Werkstoff hoher Warm- und Zunderfestigkeit, sowie Verfahren zu seiner Herstellung. Der Bedarf an hoehwarmfesten und gleiehzeitig zunderfesten Werkstoffen hat sieh in den letzten Jahren insbesondere durch die Entwicklung von Gasturbinen stark ge steigert. Für diesen Zweck wurde eine Reihe hochwertiger Stähle entwickelt, die insbeson dere aus Metallen der Eisengruppe und Chrom nebst wechselnden Anteilen an Mo- Ivbdän, Wolfram, Vana#din, Niob, Tantal, Silizium, Aluminium u. a. bestehen.
Es hat sieh gezeigt, dass diese Werkstoffe zwar widerstandsfähig gegen Verzundern sind, dass sie aber bei Temperaturen von etwa<B>1000'C</B> nur eine geringe mechanische Festigkeit ha ben und zum Kriechen neigen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, keramisehe Werkstoffe für diesen Zweck zu verwenden, doch haben dieselben wegen ihrer mangelnden Temperaturwechselbeständigkeit meist versagt. Nach einem andern Vorschlag sollten hochwarnifeste Körper aus Molybdän oder Wolfram gefertigt werden, die durch eine Deeksehicht von Metalloxyden gegen Oxydation gesehützt sind.
Bei diesen Werk stoffen tritt jedoch der Nachteil auf, dass die Herstellung einer einwandfreien Verbin dung 7wisehen. Metall und Metalloxyd mit grossen Schwierigkeiten verbunden ist.
Die Erfindung, betrifft nun einen Werk stoff hoher Warm- und Zunderfestigkeit, der aus einem mindestens 80% Titankarbid auf- weisenden Karbidskelett und einer bei<B>800</B> bis<B>1000'C</B> zunderfesten Legierung besteht. Die Erfindung macht sieh den Umstand zunutze, dass die Ka.rbide hoelischmelzender Metalle selbst bei sehr hohen Temperaturen noch eine grosse mechanische Widerstands fähigkeit aufweisen.
Ein massiver, aus diesen Karbiden hergestellter Körper hätte jedoch keine ausreichende Zunderbeständigkeit und wäre ausserdem ungenügend -bruchfest. Durch die Beimengimg einer an sieh bekannten bei <B>800</B> bis<B>1000'C</B> zunderfesten Legierung zu ,den hoehsehme.Izenden Karbiden kann man jedoch einen Werkstoff erhalten, der neben einer hohen mechanischen Festigkeit auch eine gute Warm- und Zunderfestigkeit auf weist.
Obwohl man bestrebt sein wird, für ,diesen Zweck zunderfeste Legierungen zu ver wenden, die an sieh schon eine gute Warm festigkeit aufweisen, sind im vorliegenden Fall auch Legierungen mit geringer Warm festigkeit verwendbar. Es kann also bei dem erfindungsgemässen Werkstoff durch das Vorhandensein eines Karbidskelettes die Warmfestigkeit an sieh bekannter warmfester Legierungen beachtlich erhöht -und anderseits zunderfesten Legierungen mit geringerer Warmfestigkeit die erforderliche hohe Warm festigkeit gegeben werden.
Das Karbidskelett kann beispielsweise voll ständig aus Titankarbid bestehen.
Durch Zusätze von andern Karbiden, die vorzugsweise mit dem, Titankarbid Misch kristalle bilden, kann die Festigkeit des Kar- bidskeletts noch gesteigert und seine Benetz- barkeit mit zunderfesten Legierungen ver bessert werden.
Für diesen Zweck kommen die Karbide der Metalle der 4. bis<B>6.</B> Gruppe des periodischen Systems der Elemente in Frage, wie I#,1,olybdänkarbid, Wolframkarbid, Zirkonkarbid, Vanadirikarbid, Niobkarbid, Tantalka,rbid, Hafni-Limkarbid, Chronikarbid. usw. Das Karbidskelett kann auch nur teil weise in Form von Misehkristallen der Kar- bide vorhanden sein.
Der Anteil der zunderfesten Legierung an der Gesamtmenge soll zweckmässig<B>15</B> bis 40 1/o betragen. Als geeignet haben sich für diesen Zweek beispielsweise folgende warm- und zunderfeste Legierungen erwiesen:
<B>1. 0,1</B> bis 0,4 1/o <B>C, 0,5</B> bis<B>1,5</B> 1/o Mii, <B>0,5</B> bis<B>1 0/a</B> Si, <B>15</B> bis 20 ()/e Cr, <B>10</B> bis<B>25</B> (l/o Ni, <B>0,5</B> bis 2 11/o Mo., <B>1</B> bis 2 1/o W,<B>0,5</B> bis 4 % Nb, <B>0</B> bis<B>0,5</B> % Ti, Rest Fe.
2.<B>0,05</B> bis<B>0,5</B> %<B>C, 0,5</B> bis<B>1</B> 1/o Mii, 0,4 bis<B>0,7</B> l)/o Si, <B>15</B> bis<B>25</B> % Cr, 20 bis 40 % Ni, 20 bis 45 11/o Co,<B>3</B> bis 4 (l/o Mo,<B>3</B> bis<B>5</B> 1/o Nb, <B>0</B> bis<B>2,5</B> 1/o Ti, Rest Fe.
<B>3.</B> 0,2 bis 0,4 %<B>C,</B> 0,2 bis 0,4 % Mii, 0,155 bis<B>0,25</B> % Si, <B>25</B> bis<B>30</B> % Cr, <B>60</B> bis<B>65</B> % Co, 4 bis<B>5</B> % Mo, Rest Fe.
4. 0,4 bis<B>0,5</B> 1/o <B>C, 0,5</B> bis<B>1</B> % Mii, <B>0,5</B> bis <B>1</B> % Si, <B>15</B> bis<B>30</B> 19/o Cr, <B>5</B> % Mo,<B>7</B> 1/o W, Rest Fe.
<B>5. 25</B> bis<B>35</B> 1/o Cr, <B>3</B> bis<B>6</B> %<B>Al,</B> 0,2 bis <B>0,5</B> % Si, Rest Fe.
<B>6. 1</B> bis<B>1,5</B> 11/o <B>C, 0,5</B> bis<B>1,5 0/9</B> Si, <B>15</B> bis 20 1/o W, 20 bis<B>30</B> % Cr, Rest Kobalt.
Die Auswahl der zunderfesten Legierun- "-en richtet sieh im wesentlichen nach den an den W erkstoff gestellten Anforderungen. So %veisen z. B. die Legierungen<B>1,</B> 2,<B>0',</B> 4 und<B>6</B> noch zwischen<B>800</B> und<B>10000 C</B> eine beaeht- liehe Warm- und Zunderfestigkeit auf. Werk stoffe, die mittels dieser Legierungen erfin dungsgemäss hergestellt werden, haben jedoch noch eine beträchtlich höhere Warmfestigkeit.
Infolge der hohen Warmfestigkeit des Karbid- skelettes besteht ferner die Möglichkeit, Le- gierLingen <B>-</B> wie im Beispiel<B>5 -</B> zu verwen den, die an sich hervorragend, bis auf<B>13000</B> C zunderfest sind, aber nur eine geringe Warm festigkeit aufweisen.
Die Herstellung des Werkstoffes kann nach den in der Pulvermetallurgie üblichen Arbeitsmethoden erfol,-en. Von besonderem Vorteil hat sieh gezeigt, wenn die Karbide mit den warm- und zunderfesten Legierungen in Pulverform gemischt, gepresst und gesintert werden.
In letzterem Falle ist es zweckmässig, nach dem Vorsintern noch eine Driieksin- terung und unter Umständen eine längere Naehsinterung anzuschliessen, damit sieh im Sinterkörper ein zusammenhängendes Karbid- skelett hoher Festigkeit ausbildet. Für die Nachsinterung kommt dabei eine Zeitdauer von etwa<B>5</B> bis<B>50</B> Stunden in Betracht, wäll- rend die Temperatur im allgemeinen zwischen <B>1300</B> und<B>15000 C</B> liegen wird.
Der erfindangsgemässe Werkstoff eignet sieh besonders für Masehinenteile, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, er kann aber in gleich vorteilhafter Weise überall dort be nutzt werden, wo ein Material benötigt wird, das noch bei Temperaturen von über<B>10000 C</B> eine gute mechanische Festigkeit und eine P-iite Zanderfestie.keit aufweisen soll.
Material of high heat and scale resistance, as well as process for its production. The need for heat-resistant and at the same time scale-resistant materials has increased significantly in recent years, particularly due to the development of gas turbines. For this purpose, a number of high-quality steels have been developed, which are in particular made of metals of the iron group and chromium along with varying proportions of Mo-Ivbden, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, silicon, aluminum and the like. a. consist.
It has been shown that these materials are indeed resistant to scaling, but that they only have a low mechanical strength at temperatures of around <B> 1000'C </B> and tend to creep.
It has also already been proposed to use ceramic materials for this purpose, but these have mostly failed because of their lack of resistance to temperature changes. According to another proposal, highly warning-proof bodies should be made of molybdenum or tungsten, which are protected against oxidation by a covering of metal oxides.
With these materials, however, the disadvantage arises that a perfect connection is required. Metal and metal oxide are associated with great difficulties.
The invention now relates to a material of high heat and scale resistance, which consists of a carbide skeleton containing at least 80% titanium carbide and an alloy that is resistant to scale at 800 to 1000 ° C . The invention makes use of the fact that the carbides of high-melting metals still have great mechanical resistance even at very high temperatures.
However, a solid body made from these carbides would not have adequate scaling resistance and would also be insufficiently break-resistant. However, by adding a well-known <B> 800 </B> to <B> 1000'C </B> scale-resistant alloy to the high-quality icing carbides, one can obtain a material that, in addition to high mechanical strength, also has good heat and scale resistance.
Although efforts will be made to use non-scaling alloys for this purpose that already have good heat resistance, alloys with low heat resistance can also be used in the present case. With the material according to the invention, the presence of a carbide skeleton can considerably increase the heat resistance of known heat-resistant alloys - and on the other hand, scale-resistant alloys with lower heat resistance can be given the required high heat resistance.
The carbide skeleton can for example consist entirely of titanium carbide.
By adding other carbides, which preferably form mixed crystals with the titanium carbide, the strength of the carbide skeleton can be increased and its wettability with non-scaling alloys can be improved.
For this purpose, the carbides of the metals of the 4th to <B> 6 </B> group of the periodic table of elements come into question, such as I #, 1, olybdenum carbide, tungsten carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tantalum, rbid, Hafni limcarbide, chronicle carbide. etc. The carbide skeleton can also be present only partially in the form of mixed crystals of the carbides.
The proportion of the scale-resistant alloy in the total amount should expediently be <B> 15 </B> to 40 1 / o. The following heat-resistant and scale-resistant alloys have proven suitable for this purpose:
<B> 1. 0.1 </B> to 0.4 1 / o <B> C, 0.5 </B> to <B> 1.5 </B> 1 / o Mii, <B> 0.5 </ B> to <B> 1 0 / a </B> Si, <B> 15 </B> to 20 () / e Cr, <B> 10 </B> to <B> 25 </B> ( 1 / o Ni, <B> 0.5 </B> to 2 11 / o Mon., <B> 1 </B> to 2 1 / o W, <B> 0.5 </B> to 4 % Nb, <B> 0 </B> to <B> 0.5 </B>% Ti, remainder Fe.
2. <B> 0.05 </B> to <B> 0.5 </B>% <B> C, 0.5 </B> to <B> 1 </B> 1 / o Mii, 0.4 to <B> 0.7 </B> l) / o Si, <B> 15 </B> to <B> 25 </B>% Cr, 20 to 40% Ni, 20 to 45 11 / o Co, <B> 3 </B> to 4 (l / o Mon, <B> 3 </B> to <B> 5 </B> 1 / o Nb, <B> 0 </B> up to <B> 2.5 </B> 1 / o Ti, remainder Fe.
<B> 3. </B> 0.2 to 0.4% <B> C, </B> 0.2 to 0.4% Mii, 0.155 to <B> 0.25 </B>% Si , <B> 25 </B> to <B> 30 </B>% Cr, <B> 60 </B> to <B> 65 </B>% Co, 4 to <B> 5 </ B >% Mo, remainder Fe.
4. 0.4 to <B> 0.5 </B> 1 / o <B> C, 0.5 </B> to <B> 1 </B>% Mii, <B> 0.5 < / B> to <B> 1 </B>% Si, <B> 15 </B> to <B> 30 </B> 19 / o Cr, <B> 5 </B>% Mo, <B > 7 </B> 1 / o W, remainder Fe.
<B> 5. 25 </B> to <B> 35 </B> 1 / o Cr, <B> 3 </B> to <B> 6 </B>% <B> Al, </B> 0.2 to <B> 0.5 </B>% Si, remainder Fe.
<B> 6. 1 </B> to <B> 1.5 </B> 11 / o <B> C, 0.5 </B> to <B> 1.5 0/9 </B> Si, <B> 15 </B> to 20 1 / o W, 20 to <B> 30 </B>% Cr, the remainder cobalt.
The selection of the non-scaling alloys is based essentially on the requirements placed on the material. For example, the alloys <B> 1, </B> 2, <B> 0 ', </ B> 4 and <B> 6 </B> still between <B> 800 </B> and <B> 10000 C </B> have an assumed heat and scale resistance. Materials that are invented by means of these alloys are produced according to the invention, but still have a considerably higher heat resistance.
As a result of the high heat resistance of the carbide skeleton, there is also the possibility of using alloy pieces <B> - </B> as in example <B> 5 - </B>, which are excellent in themselves, except for <B> 13000 </B> C are resistant to scaling, but have only a low heat resistance.
The production of the material can take place according to the working methods customary in powder metallurgy. It has been shown to be particularly advantageous if the carbides are mixed, pressed and sintered with the heat-resistant and scale-resistant alloys in powder form.
In the latter case, it is advisable to carry out a third sintering after the pre-sintering and, under certain circumstances, a longer subsequent sintering, so that a cohesive carbide skeleton of high strength is formed in the sintered body. A period of approximately <B> 5 </B> to <B> 50 </B> hours comes into consideration for the subsequent sintering, while the temperature is generally between <B> 1300 </B> and <B> 15000 C will be.
The material according to the invention is particularly suitable for fabric parts that are exposed to high temperatures, but it can be used in an equally advantageous manner wherever a material is required that still has a temperature of over 10,000 C should have good mechanical strength and a P-iite Zanderfestie.keit.