstoff zur Bildung von Oxyd mit dem Zusatzmetall zugeführt worden ist. 10. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Schmelze durch Bildung einer oxydreichen Schlacke erhöht wird.

11. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Schmelze durch Einblasen von Sauerstoff erhöht wird. 12. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Schmelze da durch erhöht wird, dass der die Schmelze um gebenden sauerstoffhaltigen Atmosphäre er höhter Druck erteilt wird. 13.

Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff gehalt der Legierung in Form von Karbiden durch Zusatz eines karbidbildenden Metalles gebunden und der Legierung gleichzeitig Sauerstoff und ein oxydbildendes Metall zur Bildung von Oxyden zugesetzt wird. 14.

Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Legierung Sauerstoff und ein oxydbildendes Metall zur Bildung von Oxyden zugesetzt und alsdann der Kohlenstoffgehalt der Legierung in Form von Karbiden durch Zusatz eines karbidbilden- den Metalles gebunden wird. 15. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff gehalt der Legierung in Form von Karbiden durch Zusatz karbidbildender Metalle gebun den und der Legierung alsdann Sauerstoff und ein oxydbildendes Metall zur Bildung von Oxyden zugesetzt wird.