CH625835A5

CH625835A5 -

Info

Publication number: CH625835A5
Application number: CH898676A
Authority: CH
Inventors: Willi Kleemann; Cyril G Beck
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1975-07-14
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1981-10-15
Also published as: GB1552187A; SE430077B; NL7606050A; SE7607868L; DE2630833A1; BE843575A; NL184791C; IT1067634B; JPS5953340B2; DE2630833C2; FR2318236A1; US4082548A; FR2318236B1; JPS5211122A; CA1059796A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hochkriechfeste Legierung auf Kobaltbasis, die sich besonders für die Verwendung in Geräten und Geräteteilen eignet, die bei hohen Temperaturen arbeiten, die typischerweise zwischen 815 und 1038 °C liegen. Als Beispiel seien Teile von Gasturbinen genannt, wie beispielsweise die stationären Schaufeln und Flügel mit grossem Querschnitt, die eine Dicke von gewöhnlich maximal etwa 25 mm haben. Derartige Schaufeln und Flügel werden durch Feinguss hergestellt, wobei die Legierung in einem Tiegel geschmolzen und in eine Gussform gegossen wird. Das gegossene Gebilde wird mit einer gegen Oxidation und Sulfidierung beständigen Schicht überzogen. Typische Beispiele von Legierungen nach dem Stande der Technik sind in der US-PS 3 432 294 offenbart. Bei der Anwendung derartiger Legierungen treten insofern Schwierigkeiten auf, als das Oberflächenkarbid oxidiert wird. Die Oberfläche der gegossenen Gegenstände hat dann oxidierte Bereiche, und die gegen Oxidation und Sulfidierung beständige Schicht kann nicht wirksam auf diese Bereiche aufgebracht werden. Weiterhin bewirkt die Affinität des Oberflächenkarbids zu Sauerstoff, dass die Legierung den Tiegel, in dem sie geschmolzen wird, sowie auch die Giessform unter chemischer Reaktion stark angreift. Das Ergebnis ist, dass in den Kosten für die Giesslinge auch die Erneuerungskosten für Tiegel und Giessform enthalten sein müssen, wodurch sich erhebliche Kostensteigerungen ergeben.

Die bei hohen Temperaturen arbeitenden Teile, die aus den Legierungen gemäss der vorgenannten US-PS bestehen, brauchen eine hohe Kriechbruchfestigkeit. Um diese hohe Kriechbruchfestigkeit zu erreichen, enthalten diese Legierungen unter den Elementen, aus denen sie zusammengesetzt sind, Zirkonium und Titan. Üblicherweise enthalten sie Zirkonium in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-% und Titan in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-%. Es sind Versuche unternommen worden, die Oberflächenkarbidoxidation dadurch zu vermindern, dass der Zirkoniumgehalt dieser Legierungen vermindert wird, doch konnten dadurch die Oxidation und die damit verbundenen Schwierigkeiten nicht vollständig beseitigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Schwierigkeiten des Standes der Technik zu überwinden und eine Kobaltlegierung für die Verwendung in Gussteilen von Geräten, die bei hohen Temperaturen arbeiten, zur Verfügung zu stellen, wobei die Legierung eine hohe Kriechfestigkeit bei den hohen Temperaturen haben soll und während des Einschmelzens und Giessens der Legierungen keine nachteilige Oberflächenkarbidoxidation auftreten soll.

Die erfindungsgemässe hochkriechfeste Legierung auf Kobaltbasis enthält als wesentliche Bestandteile neben Kobalt die folgenden Elemente:

Kohlenstoff

0,55

bis

0,65

Gew.-

■%

Chrom

22,5

bis

24,25

Gew.-

■%

Nickel

9,0

bis

11,0

Gew.-

■%

Titan

0,15

bis

0,50

Gew.-

■%

Wolfram

6,5

bis

7,5

Gew.-

■%

Tantal

3,0

bis

4,0

Gew.-

%

sowie vorzugsweise

Eisen maximal 1,5 Gew.-%

Bor maximal 0,010 Gew.-%

Silizium maximal 0,40 Gew.-%

Mangan maximal 0,10 Gew.-%

Vorzugsweise enthält die Legierung so wenig Zirkonium wie praktisch durchführbar, insbesondere bis zu 0,05 Gew.-%.

Die Oberflächenkarbidoxidation kann beseitigt oder in dem Ausmass, dass sie nicht mehr nachteilig ist, vermindert werden, indem der Zirkoniumgehalt der Legierung so weit wie praktisch möglich herabgesetzt wird. Die erfindungsgemässen Legierungen enthalten die oben angegebenen Mengen Wolfram und Tantal. Es wurde gefunden, dass Zirkonium als Verunreinigung sowohl mit Wolfram als auch mit dem Tantal eingebracht werden kann. Daher werden das Wolfram und das Tantal, das in der Legierung verwendet werden soll, vorzugsweise so hergestellt, dass der Zirkoniumgehalt minimiert wird. Es wurde gefunden, dass die nachteilige Oberflächenkarbidoxidation, die durch Reaktion mit der Giessform verursacht wird, beim Giessen der erfindungsgemässen Legierung nicht auftritt. Die aus dieser Legierung gegossenen Teile können erfolgreich und vollständig mit gegen Oxidation und Sulfidierung beständigen Schichten überzogen werden und zeigen kein vorzeitiges Versagen während des Betriebs aufgrund des Vorhandenseins von unterhalb der Oberfläche liegenden Oxidations-produkten. Das innere Gefüge der durch Feinguss hergestellten Giesslinge wird ebenfalls verbessert. Die Tiegel, die zum Schmelzen der Legierung verwendet werden, werden nicht durch Oxidationsreaktionen beschädigt. Die Oxidation erzeugt im Falle der Legierungen nach dem Stande der Technik in dem Tiegel Schlacke, wodurch ein häufiger Ersatz und damit Abschaltzeit auftritt. Die erfindungsgemässe Legierung führt somit zu wesentlichen Einsparungen.

Versuche zur Ermittlung der Kriechfestigkeit und der Duk-tilität der erfindungsgemässen Legierung zeigen, dass diese Legierung bei niedrigeren Temperaturen, die etwa von 815 bis 871 °C reichen, eine ebenso hohe Kriechfestigkeit hat wie die Legierung nach der oben erwähnten US-PS, aber bei höheren Temperaturen, ungefähr 1093 °C, eine geringfügige verminderte Kriechfestigkeit hat.

Es wurde gefunden, dass die Kriechfestigkeit verbessert werden kann, indem der Legierung eine kleine, aber wirksame Menge Aluminium, gewöhnlich zwischen 0,15 und 0,25 Gew.-%, zugesetzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

625 835

Es zeigt:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Wirkung von Zirkonium auf die Tiefe der Oberflächenkarbidoxidation (I.C.O. = «intercarbide oxidation» ),

Fig. 1A eine grafische Darstellung der Kriechfestigkeit 5 (Kriechbruchfestigkeit) der erfindungsgemässen Legierung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung, in der die Kriechfestigkeit der erfindungsgemässen Legierung mit der Kriechfestigkeit einer handelsüblichen Probe einer Legierung nach der US-PS 3 432 294 verglichen wird, 10

Fig. 3 eine Seitenansicht, die die Abmessungen der Kriechbruchproben, die zur Ermittlung der Kriechfestigkeit der erfindungsgemässen Legierung verwendet wurden, zeigt,

Fig. 4 eine Seitenansicht, die die Art und Weise zeigt, in der ein aus der erfindungsgemässen Legierung hergestellter 15 Flügel zerschnitten wird, um die Metall/Giessform-Reaktion, Porosität, Korngrenzenkorrosion u.dgl. zu bestimmen,

Fig. 5A, B, C, D Kristallfotografien mit ungefähr 5facher Vergrösserung, die Querschnitte eines Luftflügels oder einer Luftschaufel darstellen, der bzw. die aus der erfindungsgemäs- 20 sen Legierung gegossen ist,

Fig. 6A, B, C, D Kristallfotografien mit ungefähr 5facher Vergrösserung, die Querschnitte eines Luftflügels oder einer Luftschaufel darstellen, der bzw. die aus einer im Handel erhältlichen Legierung nach der US-PS 3 432 294 gegossen ist. 25

Fig. 7 und 8 Mikrofotografien mit 200facher Vergrösserung der in Fig. 5C bzw. Fig. 5D dargestellten Schnitte und

Fig. 9 und 10 entsprechende Mikrofotografien mit 200fa-cher Vergrösserung der in Fig. 6C bzw. 6D dargestellten Schnitte. 30

Für die Herstellung von Präzisionsfeingiesslingen, wie beispielsweise Segmente für Turbinenflügel, wird die Charge bekanntlich im Vakuum bei einer Temperatur geschmolzen, die etwa 167 °C höher als ihr Schmelzpunkt ist, und dann in eine vorgewärmte Feingussform gegossen, die vorher auf eine 35

Temperatur von etwa 1038 °C erhitzt wurde. Nach dem Gies-sen wird die Gussform aus der Vakuumkammer entfernt und in ruhender Umgebungsluft auf Raumtemperatur abgekühlt.

Eine Untersuchung der Oberflächen eines mit einer Legierung nach der US-PS Nr. 3 432 294 erzeugten Giesslings, die 40 während des Erstarrens mit der Giessform im Kontakt waren,

zeigte ein Oberflächenphänomen, das als Metall/Giessform-Reaktion bezeichnet wird und das sich als Oxidation von Karbiden der Formel MC, worin M ein Metall, z.B. Wolfram, Titan oder Tantal, bedeutet, äussert. In Fig. 1 ist die Tiefe, in der die Karbide der Formel MC oxidativ angegriffen werden, als Funktion der Schnittgrösse aufgetragen, und zwar für Flügelsegmente unterschiedlicher Art bei konstantem Zirkoniumgehalt. Mit diesen Daten scheint die Tiefe des Angriffs in erster Näherung dem folgenden Gesetz zu folgen:

D = K • tx wobei K eine Konstante und t die Schnittgrösse ist. Fig. 1 zeigt die Werte von K und x für zwei Zirkoniumgehalt-Bereiche. Die Daten gelten für übliche Giessformsysteme, die näherungsweise 70 Gew.-% Si02, 15 Gew.-% Zr02 und als Rest A1203 enthalten, wobei die Bestandteile durch einen kolloiden Silikatbinder miteinander verbunden sind.

Eine Legierung mit verbesserter Kriechbruchfestigkeit kann durch Zusatz einer kleinen, aber wirkungsvollen Menge Aluminium erhalten werden. Dies wurde dadurch bewiesen, dass Chargen mit unterschiedlichem Aluminiumgehalt hergestellt und Proben dieser Chargen untersucht wurden. Die Ausgangscharge (I) hatte die folgende Zusammensetzung:

Kohlenstoff

0,57 Gew.

-%

Chrom

23,35 Gew.

-%

Nickel

10,45 Gew.

-%

Titan

0,19 Gew.

-%

Wolfram

7,15 Gew.

-%

Tantal

3,78 Gew.

-%

Eisen

0,24 Gew.

-%

Zirkonium

0,03 Gew.

-%

Aluminium

0,03 Gew.

-%

Kobalt

Rest

Die anderen Chargen enthielten 0,1 (II), 0,2 (III) bzw. 0,5 (IV) Gew.-% Aluminium. Die Proben wurden bei verschiedenen Temperaturen bis zum Bruch verschiedenen statischen Belastungen ausgesetzt. Die folgenden Daten wurden ermittelt: Zeit bis zum Bruch (tr), Bruchdehnung in % der Anfangslänge (E) und Brucheinschnürung in % des ursprünglichen Querschnitts (RA). Die folgende Tabelle I zeigt die Ergebnisse:

Tabelle I

Temperatur Belastung Test-Bedingungen kg/cm2 I II III IV

0,03% AI 0,1% AI 0,2% AI 0,5% AI

1093°C

630

tr 12,9

17,1

28,6

30,6

E 9,8

10,0

3,5

5,3

RA 14,0

28,4

6,5

8,0

982 °C

1120

tr 34,8

50,7

68,3

65,8

E 7,1

11,5

8,7

6,1

RA 21,1

21,9

16,8

12,3

899 °C

1900

tr 15,2

6,6

18,0

21,1

E 18,0

19,1

15,3

14,2

RA 30,0

30,0

31,0

18,8

899 °C

1270

tr 756,0

1344,2

1264,5

1260,1

E 2,6

5,9

4,9

4,6

RA 2,7

13,7

9,9

9,5

982 °C

700

tr 589,0

1137,7

1349,2

1374,6

E 1,4

2,3

1,9

2,4

RA 2,7

2,2

0,5

2,4

Die Tabelle I zeigt, dass die Kriechbruchfestigkeit (tr) an- 65 steigt, wenn der Aluminiumgehalt erhöht wird. Jedoch vermindert sich die Duktilität, ausgedrückt als Bruchdehnung (E) und Brucheinschnürung (RA). Es ist daher ein Kompromiss erforderlich. Es wurde ermittelt, dass hohe Kriechbruchfestigkeit und tolerierbare Duktilität erreicht werden können, wenn der Aluminiumgehalt zwischen 0,10 und 0,25 Gew.-% liegt.

625 835

4

Eine Legierung der folgenden Zusammensetzung in Gew.- '< ist daher besonders vorteilhaft:

Kohlenstoff

0,55

bis

0,65

Chrom

22,5

bis

24,25

Nickel

9,0

bis

11,0

Titan

0,15

bis

0,50

Wolfram

6,5

bis

7,5

Tanta'

3,0

bis

4,0

Aluminium

0,10

bis

0,25

Eisen maximal

1,5

Bor maximal

0,010

Silizium maximal

0,40

Mangan maximal

0,10

Kobalt

Rest

Die grafischen Darstellungen der Fig. 1A und 2 wurden mit einer Charge hergestellt, die die folgende Zusammensetzung hatte (in Gew.-%, wenn nichts anderes angegeben):

Kohlenstoff

0,61

Chrom

23,64

Nickel

10,17

Titan

0,26

Wolfram

6,83

Tantal

3,70

Aluminium

0,10

Zirkonium

0,03

Eisen

0,35

Bor

0,009

Silizium

0,16

Mangan

< 0,1

Wismut

< 0,3 ppm

Blei

1 ppm

Silber

< 5 ppm

Schwefel

0,003

Kobalt

Rest

Die grafische Darstellung der Fig. 1A zeigt, dass diese Legierung eine hohe Kriechbruchfestigkeit hat. Bei 982 °C und 0,7 t/cm2 betrug die Zeit bis zum Bruch 3000 Stunden, bei 926 °C und 1,05 t/cm2 betrug die Zeit bis zum Bruch 1000 Stunden.

In Fig. 2 ist die statische Belastung, die notwendig war, um innerhalb von 100 Stunden einen Bruch hervorzurufen, gegen die Temperatur aufgetragen. Die ausgezogene Kurve wurde mit einer im Handel erhältlichen Legierung nach der US-PS 3 432 294 erhalten, während die gestrichelte Kurve für eine erfindungsgemässe Legierung gilt, die die gleiche Zusammensetzung hat wie die Legierung, die für die Fig. 1 verwendet wurde. Die Kurven zeigen, dass die erfindungsgemässe Legierung etwa die gleiche Bruchfestigkeit hat wie die Legierung nach der US-PS 3 432 294.

Die Fig. 5A und 5B sind Schnitte durch Flügel, die bei der gleichen Giesstemperatur, aber bei verschiedenen Überhit-zungstemperaturen im Tiegel hergestellt wurden, wobei die Fig. 5B einer höheren Überhitzungstemperatur entspricht als die Fig. 5A. Die Fig. 5C und 5D sind Schnitte durch Flügel, die bei der gleichen Tiegel-Überhitzungstemperatur erzeugt wurden wie diejenigen der Fig. 5A bzw. 5B, doch war die Giesstemperatur hier höher. Die Fig. 6A, 6B, 6C und 6D sind Schnitte durch Flügel, die mit der gleichen Tiegel-Überhitzung und mit den gleichen Giesstemperaturen hergestellt wurden wie diejenigen der Fig. 5A, 5B, 5C bzw. 5D. Die Fig. 5A bis 5D zeigen ein gröberes Korn, das sich in beiden Richtungen erstreckt, während die Fig. 6A bis 6D kleinere säulenartige Kristallkörner Gl zeigen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen keinen dendritischen oxidativen Angriff auf die Karbide an den Oberflächen (S), während die Fig. 9 und 10 einen derartigen Angriff bei (A) zeigen.

Die Kristallfotografien und die Mikrofotografien, die in den Fig. 5 bis 10 wiedergegeben sind, ermöglichen einen Vergleich der erfindungsgemässen Legierung mit der im Handel erhältlichen Legierung nach der US-PS 3 432 294. Die erfindungsgemässe Legierung hat die gleiche Zusammensetzung wie die Legierung, die für die Fig. 1 und 2 verwendet wurde. Für Vergleichszwecke ist in Tabelle IA die Zusammensetzung dieser Legierung, die mit ECY 768 bezeichnet ist, zusammen mit der Zusammensetzung der Legierung nach der US-PS 3 432 294, die mit MAR M 509 bezeichnet ist, angegeben (in Gew.-%, wenn nichts anderes angegeben):

Tabelle IA

Chargen-Nr.

Mar M 509

ECY 768

BC153

2A2807

C

0,57

0,61

Cr

23,4

23,64

Ni

10,0

10,17

W

6,76

6,83

Fe

0,24

0,35

Ti

0,20

0,26

Ta

3,55

3,70

Al

0,10

B

0,006

0,009

Zr

0,32

0,03

S

0,005

0,003

Mn

< 0,1

Si

0,1

0,16

Ag

10 ppm

5 ppm

Pb

25 ppm

10 ppm

Co

Rest

Im folgenden ist eine Vorschrift für die Herstellung von Statorflügeln für eine Industriegasturbine durch Feinguss unter Verwendung der erfindungsgemässen Legierung wiedergegeben:

1. Technologische Anforderungen an die Zusammensetzung: Die Zusammensetzung der Giesslinge in Gew.-% soll in den folgenden Grenzen liegen, wobei die Messwerte nach von der US-Regierung vorgeschriebenen oder anderen anerkannten analytischen Methoden zu ermitteln sind:

Chrom

22,50 bis

24,25

Nickel

9,0 bis

11,0

Titan

0,15 bis

0,30

Wolfram

6,50 bis

7,50

Tantal

3,00 bis

4,00

Kohlenstoff

0,55 bis

0,65

Zirkonium maximal

0,050

Bor maximal

0,010

Eisen maximal

1,50

Silizium maximal

0,40

Mangan maximal

0,10

Schwefel maximal

0,010

Silber maximal

0,0010

Blei maximal

0,0025

Wismut maximal

0,010

Aluminium maximal

0,05

durch Zusätze bis zu

0,25

Selen maximal

0,01

Kobalt

Rest

2. Verfahren: Die Giesslinge sollen mittels des Feingussverfahrens hergestellt werden. Die Giesslinge sollen aus Hauptchargenbarren hergestellt, rückgeschmolzen und unter Vakuum ohne Verlust von Vakuum zwischen Schmelzen und Giessen gegossen werden.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

625 835

30

3. Hauptchargen: Eine Hauptcharge ist Metall einer einzigen Ofencharge von weniger als 5440 kg, die unter Vakuum geschmolzen und zu Barren gegossen wurde. Abfälle (d.h. Eingüsse, verlorene Köpfe, Angüsse, Ausschussgiesslinge) dürfen nicht direkt zum Giessen von Giesslingen rückgeschmolzen 5 werden. Sie können bei der Herstellung von Hauptchargen verwendet werden. Von allen neuen oder geänderten Modellen oder von Giessformen, bei denen keine Modelle benutzt werden, sollten Probegüsse hergestellt werden, und die Arbeit zur Herstellung von Giesslingen sollte nicht fortgesetzt wer- 10 den, bis schriftliche Genehmigung gegeben ist.

4. Für die Produktion von Giesslingen soll das Verfahren angewandt werden, wie es für die Probegiesslinge am Ende entwickelt worden ist.

5. Untersuchungsmassstäbe: Die Probengiesslinge müssen 15 den Produktionsbedingungen hinsichtlich Abmessungen, Material und Qualität genügen.

6. Alle intern durchgeführten Arbeiten zur Untersuchung der Eignung eines Teils müssen auf 2 Stücken beruhen. Nach der zufriedenstellenden Herstellung von internen Proben, wie 20 oben angegeben, sollten etwa 6 bis 10 vollständige Statoren pro Produktionsverfahren und Bedingung fertiggestellt und für die Probezulassung abgeliefert werden.

7. Interne Untersuchungsberichte und Listen von Konstruktionsdaten oder andere Abmessungsuntersuchungsbe- 25 richte können zwecks Zulassung der Proben revidiert werden.

8. Alle Statorproben sollen vollständig makrogeätzt werden, um die Korngrösse festzustellen, und im geätzten Zustand abgeliefert werden.

9. Zur Abnahme von Proben soll die folgende Verfahrensinformation dokumentiert und zur Verfügung gehalten werden: Quelle für Meistercharge, Gestaltung der Form und Eingusszeichnungen oder -fotografien; Formherstellung; Materialtypen; Verfahren und Art der Korngrössenkontrolle; Formvorheiztemperatur einschliesslich Minimum/Maximum und Zeit; Verfahren für Kernherstellung und Kernentfernung; Art und Grösse des Ofens zum Schmelzen der Legierung und Giessen des Segments; Vakuum beim Giessen, Minimum/Maximum; Ausleckrate; Art und Herstellung der feuerfesten Auskleidung; Herstellung und Grösse der Charge; Geschwindigkeit des Einschmelzens; Uberhitzungstemperatur, Maximum/Minimum und maximale Zeit; Giesstemperatur, Minimum/Maximum; Giessgeschwindigkeit; Giessformkühlpara-meter nach dem Giessen. Der abgezeichnete Testbericht soll alle erforderlichen Informationen enthalten.

10. Korngrösse, -form und -Verteilung: Alle Giesslinge sollen im wesentlichen gleichartige gleichachsige Körner ohne deutliche Trennung von feinen und groben Gebieten besitzen. Die tatsächlichen Werte der Korngrösse und das Verfahren zur Bestimmung der Korngrösse sollen vereinbarten Normen und Verfahren entsprechen. Der Bereich von annehmbarer und nicht annehmbarer Korngrösse für jedes Teil wird dokumentiert. Die Korngrössensteuerung soll gemäss den Abnahmestandard-Anforderungen überwacht und Korngrössenfotogra-fien sollen abgeliefert werden.

11. Getrennt zu giessende Proben (Specimens Cast Separa-tely = SCS): Für jede benutzte Hauptcharge sollen Teststücke gegossen und mittels vereinbarter Verfahren verarbeitet werden. SCS-Zerreissversuchproben sollen die genormten Propor- 60 tionen gemäss ASTM E8 haben. Der Durchmesser in dem eingeschnürten Abschnitt soll 0,375 Zoll (9,525 mm) betragen. Proben für den SCS-Zeitstandversuch (Ermittlung der Zeitbruchgrenze) und die Ermittlung der SCS-Kriechbruchfestig-keit sollen der Fig. 3 entsprechen und gemäss der Norm 65 ASTM E 139 getestet werden. Die Proben können auf Grösse gegossen oder in Übergrösse gegossen und nachfolgend bearbeitet werden.

12. Proben, die aus Flügeln hergestellt wurden (Specimen Machined from Blades = SMB): Für jede Hauptcharge, die für Flügel benutzt wird, sollen Testproben aus dem Guss auf dem Testblock herausgearbeitet werden. Die Proben sollen die genormten Proportionen gemäss ASTM E8 haben, aber gemäss ASTM E 139 modifiziert sein. Der minimale Messdurchmesser sollte 0,250 Zoll (6,350 mm) betragen.

13. Die Eigenschaften sollen bei frisch gegossenen Proben bestimmt werden.

14. Zugfestigkeitseigenschaften: Proben für den Zugversuch von jeder Hauptcharge sollen gemäss ASTM E8 getestet werden; sie müssen den Anforderungen der folgenden Tabelle II genügen:

Tabelle II Testtemperatur: 22 °C (72 °F)

0,2%-Dehngrenze: mindestens 70 KSI = 4921 kg/cm2 Zugfestigkeit: mindestens 100 KSI = 7030 kg/cm2 Bruchdehnung in % der Anfangslänge, Länge der Testprobe mindesrens das Vierfache des Durchmessers der Testprobe: = 2,5 Brucheinschnürung in % des ursprünglichen Querschnitts: nur zu Informationszwecken

15. Zeitbruchgrenzen- und Kriechbruchfestigkeitseigen-schaften: Bestimmt gemäss ASTM E 139 bei Proben, die nach Ziffer 11 bzw. 12 hergestellt wurden. Der Test soll gemäss den folgenden Tabellen III, IV und V durchgeführt werden und die angegebenen Werte ergeben:

40

45

Tabelle III

Art der Probe SCS (11)

SMB (12)

Temperatur, °F (°C) Belastung, KSI (kg/cm2) Zeit bis zum Bruch,

Stunden, Minimum Bruchdehnung in % der Anfangslänge, Länge der Testprobe mindestens das Vierfache des Durchmessers der Testprobe Brucheinschnürung in % des ursprünglichen Querschnitts, Minimum

2000 (1093) 9 (632)

16

2000 (1093) 9 (632)

16

Tabelle IV

55

Art der Probe SCS (11)

SMB (12)

Temperatur, °F (°C) 1800 (982) 1800 (982)

Belastung, KSI (kg/cm2) 16(1125) 16 (1125)

Zeit bis zum Bruch,

Stunden, Minimum 54 54

Bruchdehnung in % der Anfangslänge, Länge der Testprobe mindestens das Vierfache des Durchmessers der Testprobe 6 6 Brucheinschnürung in %

des ursprünglichen Querschnitts, Minimum 13 13

625 835

Tabelle V

Art der Probe

SCS (11) SMB (12)

Temperatur, CF (°C) 1650 (899) 1650 (899)

Belastung, KSI (kg/cm2) 18 (1266) 18 (1266)

maximale totale Formänderung in 50 Stunden,

%, Minimum 0,45 0,45

maximale totale Formänderung in 100 Stunden lediglich zu Informationszwecken

16. Wenn ein beliebiges, gemäss den Ziffern 11 und 12 hergestelltes Teststück nicht den Anforderungen der Ziffern 11 bis 15 genügt, sollen jeweils zwei weitere Proben für jeden Test, bei dem die Teststücke versagt haben, aus der gleichen Charge ausgewählt werden. Teststücke, die aus diesen beiden weiteren Proben hergestellt wurden, sollen den oben angegebenen Anforderungen genügen; falls dies nicht der Fall ist, soll der gesamte Guss zurückgewiesen werden.

17. Wenn ein beliebiges Teststück versagt, weil Giessfehler in der Probe vorhanden sind, soll eine weitere Testprobe aus der gleichen Schmelze ausgewählt und gemäss den Ziffern 11 bis 15 getestet werden.

18. Härte: 24—34 HRC, bestimmt gemäss ASTM E 18.

19. Metallografische Untersuchung: Hinsichtlich Porosität, Korngrenzenkorrosion und Karbid ausgewählte metallografische Proben, die aus repräsentativen Giesslingen für jede Hauptcharge und pro Anforderung gemäss der folgenden Ziffer

25 entnommen wurden. Schnitt und Untersuchung von Flügeln für die Abnahme sollen gemäss Fig. 4 durchgeführt werden. Die Häufigkeit der Entnahme von Produktionskontroll-Teststücken soll vereinbart werden. Die Proben im frisch gegossenen Zustand sollen hinsichtlich der Korngrenzkorrosion aufgrund von Kernentfernungsverfahren und/oder Kornätzung und hinsichtlich der Oberflächenkarbidoxidation (I.C.O.) aufgrund von Metall/Giessform-Reaktionen auf den äusseren und inneren Oberflächen untersucht werden. Messungen der Mikroporosität sollen durchgeführt werden.

Die folgenden Anforderungen sollen erfüllt sein: Korngrenzenkorrosion: 0,012 mm Oberflächenkarbidoxidation (ICO): 0,012 mm Mikroporosität:

Verfahren: Automatische quantitative Bildanalyse Vergrösserung: lOOfach (Sichtfeld lxl mm)

Anzahl der Felder: 100

durchschnittliche Flächenporosität in 100 Feldern:

0,2%

maximale Flächenporosität in jedem beliebigen einzelnen Feld: 0,2%

20. Die Giesslinge sollen hinsichtlich ihrer Qualität und ihres Zustandes gleichmässig, fehlerlos, glatt, sauber sowie frei von Fremdmaterialien und von inneren und äusseren Mängeln sein, die für die Fertigung und das Verhalten der Teile schädlich sind. Wenn nichts anderes angegeben, sollte kein Metallschrot oder Grobsand zur Reinigung verwendet werden.

21. Wenn nichts anderes angegeben, sollen alle Giesslinge mittels des Zyglo-Pentrex-Fluoreszenzverfahrens der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung unterworfen werden. Die Giesslinge sollten für die Untersuchung entweder durch Sandstrahlen mit einem Sand von 0,18 mm Durchmesser oder weniger oder mittels geeigneter Ätzmittel vorbereitet werden, um eine Oberfläche zu erhalten, die frei von verschmiertem Metall oder anderem Material ist, das ein richtiges Eindringen der zur Untersuchung verwendeten Materialien in die Fehlstellen verhindert. Wenn nichts anderes angegeben, sollte zum Säubern kein Metallschrot oder Grobsand verwendet werden.

22. Das Verfahren für die radiografische Untersuchung soll den Vereinbarungen entsprechen.

23. Die Untersuchungsnormen und -verfahren für die visuelle Prüfung mittels des Fluoreszenzverfahrens sollen in der relevanten Literatur definiert sein.

24. Die Giesslinge können durch Schweissen repariert werden, wie es in den betreffenden technischen Anleitungen vorgeschrieben ist. Vor jedem Versuch zum Reparaturschweissen sollten die Fehlstellen vollständig entfernt und die Abmessungen der Hohlräume in einem abzuliefernden Dokument (Engineering Appraisal Notice, EAN) festgehalten werden.

25. Für die Produktionsqualitätskontrolle sollen alle Statorflügelsegmente genügend aufgegossenes Testmaterial, dessen Grösse, Form und Anordnung den relevanten Konstruktionszeichnungen zu entnehmen ist, enthalten. Das aufgegossene Material soll von den Giesslingen entfernt und pro Segmentseriennummer identifiziert und für die zukünftige Verwendung oder Testung durch den Hersteller aufbewahrt werden. Proben des aufgegossenen Materials sollen getestet werden und dabei den Anforderungen genügen, die in den Ziffern 11 bis 15 und in Ziffer 19 angegeben sind, und zwar mit einer festgelegten Häufigkeit.

26. Oberflächenbeschaffenheit: Die Giesslinge sollen sauber und frei von Hohlräumen, Porosität, Schlacke, Oxiden, Rissen, Säumen, Teilungslinien und anderen schädlichen Fehlstellen sein, die die Funktion der Teile wesentlich beeinflussen oder auf die Verwendung von minderwertigem Metall oder minderwertigen Giessverfahren hinweisen. Die Oberflächengüte soll auf den Zeichnungen angegeben sein.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

S

7 Blatt Zeichnungen

Claims

625 835
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie maximal 1,5 Gew.-% Eisen, maximal 0,010 Gew.-% Bor, maximal 0,40 Gew.-% Silizium und maximal 0,10 Gew.-% Mangan enthält.

2

PATENTANSPRÜCHE 1. Hochkriechfeste Legierung auf Kobaltbasis, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung als wesentliche Bestandteile neben Kobalt die folgenden Elemente enthält:

Kohlenstoff

0,55

bis

0,65 Gew.-%

Chrom

22,5

bis

24,25 Gew.-%

Nickel

9,0

bis

11,0 Gew.-%

Titan

0,15

bis

0,50 Gew.-%

Wolfram
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Zirkonium bis zu 0,05 Gew.-% beträgt.

3,0

bis
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den angegebenen Elementen eine kleine, aber wirksame Menge Aluminium vorhanden ist.

4,0 Gew.-%
5. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium in einer Menge zwischen 0,10 und 0,25 Gew.-% vorhanden ist.
6. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1 zur Herstellung von Gasturbinenteilen.

6,5

bis

7,5 Gew.-%

Tantal
7. Verwendung nach Anspruch 6 der Legierung nach einem der Ansprüche 2 bis 5.