Bei tiefen Temperaturen duktile Chromlegierungen hoher Festigkeit und hoher Warmfestigkeit Die Erfindung betrifft bei tiefen Temperaturen duk tile, gut vergiessbare Chromlegierungen (Cr-Legierungen) hoher Festigkeit und hoher Warmfestigkeit gemäss Pa tentanspruch des Hauptpatentes 503 117.
Das Hauptpatent hat Chromlegierungen zum Inhalt, die bis zu insgesamt 45% Kobalt und/oder Eisen und/ oder Nickel, 0,01 - 0,5% Stickstoff und ferner als Nitrid bildner in zum Stickstoff stöchiometrischen Mengen Ti tan, Zirkon und/oder Hafnium aufweisen. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass sich alle Prozentangaben auf die Mengen der einzelnen Elemente in Gew.-% be ziehen. Die Kobaltzusätze ergeben dabei bei raschem Abschrecken aus der Schmelze vor allem kaltverform bare, also schmiedbare, Werkstücke, während sich das Zulegieren von Eisen vor allem für Formgussstücke emp fiehlt.
Durch Zusätze von Yttrium und seltenen Erdme- tallen lassen sich dabei die genannten Eigenschaften der Legierungen, insbesondere die Duktilität, weiter verbes sern, wie ebenfalls im Hauptpatent beschrieben ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, durch Zugabe weiterer Elemente gewisse Eigen schaften der Legierungen nach dem Hauptpatent gezielt weiter zu vervollkommen, ohne dass die mit diesen Le gierungen erreichten, günstigen Eigenschaften wesent lich beeinträchtigt werden. Vor allem soll durch die zusätzlichen Elemente die Kriech- oder Warmfestigkeit und in zweiter Linie die Vergiessbarkeit verbessert wer den. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Ge halt mindestens eines der Elemente Rhenium (Re), Tan tal (Ta) oder Niob (Nb) in Konzentrationen von 0,5 bis 15%. Als vorteilhaft haben sich dabei für diese Zusatz elemente folgende Konzentrationen erwiesen: Rhenium bis zu 3%, Tantal bis zu 7%, insbesondere 0,5 - 2,5%, Niob bis zu 15%, insbesondere 2 - 8%.
Die Vergiessbarkeit der Legierungen kann zusätzlich verbessert werden durch Aluminium als weiteres Legie rungselement, das vorteilhaft in Mengen bis zu 4%, ins- besondere 1 - 3%, vorhanden ist.
Die mit diesen Zusätzen erzielten Verbesserungen seien im folgenden im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. <I>Beispiel 1</I> Für eine Versuchsschmelze von 10 kg einer Chrom basis-Legierung mit 30% Fe, 1,8% HfN, 0,1% Y oder 0,2% Ce, 0,8% Re, Rest Chro (Cr) werden:
EMI0001.0010
6,75 <SEP> kg <SEP> Elektrolyt-chrom, <SEP> praktisch <SEP> stickstofffrei
<tb> 0,25 <SEP> kg <SEP> Chrom <SEP> mit <SEP> N-Gehalt <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 5%
<tb> 2,9 <SEP> kg <SEP> Fe
<tb> 0,18 <SEP> kg <SEP> Hf
<tb> 0,01 <SEP> kg <SEP> Y <SEP> oder
<tb> 0,02 <SEP> kg <SEP> Cer
<tb> 0,08 <SEP> kg <SEP> Re in metallurgisch richtiger Reihenfolge in einem Vakuum Induktionsofen erschmolzen, der mit durch Kalzium oxid (CaO) stabilisiertem Zirkonoxid (ZrO) ausgekleidet ist.
Diese Schmelze wird unter einer Schutzgasatmosphä re aus Argon oder Helium in SiO2-freien Formen, die auf etwa 1300 C vorgewärmt sind, bei einer Temperatur von etwa 1650 C zu Turbinenschaufeln und/oder Pro- begussstücken in Stab- oder Plättchenform vergossen. Die Gussstücke werden im Gusszustand, d.h. ohne ther mische und/oder mechanische Nachbehandlungen, un tersucht.
Durch das Zulegieren des Rheniums, wird besonders die Warmfestigkeit der im Hauptpatent bereits beschrie benen Grundlegierungen verbessert. Die Untersuchungen zeigen, dass sich für die Kriech- oder Warmfestigkeit Werte von 4 kp/mm2 (kilopond/mm2 Querschnitt) erge ben. Diese Werte werden in bekannter Weise durch Belastungsversuche bei 1050 C während 100 Stunden ermittelt und zeigen, dass bei einer Belastung von 4 kp/ mm' Bruch eintritt.
Durch den Rheniumzusatz sinkt die Oxydationsbe ständigkeit leicht ab; nachteilig ist weiterhin, dass gleich zeitig die Übergangstemperatur für den Übergang dukti'l- spröde gegenüber dem niedrigsten mit der Grundlegie rung - 30% Fe, 1,8% HfN, 0,1% Y oder 0,2% Ce erzielten Wert von etwa 220 C auf etwa 240 C leicht erhöht wird. Die Bestimmung der Übergangstemperatur erfolgt an Probestücken mit den Abmessungen 27,5 X 6,5 X 1 cm3 mittels der Schlagprobe.
<I>Beispiel 2</I> Als weiteres Zusatzelement wird der Legierung nach Beispiel 1 Tantal zugegeben und zwar in Mengen von etwa 2% (= 0,2 kg Ta). Der Tantalzusatz bewirkt eine nochmalige Erhöhung der Warmfestigkeit auf 6 kp/ mm2; darüber hinaus ergibt dieser Zusatz eine besonders gute Haftfestigkeit der Oxydschicht an der Oberfläche.
Diesen Vorteilen steht als Nachteil eine nochmalige leichte Erhöhung der Übergangstemperatur gegenüber derjenigen der erwähnten Grundlegierung entgegen. Mit dem Tantalzusatz steigt die Übergangstemperatur auf den im Beispiel 1 des Hauptpatentes für die Grundlegie rung ohne Yttrium- oder Cerzusatz angegebenen Wert von 270 C an.
<I>Beispiel 3</I> Bekanntlich sind Rheniumzusätze aus wirtschaft lichen Gründen in der Praxis kaum verwendbar. Des halb wird im Beispiel 3 eine Legierung erschmolzen, vergossen und untersucht, die aus 30% Fe, 1,8% HfN, 0,1% Y, 601o Nb und Rest Cr besteht.
Diese Legierung ist in ihren Eigenschaften etwa der jenigen mit Rhenium-Zusatz des Beispiels 2 gleichzeitig, wenn man von einer dieser Legierung gegenüber erhöh ten Übergangstemperatur von 270 C, also einer gering fügig erhöhten Sprödigkeit, und einer verminderten Oxy dationsbeständigkeit von A G = 6 mg/cm2 (Milligramm/ cm2 Oberfläche) absieht. Die Oxydationsbeständigkeit wird durch die Gewichtszunahme A G von Probeplätt chen mit 15 mm Durchmesser in ruhender Luft auf 1100 C während 100 Stunden bestimmt.
<I>Beispiel 4</I> Dem Einsatz gemäss Beispiel 3 werden 2% (= 0,2 kg) Aluminium hinzugefügt, mit dem Ziel, vor allem die Vergiessbarkeit der Legierungen zu verbessern.
Bei, ausser der zusätzlichen Aluminiumzugabe, glei chem Vorgehen wie bei den bisherigen Beispielen zei gen die Untersuchungen eine verbesserte Vergiessbarkeit infolge- des Aluminiumzusatzes. Darüber hinaus ergibt sich durch diesen Zusatz eine erhöhte Oxydationsbe- ständigkeit; die Messwerte zeigen hier A G = 1 mg/ cm'. Weiterhin verbessert das Aluminium die Haft festigkeit der Oxydschicht an der Oberfläche.
Die vorstehend geschilderten Beispiele und die Be einflussung der Legierungseigenschaften durch die ein zelnen Zusatzelemente für sich oder in ihrem Zusam menwirken lassen erkennen, dass durch bestimmte Ele mente gewisse Eigenschaften der Grundlegierung gemäss Hauptpatent, unter Umständen unter Abschwächung der erreichten Maximalwerte für andere Eigenschaften, speziell verbessert werden können. Die Erfindung ist daher selbstverständlich nicht auf die angegebenen Zah lenbeispiele beschränkt.