Niob-Titan-Chrom-Legierung Die Erfindung bezieht sich auf eine Niob-Titan- Chrom-Legierung. Diese Legierung besitzt insbeson dere eine aussergewöhnlich hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit und ist genügend duktil, um eine Bearbeitung zu erlauben. Diese Legierung eignet sich als Werkstoff für Einrichtungen aller Art, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden, wie Gas turbinen, Hochte,mperaturreaktionsgefässe, Anlagen für die Raffination von Öl und Gesenke für die Metallbearbeitung bei hohen Temperaturen.
Die Niob-Titan-Chrom-Legie:rung :gemäss der Er findung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie 5-300/9 Ti, 1-30 % Cr, mindestens 50'% Nb, und insgesamt 0,2-7 % mindestens eines der Elemente Al, C,
Co, Fe, Mn, Mo, Ni,, Si, Ta, W, V oder Zr enthält, wobei die Elemente C, Co, Ni und Si insgesamt höchstens 2 % der Legierung ausmachen. Vorzugsweise beträgt der Gesamtgehalt der Legierung an den Elementen Al, C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ta, W,
V und Zr 2 bis 5 %. Besonders .gut sind diejenigen Legierungen, die 10 bis 2519/o Ti und 15 bis 3011/o Cr,
beispiels- weise 15-25 % Ti und 20-28 % Cr, enthalten. Eine bevorzugte Legierung weist einen Gehalt von minde- stens 50 0/0 Nb, 24 % Ti,
23 % Cr, 1,%, Ta, 0,5 0/0. W und 0,5 0/0 Mo auf;
eine weitere bevorzugte weist einen Gehalt von mindestens 50 % Nb, 13,8 % Ti, 25 0/0 Cr, 0,2 % C, 10/0 Mo,
2 % W, 1,5 0/0 V und 1,5 % Zr auf.
Die einzelnen Metalle können nach den üblichen Methoden zusammengeschmolzen werden. Beim Ab kühlen erstarrt die Legierung unter Bildung eines nichtspröde:. bzw. du:ktilen Gusses. Hierfür kann ein, Lichtbagenofen mit wassergekühltem Kupfertiegel verwendet worden, in welchem man die Beschickung schmelzt und erstarren lässt.
Die einzelnen, in den Ofen eingegebenen Metalle können jede beliebige Form haben, z. B. als Pulver, Schrot, Draht, Schwamm usw. vorliegen. Man kann auch, gegebenenfalls in Kombination, Lichtbogenöfen mit :sich verbrauchen- den und nichtverbrauchenden Elektroden oder Öfen mit stetiger Beschickung verwenden.
Ferner kann die Schmelzung durch induktive Beheizung in einem ge eigneten Tiefgel, z. B. nach der sogenannten Skull- Technik vorgenommen werden. Während des Schmelzens sollen die Metalle vor dem Zutritt der Atmosphäre geschützt werden, um eine Verunreini- gung durch Sauerstoff oder Stickstoff zu vermeiden.
Zu diesem Zwecke schmalzt man zweckmässig unter inerten Bedingungen, beispielsweise unter einem Inertgas, wie Argon, unter einer Schutzschlacke oder nach beiden Methoden.
Die erfindungsgemässen Legierungen erweisen sich bei Temperaturen von 100 bis 500 weitaus, oxyda tionsbeständiger und behalten ihre mechanische Festigkeit in wesentlich stärkerem Masse bei als die bekannten Hochtemperaturlegienungen. So verlieren bekannte Hochtemperaturlegierungen bei 1300 ihre Festigkeit oder schmelzen,
während die erfindungs gemässen Legierungen bei dieser Temperatur noch Drucke von über 100 kg/mm2 aushalten können.
<I>Beispiel 1</I> Eine homogene Schmelze von einem Gewicht von 0,454 kg, welche 24 % Titan, 23 0/a Chrom, 10/0 Tantal, 0,5 % Wolfram, 0,5 % Molybdän,
und als Rest Niob enthält, wird hergestellt, indem man die entsprechenden Metallmengen zusammenschmelzt und dann die Legierung abwechselnd sechsmal erstarren lässt und umschmelzt. Das Schmelzen erfolgt in einem Lichtbogenofen mit wassergekühltem Kupfertiegel,
wie er von Kroll in Transactions of the Electrochemical Society , Band 78, 1940, Seiten 35 .bis 47, beschrie- ben ist. Man giesst 200 g der Schmelze in eine zylin drische wassergekühlte Kupferform von 19,1 mm Innendurchmesser und 50,8 mm Tiefe.
Diese Mass nahmen werden unter Helium durchgeführt, um eine Verunreinigung der Metalle zu verhindern. Der aus der Form erhaltene Guss wird heiss geschmiedet und zu einer Düse zum Versprühen der Salzschmelzen, wie MgC12, in chemischen Verfahren verarbeitet. Diese Legierung besitzt aussergewöhnliche Eigen schaften in der gleichen Grössenordnung, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind.
<I>Beispiel 2</I> Eine Legierung der Zusammensetzung 15 9/o Ti, 23 9/o Cr, 59 "/o Nb, 1 0/a W und 2 0/a Ta wird herge stellt,
indem man die einzelnen Metallkomponenten in dem Ofen gemäss Beispiel 1 unter Helium zusammen- schmeazt. Die Legierung wird weiter unter Helium gehalten und abwechselnd 6mal umgeschmolzen und erstarren gelassen, wodurch man einen homogenen Rohblock erhält.
Tabelle 1 gibt die Oxydationsbeständigkeit der in diesem Beispiel erhaltenen Legierung an. Diese Oxydationsbeständigkeit wurde in folgender Weise bestimmt:
Abgewogene Probender Legierung werden (in, einem Porzellantiegel, der mit einem Schlitz ver sehen ist, um einen angemessenen Zutritt der Luft zu dem Rohblock zu erlauben) in einen Ofen der Bauart Globar (eingetragene Marke) eingebracht und mindestens 16 Stunden bei 1000 einem Luft strom von 57 1/min ausgesetzt. Die Proben werden dann abgekühlt und gewogen;
der Oxydationsgrad entspricht der prozentualen Gewichtszunahme der Probe.
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<I>Tabelle <SEP> I</I>
<tb> Legierung <SEP> gemäss
<tb> Beispiel <SEP> 2
<tb> Gewichtszunahme, <SEP> %l' <SEP> 1,5
<tb> Rockwellhärte <SEP> 48
<tb> Zugfestigkeit, <SEP> kg/mm
<tb> bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> > <SEP> 141
<tb> <B>bei <SEP> 1150 </B> <SEP> > <SEP> <B>70</B>
<tb> '\ <SEP> Bei <SEP> nichtlegiertem <SEP> Niob <SEP> beträgt <SEP> die <SEP> Gewichtszunahme
<tb> 20,0 <SEP> ia.
Die oben angegebenen Zugfestigkeitswerte sind typisch für die erfindungsgemässen Legierungen. Um die ungewöhnliche Höhe dieser Werte zu zeigen, wird nachfolgend die Zugfestigkeit guter, handels- üblicher Legierungen in Tabelle 11 angegeben.
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<I>Tabelle <SEP> II</I>
<tb> Zugfestigkeit
<tb> kg/mm=
<tb> <I>Legierung <SEP> A</I>
<tb> (80 <SEP> "/o <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Cr)
<tb> bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> 115
<tb> bei <SEP> 870 <SEP> 30
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<I>Tabelle <SEP> 11</I> <SEP> (Fortsetzung)
<tb> Zugfestigkeit
<tb> kg/mm2
<tb> <I>Legierung <SEP> B</I>
<tb> (38 <SEP> "/o <SEP> Co, <SEP> 28 <SEP> "/0 <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> "/o <SEP> Cr,
<tb> 7 <SEP> % <SEP> W, <SEP> 4 <SEP> 9/o <SEP> Ti, <SEP> 2 <SEP> 9/a <SEP> Fe,
<tb> 0,2 <SEP> "/o, <SEP> C)
<tb> bei <SEP> 982 <SEP> 14
<tb> <I>Legierung <SEP> C</I>
<tb> (42'% <SEP> Co, <SEP> 20,5 <SEP> % <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> "/o <SEP> Cr,
<tb> 4,2 <SEP> 9/o <SEP> W, <SEP> 4 <SEP> 0/a <SEP> Nb, <SEP> 4 <SEP> "/o <SEP> Mo,
<tb> 3 <SEP> 0/0 <SEP> Fe, <SEP> 1,39/o <SEP> Mn, <SEP> 0,6"/a <SEP> Si,
<tb> 0,
4 <SEP> % <SEP> C)
<tb> bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> 105
<tb> bei <SEP> 871 <SEP> 35 <I>Beispiel 3</I> Gemäss Beispiel 2 wird eine Legierung der Zu- sammensetzung 22 % Ti, 24 0/0 Cr, 51 % Nb, 1 0/a Co, 0,3 9/o Si, 1,
7 % Ta hergestellt.
Die Gewichtszunahme dieser Legierung bei der Oxydationsprüfung gemäss Beispiel 2 beträgt 0,9 9/0 im Vergleich zu 20 % für nichtlegiertes Niob. Die Rockwell-Härte beträgt 49. Die Legierung besitzt eine Zugfestigkeit von mehr als 141 kg/mm2 bei Raumtemperatur und mehr als 70 kg/mm2 bei 1150 .
<I>Beispiel 4</I> Gemäss Beispiel 2 wird eine Legierung der Zu sammensetzung 20,19/o Ti, 279/o Cr, 51 "/o Nb, 1 Mo, 0,5 "/a Al, 0,2 9/o Ni, 0,2 9io Fe, hergestellt.
Die Gewichtszunahme dieser Legierung bei der Oxydationsprüfung gemäss Beispiel 2 beträgt 0,6 "/a. Die Rockwell-Härte beträgt 54. Die Zugfestigkeit dieser Legierung beiträgt bei Raumtemperatur mehr als 141 kg/mm2 und bei 1150 mehr als 70 kg/mm2. <I>Beispiel 5</I> Weitere erfindungsgemässe Legierungen,
die nach dem Verfahren gemäss Beispiel 2 hergestellt wurden, haben folgende Zusammensetzung: 22 "/a Ti, 5 "/o Cr, 710/9 Nb, 2 ";
o Co Nach 16stündiger Einwirkung von Luft bei 1000 nach denn im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren beträgt die Gewichtszunahme dieser Legierung, be zogen auf das Gewicht des gegossenen Rohblocks, 1,4 9/a.
25 9/9 Ti, 2,5 % Cr, 68 9/o N'b, 29/o Ni, 2,5 "/o Al Die Gewichtszunahme dieser Legierung nach 16stündiger Einwirkung von Luft bei 1000 nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren beträgt 1,5 9/o, bezogen auf das Gewicht des gegossenen Roh blocks vor Einwirkung der Luft.
19 % Ti, 3 % Cr, 72 % Nb, 2 %, Ni, 4 % Mn Wenn diese Legierung in der im Beispiel 2 be schriebenen Weise 16 Stunden bei 1000 der Ein- wirkung von Luft ausgesetzt wird,
beträgt die Ge wichtszunahme gegenüber dem Gewicht des gegos senen Rohblocks vor Einwirkung der Luft 1,5511/o. Weitere Beispiele sind: 12 0/a Ti, 2,5 % Cr, 83,5 % Nb, 2 % Ni. 25 % Ti, 3 % Cr, 70'9/o Nb,
2 % Al.
22 % Ti, 4 % Cr, 70 4/o Nb, 2 % Ni, 2 % Al.
5 Q/o Ti, 2 Q/o Cr, 90 % Nb, 0,5 0/0 Al, 2,5 % Zr. 13,8 /o Ti, 25 % Cr, 55 % Nb, 0,
2% C, 1% Mo, 2 % W, 1,5 % V, 1,5 % Zr.
Für die Herstellung der erfindungsgemässen Le- gierungen werden vorzugsweise Metalle hoher Rein heit verwendet. Anderseits ist eine gewisse Unreinheit der Komponenten zulässig, ohne dass die Produkt qualität im allgemeinen merklich leidet.
Die erfindungsgemässen Legierungen können als Werkstoff für beliebige Bauelemente verwendet wer den, für welche ein festes, korrosionsbeständiges Metall erforderlich ist. Besondere Bedeutung haben diese Legierungen auf Grund ihrer aussergewöhnlichen Eigenschaften für Anlagen, die bei hohen Tempera- turen eingesetzt werden, wie Teile von Düsenmotoren, Atomreaktoren und Gasturbinen. .
Niobium-Titanium-Chromium Alloy The invention relates to a niobium-titanium-chromium alloy. In particular, this alloy has an exceptionally high temperature and corrosion resistance and is sufficiently ductile to allow machining. This alloy is suitable as a material for all kinds of facilities that are exposed to high temperatures, such as gas turbines, high temperature, temperature reaction vessels, systems for refining oil and dies for metalworking at high temperatures.
The niobium-titanium-chromium alloy: according to the invention is characterized in that it is 5-300 / 9 Ti, 1-30% Cr, at least 50% Nb, and a total of 0.2-7% at least one of the elements Al, C,
Co, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ta, W, V or Zr, the elements C, Co, Ni and Si making up a total of at most 2% of the alloy. The total content of the alloy in the elements Al, C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ta, W,
V and Zr 2 to 5%. Those alloys containing 10 to 2519 / o Ti and 15 to 3011 / o Cr,
for example 15-25% Ti and 20-28% Cr. A preferred alloy has a content of at least 50% Nb, 24% Ti,
23% Cr, 1.0%, Ta, 0.5 0/0. W and 0.5% Mo;
another preferred one has a content of at least 50% Nb, 13.8% Ti, 25 0/0 Cr, 0.2% C, 10/0 Mo,
2% W, 1.5 0/0 V and 1.5% Zr.
The individual metals can be melted together using the usual methods. When cooling down, the alloy solidifies with the formation of a non-brittle :. or you: ktilen Gusses. An electric arc furnace with a water-cooled copper crucible can be used for this purpose, in which the charge is melted and allowed to solidify.
The individual metals placed in the furnace can be of any shape, e.g. B. be in the form of powder, shot, wire, sponge, etc. It is also possible, if necessary in combination, to use electric arc furnaces with consumable and non-consumable electrodes or furnaces with continuous loading.
Furthermore, the melting by inductive heating in a ge suitable deep gel, z. B. be made according to the so-called skull technique. During the melting process, the metals should be protected from exposure to the atmosphere in order to avoid contamination with oxygen or nitrogen.
For this purpose, it is expedient to narrow under inert conditions, for example under an inert gas such as argon, under a protective slag or by both methods.
The alloys according to the invention prove to be far more resistant to oxidation at temperatures from 100 to 500 and retain their mechanical strength to a much greater extent than the known high-temperature alloys. Well-known high-temperature alloys lose their strength or melt at 1300,
while the alloys according to the invention can withstand pressures of over 100 kg / mm2 at this temperature.
<I> Example 1 </I> A homogeneous melt with a weight of 0.454 kg, which contains 24% titanium, 23% chromium, 10/0 tantalum, 0.5% tungsten, 0.5% molybdenum,
and contains niobium as the remainder, is produced by melting the appropriate amounts of metal together and then alternately solidifying and remelting the alloy six times. The melting takes place in an electric arc furnace with a water-cooled copper crucible,
as described by Kroll in Transactions of the Electrochemical Society, Volume 78, 1940, pages 35 to 47. 200 g of the melt are poured into a cylin drical water-cooled copper mold of 19.1 mm inside diameter and 50.8 mm depth.
These measures are carried out under helium to prevent contamination of the metals. The casting obtained from the mold is hot forged and processed into a nozzle for spraying the molten salts, such as MgC12, in chemical processes. This alloy has exceptional properties in the same order of magnitude as are given in Table 1.
<I> Example 2 </I> An alloy with the composition 15 9 / o Ti, 23 9 / o Cr, 59 "/ o Nb, 1 0 / a W and 2 0 / a Ta is produced,
by melting the individual metal components together in the furnace according to Example 1 under helium. The alloy is kept under helium and alternately remelted and solidified 6 times, whereby a homogeneous ingot is obtained.
Table 1 gives the oxidation resistance of the alloy obtained in this example. This resistance to oxidation was determined in the following way:
Weighed samples of the alloy are placed (in, a porcelain crucible provided with a slit to allow adequate air access to the ingot) in a Globar type furnace (registered trademark) and subjected to a stream of air at 1000 for at least 16 hours exposed to 57 rpm. The samples are then cooled and weighed;
the degree of oxidation corresponds to the percentage increase in weight of the sample.
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<I> Table <SEP> I </I>
<tb> alloy <SEP> according to
<tb> example <SEP> 2
<tb> Weight gain, <SEP>% l '<SEP> 1.5
<tb> Rockwell hardness <SEP> 48
<tb> tensile strength, <SEP> kg / mm
<tb> at <SEP> room temperature <SEP>> <SEP> 141
<tb> <B> at <SEP> 1150 </B> <SEP>> <SEP> <B> 70 </B>
<tb> '\ <SEP> With <SEP> non-alloy <SEP> niobium <SEP>, <SEP> is the <SEP> weight increase
<tb> 20.0 <SEP> ia.
The tensile strength values given above are typical of the alloys according to the invention. In order to show the unusual height of these values, the tensile strength of good, commercially available alloys is given in Table 11 below.
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<I> Table <SEP> II </I>
<tb> tensile strength
<tb> kg / mm =
<tb> <I> Alloy <SEP> A </I>
<tb> (80 <SEP> "/ o <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP>% <SEP> Cr)
<tb> at <SEP> room temperature <SEP> 115
<tb> at <SEP> 870 <SEP> 30
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<I> Table <SEP> 11 </I> <SEP> (continued)
<tb> tensile strength
<tb> kg / mm2
<tb> <I> Alloy <SEP> B </I>
<tb> (38 <SEP> "/ o <SEP> Co, <SEP> 28 <SEP>" / 0 <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> "/ o <SEP> Cr,
<tb> 7 <SEP>% <SEP> W, <SEP> 4 <SEP> 9 / o <SEP> Ti, <SEP> 2 <SEP> 9 / a <SEP> Fe,
<tb> 0.2 <SEP> "/ o, <SEP> C)
<tb> at <SEP> 982 <SEP> 14
<tb> <I> Alloy <SEP> C </I>
<tb> (42 '% <SEP> Co, <SEP> 20.5 <SEP>% <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> "/ o <SEP> Cr,
<tb> 4,2 <SEP> 9 / o <SEP> W, <SEP> 4 <SEP> 0 / a <SEP> Nb, <SEP> 4 <SEP> "/ o <SEP> Mo,
<tb> 3 <SEP> 0/0 <SEP> Fe, <SEP> 1.39 / o <SEP> Mn, <SEP> 0.6 "/ a <SEP> Si,
<tb> 0,
4 <SEP>% <SEP> C)
<tb> at <SEP> room temperature <SEP> 105
<tb> with <SEP> 871 <SEP> 35 <I> Example 3 </I> According to Example 2, an alloy with the composition 22% Ti, 24% Cr, 51% Nb, 1 0 / a Co , 0.3 9 / o Si, 1,
7% Ta produced.
The weight increase of this alloy in the oxidation test according to Example 2 is 0.9% compared to 20% for non-alloyed niobium. The Rockwell hardness is 49. The alloy has a tensile strength of more than 141 kg / mm2 at room temperature and more than 70 kg / mm2 at 1150.
<I> Example 4 </I> According to example 2, an alloy with the composition 20.19 / o Ti, 279 / o Cr, 51 "/ o Nb, 1 Mo, 0.5" / o Al, 0.2 9 / o Ni, 0.2 90 Fe.
The increase in weight of this alloy in the oxidation test according to Example 2 is 0.6 "/ a. The Rockwell hardness is 54. The tensile strength of this alloy is more than 141 kg / mm2 at room temperature and more than 70 kg / mm2 at 1150 > Example 5 </I> Further alloys according to the invention,
which were produced according to the method according to Example 2 have the following composition: 22 "/ a Ti, 5" / o Cr, 710/9 Nb, 2 ";
o Co After 16 hours of exposure to air at 1000 after the method described in Example 2, the weight increase of this alloy, based on the weight of the cast ingot, is 1.4 9 / a.
25 9/9 Ti, 2.5% Cr, 68 9 / o N'b, 29 / o Ni, 2.5 "/ o Al The increase in weight of this alloy after exposure to air at 1000 for 16 hours using the method described in Example 2 is 1.5 9 / o, based on the weight of the cast raw block before exposure to air.
19% Ti, 3% Cr, 72% Nb, 2%, Ni, 4% Mn If this alloy is exposed to the action of air for 16 hours at 1000 in the manner described in Example 2,
the weight increase compared to the weight of the cast ingot before exposure to air is 1.5511 / o. Further examples are: 12 0 / a Ti, 2.5% Cr, 83.5% Nb, 2% Ni. 25% Ti, 3% Cr, 70'9 / o Nb,
2% Al.
22% Ti, 4% Cr, 70 4 / o Nb, 2% Ni, 2% Al.
5 Q / o Ti, 2 Q / o Cr, 90% Nb, 0.5% Al, 2.5% Zr. 13.8 / o Ti, 25% Cr, 55% Nb, 0,
2% C, 1% Mo, 2% W, 1.5% V, 1.5% Zr.
Metals of high purity are preferably used for the production of the alloys according to the invention. On the other hand, a certain impurity of the components is permissible without the product quality generally suffering noticeably.
The alloys according to the invention can be used as a material for any components for which a solid, corrosion-resistant metal is required. Because of their exceptional properties, these alloys are of particular importance for systems that are used at high temperatures, such as parts of jet engines, nuclear reactors and gas turbines. .