CH345745A

CH345745A - Nickel-Chrom-Legierung

Info

Publication number: CH345745A
Authority: CH
Inventors: Edwin Dipl-Ing Svensson Bjorn; Villiam Svensson Sven Agne
Original assignee: Kanthal Ab
Priority date: 1955-01-24
Filing date: 1956-01-24
Publication date: 1960-04-15
Also published as: FR1152887A; DK91936C; AT203734B; US2838394A

Description

Nickel-Chrom-Legierung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Legie rungen des Nickel-Chrom-Typs, welche sich für die Verwendung als elektrisches Widerstandsmaterial bei hohen Temperaturen besonders eignen.

Die Widerstandsmaterialien des erwähnten Typs lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen: 1. Legierungen sehr schwachen Eisengehaltes, worin Eisen nur als eine Verunreinigung vorkommt, der Chromgehalt etwa 20 % beträgt und der Rest gehalt hauptsächlich aus Nickel besteht.

2. Legierungen mit einem Eisengehalt von etwa 20 % und einem Chromgehalt von etwa 15 /a, wobei der Restgehalt hauptsächlich aus Nickel besteht.

3. Legierungen mit einem Eisengehalt von etwa 45 % und einem Chromgehalt von etwa 20 0/a, wobei der Restgehalt hauptsächlich aus Nickel besteht.

Die im folgenden näher zu erläuternde Erfindung ist für jede der drei obigen Legierungsgruppen ver wendbar.

Zur Verbesserung der Widerstandsmaterialien des Nickel-Chrom-Typs ist bisher schon eine grosse An zahl von Patenten erteilt worden. Diese Patente be zwecken, durch Zusätze verschiedener Elemente die Lebensdauer der Legierung zu verbessern, wie diese nach den Normen bestimmt wird, welche von der American Society for Testing Materials (A. S. T. M.) in der Publikation Accelerated Life Test for Metal lic Materials B. 76-39 angegeben sind.

Die älteren Patente gründen sich zum Teil auf den Zusatz von Zirkonium und von einer Kombination aus Zirkonium und andern Elementen, wie Kalzium, - Aluminium usw., und zum Teil auf den Zusatz von seltenen Er den, welche auch mit andern Elementen kombiniert werden können.

Bei den eigenen Versuchen der Anmelderin, Wi derstandsmaterialien des Nickel-Chrom-Typs durch Zusatz seltener Erdmetalle zu verbessern, hat es sich gezeigt, dass dieser Zusatz die Bildung eines dichteren und anhaftenderen Oxyds verursacht. Diese Verbes serung des Oxyds ist mit einer beträchtlichen Verlän gerung der nach den erwähnten A. S. T. M.-Normen bestimmten Lebensdauer verknüpft.

Es ist jedoch festgestellt worden, dass Legierungen des Nickel- Chrom-Typs mit einem Zusatz von seltenen Erd- metallen bei hohen Temperaturen eine grössere Nei gung zur Oxydation längs der Korngrenzen aufwei sen als Legierungen ohne diesen Zusatz. Diese Er scheinung ist am ausgeprägtesten bei Legierungen schwachen Eisengehaltes, kommt aber auch bei Le gierungen höherer Eisengehalte vor. Es ist aber zu be achten, dass eine solche Korngrenzenoxydation in grö sserem Umfang erst bei höheren Temperaturen eintritt als den bei der Lebensdauerprüfung nach A. S. T. M. normalerweise verwendeten.

So werden zum Beispiel die eisenfreien Nickel-Chrom-Legierungen bei 1175 C geprüft, während die Anmelderin erst bei Tempera turen über 1200 C die erhöhte Neigung zur Korn grenzenoxydation beobachten konnte.

Diese Korngrenzenoxydation verursacht eine Her absetzung der Anwendbarkeit des Materials als Wi derstandslegierung, zum Teil, weil die Oxydation eine Veränderung des elektrischen Widerstandes der Legierung bedingt, und zum Teil deshalb, weil die Korngrenzenoxydation einen Zuwachs und dadurch eine Dimensionsveränderung des Materials mit sich bringt. Falls die Neigung zur Korngrenzenoxydation herabgesetzt werden könnte, wäre eine Erhöhung der maximalen Arbeitstemperatur möglich.

Versuche haben gezeigt, dass ein Zusatz von Bor die Neigung zur Korngrenzenoxydation stark herab setzt. Da sich das zugesetzte Bor zum Teil verflüch tigt und zum Teil mit andern Bestandteilen der Schmelze reagiert, muss die zugesetzte Bormenge we sentlich grösser sein als die Menge davon, die danach in der fertig hergestellten Legierung zu finden ist. Es hat sich gezeigt, dass, auch wenn nach dem Zusatz von Bor nur Spuren von diesem Element in der fer tigen Legierung zu finden sind, dieser Zusatz eine merkbare Verbesserung der Beständigkeit der Legie rung gegen Korngrenzenoxydation herbeiführt. Der Gehalt an Bor in der fertigen Legierung darf nicht allzu gross sein, denn dies könnte die Lebensdauer der Legierung herabsetzen.

Es wird also für unzweck mässig gehalten, einen restlichen Borgehalt von mehr als 0,02 % zuzulassen.

Die seltenen Erdmetalle können der Legierung in Form von sogenanntem Mischmetall zugesetzt wer den, welches vorzugsweise die ungefähre Zusammen- setzung von 50 bis 55 0/m Cer, 22 bis 25 % Lanthan,

15 bis 17 % Neodym und 8 bis 10 % anderer sel- tener Erdmetalle hat. Es können jedoch auch andere Legierungen aus seltenen Erdmetallen oder auch reine solche Metalle sowie auch Oxyde dieser Me talle zusammen mit einem die Oxyde in die metal lische Form übertragenden Reduktionsmittel Ver wendung finden.

Als ein weiteres Legierungselement wird Silizium in Gehalten von 0,2 bis 2 %, verwendet.

Bei der Herstellung von Widerstandslegierungen des Nickel-Chrom-Typs ist es zweckmässig, für die Desoxydierung und Entgasung der Legierung Metalle wie Mangan, Aluminium, Zirkonium, Magnesium und Kalzium, sowie für die Kohlenstoffstabilisierung, Metalle wie Vanadin, Titan, Niob und Tantal zuzu setzen. Allgemein kommt ferner ein gewisser Gehalt an Kobalt vor, als Verunreinigung des Nickels.

Ausser Nickel können daher stets noch die soeben erwähn ten Metalle, einzeln oder in Kombinationen, in Ge halten von Bruchteilen von 1 Prozent vorhanden sein.

Folgende Beispiele der Zusammensetzung von Legierungen gemäss der Erfindung können angege ben werden: 1. 15 bis 30 %, Chrom, 0,2 bis 2 % Silizium, 0,01 bis 0,5 %, seltene Erdmetalle, bis 0,

02 % Bor und als Rest Nickel.

2. 10 bis 25 %, Chrom, 15 bis 30 % Eisen, 0,2 bis 2 % Silizium, 0,01 bis 0,5 %- seltene Erdmetalle,

bis 0,02 %- Bor und als Rest Nickel.

3. 10 bis 25 % Chrom, 40 bis 60 % Eisen, 0,2 bis 2 % Silizium, 0,01 bis 0,5 % seltene Erdmetalle,

bis 0,02 % Bor und als Rest Nickel.

Um die Bedeutung des Borzusatzes näher zu er läutern, können einige Ergebnisse der ausgeführten Untersuchungen angegeben werden. Das zu unter suchende Material wurde zu 0,3 mm dicken und 10 mm breiten Bändern ausgewalzt. Von diesen Bän dern wurden 35 mm lange Probestücke abgeschnitten und in einem elektrischen Ofen bis auf eine Tem peratur von 1210 C erhitzt. Die Probestücke wur den periodisch bei dieser Temperatur 2 Stunden ge halten, und dazwischen wurde eine Abkühlung von l1/2 Stunden gestattet.

Jeder dritte Arbeitsgang war aber von gängerer Dauer, und die Probestücke wur den dabei 151/2 Stunden auf der hohen Temperatur gehalten, wonach eine Abkühlungszeit von 11/2 Stun den folgte. Die Gesamtzeit, während welcher die Probestücke auf der hohen Temperatur gehalten wurden, betrug 425 Stunden. Als Mass für die Korn grenzenoxydation kann die Verlängerung der Probe stücke nach der eben beschriebenen Behandlung be nutzt werden.

Folgende Ergebnisse wurden gefunden: Legierung I: 19,5 % Chrom, 1,5 % Silizium, 0,07 Prozent Cer und als Rest Nickel. Verlängerung nach der Prüfung: 10,3 Prozent.

Legierung 1I: 19,5 % Chrom, 1,5 % Silizium, 0,07 Prozent Cer, 0,0020/a. Bor und als Rest Nickel. Verlängerung nach der Prüfung: 2 0/0.

In den beiden obigen Legierungen wurde als Des oxydationsmittel Aluminium verwendet.

Claims

PATENTANSPRUCH I Nickel-Chrom-Legierung mit 10 bis 30% Chrom, 0,2 bis 2 0/0 Silizium und 0,01 bis 0,5 % seltenen Erdmetallen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausser- dem bis 0,

02 % Bor enthält. UNTERANSPRÜCHE 1. Legierung nach Patentanspruch I, mit 15 bis 30 % Chrom, 0,2 bis 2 0/a Silizium und 0,01 bis 0,5 % seltenen Erdmetallen, dadurch gekennzeichnet,

dass sie ausserdem bis 0,02 % Bor und als Rest Nickel enthält. 2.

Legierung nach Patentanspruch I, mit 10 bis 25 % Chrom, 0,2 bis 2 % Silizium und 0,01 bis 0,5 % seltenen Erdmetallen, dadurch gekennzeichnet,

dass sie ausserdem 15 bis 30 % Eisen, bis 0,02 % Bor und als Rest Nickel enthält. 3.

Legierung nach Patentanspruch I, mit 10 bis 25 0/u Chrom, 0,2 bis 2RTI ID="0002.0239" WI="4" HE="4" LX="1526" LY="1937"> % Silizium und 0,01 bis 0,5 % seltenen Erdmetallen, dadurch gekennzeich- net, dass sie ausserdem 40 bis 600/a Eisen, bis 0,

020/0 Bor und als Rest Nickel enthält. PATENTANSPRUCH 1I Verwendung der Legierung nach Patentanspruch I, für ein elektrisches Widerstandselement. UNTERANSPRÜCHE 4. Verwendung nach Patentanspruch II einer Le gierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1. 5. Verwendung nach Patentanspruch II einer Le gierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2. 6. Verwendung nach Patentanspruch 1I eine Le# gierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3.