CH375903A - Nioblegierung - Google Patents

Description

      Nioblegierung       Die     Erfindung    bezieht sich auf eine     Nioblegie-          ru:ng.    Diese Legierung besitzt eine     aussergewöhnliche     Temperatur- und     Korrosionsbeständigkeit    und     ist     genügend     duktil,    um eine Bearbeitung zu erlauben.

    Diese     Legierung    eignet sich als Werkstoff zu Ein  richtungen aller Art, die hohen Temperaturen     aus-          gesetzt    werden, wie Gasturbinen,     Hochtemperatur-          reaktionsgefässe,        Anlagen    für die     Raffination    von Öl  und     Ge.senke    für die Metallbearbeitung bei hohen  Temperaturen.  



  Die     erfindungsgemässe        Nioblegierung    ist dadurch  gekennzeichnet, dass sie     mindestens        5010/a        1W,    1 bis       301%        Ti        und        mindestens        eines        der        Elemente        Al,        Be,     C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni,     Si,        Ta,    W, V     oder        Zr     enthält,

   wobei diese Elemente     insgesamt    1 bis     2010/a     der Legierung ausmachen und wobei die     Legierung          höchstens        je        10%        Al,        Fe,        Mn        oder        V        und        höchstens          je    5     %        Be,        Co,

          Ni        oder        W        enthält.     



       Vorzugsweise        enthält        die        Legierung    5     bis        251%          Ti,        bis        zu    5     0110        Al,        bis        zu        510/a        Ni,

          bis        zu    5     %        Fe          und        bis        zu    7     %        Mo,        wobei        der        Gesamtgehalt        an        Al,          Ni,        Fe        und.        Mo    4     bis        20        %        beträgt.     



  Wenn die     Legierung        Si        und/oder    C enthält, sollte       keines        dieser        Elemente        mehr        als        je        21%        :der        Legie-          rung    ausmachen.  



  Die Metallkomponenten können nach     den    üb  lichen Methoden     zusammengeschmolzen    werden.  Beim Abkühlen erstarrt die     Legierung    unter     Bildung     eines nichtspröden bzw.     duktilen    Gusses. Hierfür  kann z. B. ein     Lichtbogenofen    mit wassergekühltem  Kupfertiegel verwendet werden,     in    welchem die Be  schickung geschmolzen wird und     erstarrt.    Die     einzel-          nen,    in den Ofen     eingegebenen    Metalle     können    jede  beliebige Form haben, z.

   B. als Pulver, Schrot, Draht,  Schwamm     u.sw.        vorliegen.    Man     kann    auch,     gege-          benenfalls    in     Kombination,

          Lichtbogenöfen    mit     sich       verbrauchenden und     nichtverbrauchenden        Elektroden     oder Öfen     mit    stetiger Beschickung     verwenden.    Fer  ner kann die     Schmelzung        durch        induktive        Beheizung     in einem     geeigneten        Tiefges,    z.

   B. nach der     sogenann-          ten         Skull-Technik         erfolgen.        Während    des Schmel  zens sollten die Metalle vor dem     Zutritt        der        Atmo-          sphäre    geschützt werden, um eine     Verunreinngung     mit Sauerstoff oder     Stickstoff    zu     vermeiden.    Zu  diesem Zweck schmelzt man     zweckmässig    unter       inerten    Bedingungen,     beispielsweise    unter einem       Inertgas,

      wie Argon,     unter    einer     Schutzschlacke    oder  nach beiden Methoden.  



  Die     erfindungsgemässen        Legierungen        sind    bei       Temperaturen    von 100 bis 500  weitaus     oxydations-          beständiger    und behalten ihre     mechanische    Festig  keit in wesentlich stärkerem Masse bei,     als    die     be-          kannten        Hochtemperaturlegierungen.    So verlieren  bekannte     Hochtemperaturlegierungen    bei 1300      ihre     Festigkeit oder     schmelzen,

          während    die     erfindungsr     gemässen     Legierungen    bei     dieser        Temperatur        Drucke     von     mehr    als 100     kg/mmz        aushalten    können.

   Die  erfindungsgemässen     Legierungen        können    bei Erhitzen  auf     verhältnismässig    hohe     Temperaturen    und Ab  kühlung auf     ihrer        Oberfläche    einen     festhaftenden          Metalloxydfilm    bilden.  



  <I>Beispiel 1</I>       Eine        homogene        Schmelze,        die        23        %        Ti,        41%        Ni,     3     %        Al        und        701%        Nb        enthält,        wird        hergestellt,

          indem     man die     entsprechenden        Metallmengen        zusammen-          schmelzt    und die Legierung dann     abwechselnd    sechs  mal erstarren     lässt    und     umschmelzt.    Die     Schmelzung     wird     in    einem     Lichtbogenschmelzofen        mit    wasser  gekühltem Kupfertiegel durchgeführt, wie :

  er von       Kroll    in      Transactions    of     the        Electrochemical          Society ,    Band<B>78,</B> 1940, Seite 35 bis 47, beschrie  ben ist.     Ein    Teil der     Schmelze    wird     in    eine wasser-           gekühlte        zylindrische    Kupferform von 19,1 mm       Innendurchmesser    und 50,8 mm Tiefe .gegossen.  Während dieser Arbeitsgänge arbeitet man unter  Helium, um     eine        Verunreinigung        der    Metalle zu ver  hindern.

   Der aus der Form     erhaltene    Guss     wird        ge-          schmiedet    und zu einer Düse zum     Versprühen    von       Salzschmelzen,    wie     MgCl2,    bei chemischen     Verfahren     verarbeitet.  



  Die in diesem     Beispiel    erhaltene     Legierung    wird  auf     ihre        Oxydationsbeständigkeit    bei hoher     Temper          ratur    in folgender Weise     geprüft:

            Eine    abgewogene Probe der     Legierung        wird    (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         (geschützte    Marke)

       eingebracht     und     mindestens    16 Stunden     bei    1000      einem    Luft  strom von 57     1/Minute    ausgesetzt. Die     Proben    wer  den dann abgekühlt und gewogen; der     Oxydations-          grad    entspricht der prozentualen     Gewichtszunahme     der Probe.

      Die     Gewichtszunahme    der Legierung unter     die-          sen        Bedingungen        beträgt        1,5        %,        die        Gewichtszunahme     von nichtlegiertem     Niob    unter den gleichen     Bedin-          gungen        20        %.     



  <I>Beispiel 2</I>       Eine        Legierung,        die        20        0/a        Ti,        75        %        Nb,    3     %        Al          und    2     %        Co        enthält,        wird        folgendermassen        hergestellt:

       Die     Metallkomponenten    werden     in    dem Ofengemäss  Beispiel 1 unter Helium     zusammengeschmolzen.     Unter     Aufrechterhaltung    der Heliumatmosphäre wird       dann    die Legierung sechsmal     umgeschmolzen    und       erstarren    gelassen,

   wobei     man    einen homogenen       Rohblock        erhält.    Die     Gewichtszunahme    bei der in       Beispiel    1     beschriebenen        Prüfung        beträgt        2,5%.       <I>Beispiele 3 bis 14</I>  Nach dem Verfahren von Beispiel 2 werden  weitere Legierungen hergestellt.     Zusammensetzung     und     Gewichtszunahme    bei der in Beispiel 1 beschrie  benen Prüfung sind in der nachfolgenden     Tabelle     angegeben.

    
EMI0002.0094     
  
    Beispiel <SEP> Zusammensetzung <SEP> der <SEP> Legierung <SEP> Gewichtszunahme
<tb>  <U>0</U>
<tb>  3 <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> <B>10"/o</B> <SEP> Al, <SEP> <B>700/9</B> <SEP> Nb <SEP> 1,7
<tb>  4 <SEP> 80'% <SEP> Nb, <SEP> 17 <SEP> 0/a <SEP> Ti, <SEP> 1 <SEP> 0/a <SEP> W, <SEP> 0,5 <SEP> 0/a <SEP> <I>Be,</I> <SEP> 1,5 <SEP> 0/a <SEP> Ta <SEP> 2,0
<tb>  5 <SEP> 55 <SEP> % <SEP> Nb, <SEP> 29 <SEP> % <SEP> Ti; <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Mn, <SEP> 100/a <SEP> Mo, <SEP> 1% <SEP> Al <SEP> 1,3
<tb>  6 <SEP> 78 <SEP> 0/a <SEP> Nb, <SEP> <B>13,5</B> <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> 3 <SEP> % <SEP> Al, <SEP> 2,5 <SEP> 0/a <SEP> Fe, <SEP> 3 <SEP> 0/a <SEP> Mo <SEP> 2,2
<tb>  7 <SEP> 70% <SEP> Nb;

   <SEP> 16 <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> 4 <SEP> % <SEP> Al, <SEP> 20/a <SEP> Fe, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Mo, <SEP> 3 <SEP> % <SEP> Be <SEP> 1,8
<tb>  8 <SEP> 80 <SEP> % <SEP> Nb, <SEP> <B>15,910</B> <SEP> Ti, <SEP> 1% <SEP> Si, <SEP> 4 <SEP> 0/a <SEP> Al <SEP> 2,0
<tb>  9 <SEP> 65 <SEP> '0/a <SEP> Nb, <SEP> 15 <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> 15 <SEP> 0/a <SEP> Mo, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Al <SEP> 2,2
<tb>  10 <SEP> 90'9/o <SEP> Nb, <SEP> 7 <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> 3 <SEP> 0/a <SEP> A1 <SEP> 2,5
<tb>  11 <SEP> 75 <SEP> % <SEP> Nb, <SEP> 5 <SEP> "/o <SEP> Ti, <SEP> 15% <SEP> Zr, <SEP> 3%, <SEP> Al, <SEP> 1% <SEP> V, <SEP> 1% <SEP> Ta <SEP> 2,3
<tb>  12 <SEP> 80 <SEP> 0/a <SEP> Nb, <SEP> 5 <SEP> 0/a <SEP> Ti, <SEP> 2,5 <SEP> % <SEP> Fe, <SEP> 2,5 <SEP> 0/a, <SEP> Mo, <SEP> 10 <SEP> 0/a <SEP> Al <SEP> 2,1
<tb>  13 <SEP> 70 <SEP> % <SEP> Nb, <SEP> 10 <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> 8 <SEP> % <SEP> V,

   <SEP> 6 <SEP> % <SEP> Mo, <SEP> 6 <SEP> % <SEP> A1 <SEP> 1,5
<tb>  14 <SEP> 70 <SEP> % <SEP> Nb, <SEP> 15 <SEP> % <SEP> Ti, <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> Fe, <SEP> 4,5 <SEP> % <SEP> Al, <SEP> 7 <SEP> 0/a <SEP> Mo <SEP> 1,9            Für    die     Herstellung    der     erfindungsgemässen        Legie-          rungen    werden vorzugsweise Metalle hoher     Reinheit          verwendet.    Anderseits ist     eine    :gewisse     Unreinheit    der  Komponenten     zulässig,    ohne     dass    die Produktquali  tät im allgemeinen     merklich    leidet.

    



  Die     erfindungsgemässen        Legierungen    haben den       Vorteil,    eine hohe mechanische Festigkeit     .bei    hohen  Temperaturen zu     besitzen,    leicht     verarbeitbar    und       korrosionsbeständig    zu     sein.    Ausser     diesen        vorteil-          haften    Eigenschaften sind     die        Legierungen    den       Grundmetallen        insofern    überlegen,     :

  als    sie gegen     oxy-          dative        Einwirkung    bei hohen     Tempelnaturen    beständig       sind.    Diese Eigenschaft fehlt besonders dem metalli  schen     Niob    als solchem. Die     erfindungsgemässen     Legierungen eignen sich für die     verschiedensten        Ver-          wendungszwecke,    beispielsweise für die     Herstellung     von     Anlegeteilen,    die bei     Temperaturen        oberhalb     800      eingesetzt    werden.

    



  Die     Verwendbarkeit    der erfindungsgemässen Le  gierungen     für    Hochtemperatur .anlagen, wie Teile von         Gasturbinen,    ist wegen ihrer     aussergewöhnlichen     Eigenschaften     obenstehend    besonders     betont.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Nioblegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens 50 % Nb, 1 bis 30 % Ti und mindestens eines der Elemente Al, Be, C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ta, W, V oder Zr enthält,

   wobei diese Elemente insgesamt 1 bis 200/a der Legierung ausmachen und wobei die Legierung höchstens je 10 % Al, Fe, Mn oder V und höchstens je 5 % Be,

   Co, Ni oder W enthält. UNTERANSPRUCH Legierung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch einen Gehabt von 5 bis 25 % Ti, bis zu 5 0/a Al,

   bis zu 5 0/a Ni, bis zu 5 % Fe und bis zu 7 0/a Mo, wobei der Gesamtgehalt an Al, Ni, Fe und Mo 4 bis 20% beträgt.