CH657378A5

CH657378A5 - NICKEL-BASED SUPER ALLOY.

Info

Publication number: CH657378A5
Application number: CH6819/82A
Authority: CH
Inventors: Romeo Girard Bourdeau; Abdus Suttar Khan
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1986-08-29
Also published as: IL67347A; CA1198612A; BR8206835A; DE3242608A1; AU551230B2; NO155449B; GB2110240B; BE895058A; NO823950L; NO155449C; IT1154577B; DE3242608C2; NL189045C; IT8224403A1; JPH0211660B2; FR2517329B1; GB2110240A; JPS5896846A; FR2517329A1; SE8206695D0

Description

Die Erfindung betrifft Superlegierungen auf Nickelbasis, die sowohl ausserordentliche Oxidationsbeständigkeit als auch ausserordentliche mechanische Hochtemperatur-Eigenschaften aufweisen. The invention relates to nickel-based superalloys which have both extraordinary oxidation resistance and exceptional mechanical high-temperature properties.

Frühere Untersuchungen wurden mit Legierungen auf der Grundlage des Ni—AI —Mo-Systems ausgeführt. Derartige Arbeiten sind beispielsweise in den US-Patentschriften 2 542 962 und 3 933 483 beschrieben. Previous studies have been carried out with Ni-Al-Mo alloys. Such work is described, for example, in U.S. Patents 2,542,962 and 3,933,483.

Die US-PS 3 904 403 beschreibt den Zusatz von 0,1 —3 Atomprozent (gesamt) eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cr, Ta und W zu den Legierungen des Ni—AI —Mo-Typs. US Pat. No. 3,904,403 describes the addition of 0.1-3 atomic percent (total) of one or more elements from the group Cr, Ta and W to the alloys of the Ni — Al — Mo type.

Durch die Erfindung soll eine Klasse von Superlegierungen auf Nickelbasis geschaffen werden, die eine wesentlich erhöhte Oxidationsbeständigkeit durch Zusatz von koordinierten Mengen von Cr, Ta und Y aufweist. Das verbesserte Oxidationsverhalten wird ohne nennenswerte Beeinträchtigung mechanischer Eigenschaften erzielt. The invention is intended to create a class of nickel-based superalloys which has a significantly increased resistance to oxidation by adding coordinated amounts of Cr, Ta and Y. The improved oxidation behavior is achieved without any appreciable impairment of mechanical properties.

Der breit gefasste Zusammensetzungsbereich ist 5,8—7,8%AI, 8—12%Mo, 4-8%W, 2-4%Cr, 1 -2%Ta, 0 —0,3%Hf, 0,01 —0,1% Y, und der Rest im wesentlichen Nickel. Ein bevorzugter Bereich ist 6,3—7,3% AI, 8,5-1 l,5%Mo, 5-7%W, 2,5-3,5%Cr, 1 -2%Ta, 0,05-0,2%Hf, und 0,01 -0,07%Y. The broad compositional range is 5.8-7.8% Al, 8-12% Mo, 4-8% W, 2-4% Cr, 1-2% Ta, 0-0.3% Hf, 0.01 - 0.1% Y, and the rest essentially nickel. A preferred range is 6.3-7.3% Al, 8.5-1 L, 5% Mo, 5-7% W, 2.5-3.5% Cr, 1-2% Ta, 0.05 -0.2% Hf, and 0.01 -0.07% Y.

Legierungen innerhalb dieser Bereiche können zu nützlichen Gegenständen unter Verwendung von Pulvermetallurgietechniken hergestellt werden, oder können auf Mass und Gestalt gegossen und dann wärmebehandelt werden. Alloys within these ranges can be made into useful articles using powder metallurgy techniques, or can be cast to size and shape and then heat treated.

Die Erfindung wir im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: The invention is explained in more detail below, for example with reference to the drawing; it shows:

Fig. 1 die Auswirkung der Veränderung des Yttrium-Gehaltes auf das Oxidationsverhalten; 1 shows the effect of the change in the yttrium content on the oxidation behavior;

Fig. 2A, 2B und 2C Rasterelektronenmikroskopaufnahmen, in denen die mit verschiedenen Yttriumwerten erzielte Oxid-Morphologie dargestellt ist; 2A, 2B and 2C scanning electron microscope images, in which the oxide morphology achieved with different yttrium values is shown;

Fig. 3 die Auswirkung der Veränderung des Chromgehalts auf das Oxidationsverhalten bei 1093 °C (2000 °F); 3 shows the effect of the change in the chromium content on the oxidation behavior at 1093 ° C (2000 ° F);

Fig. 4 die Auswirkung der Veränderung des Chromgehaltes auf das Oxidationsverhalten bei 1149 °C (2100 °F); 4 shows the effect of the change in the chromium content on the oxidation behavior at 1149 ° C. (2100 ° F);

und and

Fig. 5 das Spannungsbruchverhalten verschiedener Legierungen. 5 shows the stress fracture behavior of various alloys.

Die Erfindung betrifft eine Superlegierung auf Nickelbasis mit einem speziellen und schmalen Zusammensetzungsbereich, der eine aussergewöhnliche Kombination von Oxidationsbeständigkeit und mechanischen Hochtemperatur-Eigenschaften liefert. The invention relates to a nickel-based superalloy with a special and narrow composition range, which provides an exceptional combination of oxidation resistance and mechanical high-temperature properties.

Die breiten und bevorzugten Zusammensetzungsbereiche sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Die Werte der Tabellen sind ebenso wie alle anderen Prozentwerte in dieser Beschreibung in Gewichtsprozenten angegeben, es sei denn besonders anders hervorgehoben. Die Tabelle 1 enthält auch die äquivalenten Werte in Atomprozent. Die spezielle Kombination der Ni—AI—Mo-Bestandteile ist in verschiedener Hinsicht gleich derjenigen, die in den US-Patentschriften 2 542 962,3 655 462,3 904 403 und 3 933 483 beschrieben ist. Es ist bekannt, dass Ni — AI — Mo-Legierungen ausserordentliche mechanische Eigenschaften haben, jedoch waren bisher ihre Oberflächenstabilität und die Oxidationsbeständigkeit bei Langzeitanwendungen unvorhersagbar und im Grenzbereich. The broad and preferred composition ranges are given in Tables 1 and 2. The values in the tables, like all other percentages in this description, are given in percent by weight, unless particularly emphasized otherwise. Table 1 also contains the equivalent values in atomic percent. The particular combination of the Ni — Al — Mo components is in several respects the same as that described in U.S. Patents 2,542,962.3,655,462,3904,403 and 3,933,483. It is known that Ni - Al - Mo alloys have exceptional mechanical properties, but so far their surface stability and resistance to oxidation have been unpredictable and in the limit range for long-term use.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in dem Zusatz von sorgfältig koordinierten Mengen von Cr, Ta, Y und wahlweise Hf zu diesen Ni—AI—Mo-Legierungen, um die Oxidationsbeständigkeit drastisch zu verbessern, während gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften aufrechterhalten oder verbessert werden. The basic idea of the invention is to add carefully coordinated amounts of Cr, Ta, Y and optionally Hf to these Ni — Al — Mo alloys to dramatically improve oxidation resistance while maintaining or improving mechanical properties.

Cr wird für die Oxidationsbeständigkeit zugesetzt, um die Bildung eines Al203-0xides anstelle eines Oxides auf der Basis von NiO zu fördern. Zu diesem Zweck scheinen wenigstens etwa 2% Cr notwendig zu sein. Eine Erhöhung des Cr-Wertes über etwa 4% scheint keine nennenswerte Verbesserung gegenüber den Werten herbeizuführen, die mit etwa 3% Cr erzielt werden. Cr is added for oxidation resistance to promote the formation of an Al203-0xide instead of an NiO-based oxide. At least about 2% Cr appears to be necessary for this purpose. An increase in the Cr value above approximately 4% does not appear to bring about any appreciable improvement over the values which can be achieved with approximately 3% Cr.

Tabelle 1 Breite Zusammensetzung Table 1 Broad composition

Niedrig (Gew.-%) Low (wt%)

Atom-% Atom-%

Hoch Gew.-% High wt%

Atom-% Atom-%

Ni Ni

(79.19) (79.19)

(78.74) (78.74)

(65.8) (65.8)

(67.14) (67.14)

(Rest) (Rest)

AI AI

5.80 5.80

12.55 12.55

7.80 7.80

17.32 17.32

Mo Mon

8.00 8.00

4.87 4.87

12.00 12:00

7.50 7.50

W W

4.00 4.00

1.27 1.27

8.00 8.00

2.61 2.61

Cr Cr

2.00 2.00

2.25 2.25

4.00 4.00

4.61 4.61

Ta Ta

1.00 1.00

0.32 0.32

2.00 2.00

0.66 0.66

Y Y

0.01 0.01

0.006 0.006

0.10 0.10

0.067 0.067

Hf Hf

0.00 0.00

0.30 0.30

0.10 0.10

Tabelle 2 Table 2

Bevorzugte Zusammensetzung (Gew.-%) Preferred composition (% by weight)

Niedrig Low

Hoch High

Ni Ni

Rest rest

Al Al

6,3 6.3

7,3 7.3

Mo Mon

8,3 8.3

11,5 11.5

W W

5,0 5.0

7,0 7.0

Cr Cr

2,5 2.5

3,5 3.5

Ta Ta

1,0 1.0

2,0 2.0

Hf Hf

0,0 0.0

0,2 0.2

Y Y

0,01 0.01

0,07 0.07

Da Cr gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften vermindert, sind Cr-Zusätze über etwa 4% unerwünscht. Ta wird zur Stabilisierung der Mikrostruktur zugesetzt und überwindet bei den angegebenen Werten die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, die sich aus den Cr- Since Cr reduces the mechanical properties at the same time, Cr additions above about 4% are undesirable. Ta is added to stabilize the microstructure and overcomes the deterioration of the mechanical properties resulting from the Cr-

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

657 378 657 378

Zusätzen ergibt. Die Cr- und die Ta-Werte sind also in einem gewissen Mass verknüpft und es wird eine optimale Legierungsleitung dadurch erzielt, dass die Ta- und Cr-Werte derart koordiniert werden, dass bei hohen Cr-Anteilen auch hohe Ta-An teile verwendet werden und bei niedrigen Cr-Anteilen auch niedrige Ta-Anteile. Additions results. The Cr and Ta values are therefore linked to a certain extent and an optimal alloying is achieved by coordinating the Ta and Cr values in such a way that high Ta contents are used for high Cr contents and with low Cr fractions also low Ta fractions.

Wenigstens Y und gegebenenfalls Hf muss ebenfalls zugesetzt werden. Derartige Elemente verbessern die Haftung des Oberdflächenoxids an Superlegierungen. Infolge der Anwesenheit von AI in der Legierung wird eine dünne Oberflä-chenoxidschicht, im allgemeinen A1203, ausgebildet, die die Legierung wirksam vor weiterer Oxidation schützt. Falls aber die Legierung einer Wärmebehandlung unterworfen wird, besteht die Gefahr einer Abspaltung dieser Oxidschicht. Durch Zugabe von Y oder von Y und Hf wird diese Absplitterung bzw. das Abblättern vermindert und Gewichtsverluste aufgrund von Oxidation auf ein Minimum gebracht. Es erscheint, dass 0,1 bis 0,3 (gesamt) Gewichtsanteile dieser Elemente die erforderliche Funktion ausüben, wobei der bevorzugte Bereich 0,02 bis 0,2 (gesamt) beträgt und At least Y and possibly Hf must also be added. Such elements improve the adhesion of the surface oxide to super alloys. Due to the presence of Al in the alloy, a thin surface oxide layer, generally A1203, is formed, which effectively protects the alloy from further oxidation. However, if the alloy is subjected to heat treatment, there is a risk of this oxide layer being split off. By adding Y or Y and Hf, this chipping or flaking is reduced and weight losses due to oxidation are minimized. It appears that 0.1 to 0.3 (total) parts by weight of these elements perform the required function, with the preferred range being 0.02 to 0.2 (total) and

Y vorzugsweise mit einer Menge von wenigstens 0,01 bis 0,07% vorliegt. Eine Zugabe von Hf ist nicht unbedingt erforderlich, kann aber in manchen Fällen eine Verbesserung bringen. Ein Anteil von mehr als 0,3% bringt keine wesentliche Verbesserung mehr, kann aber Nachteile wie z. B. Erniedrigung des Schmelzpunktes der Legierung mit sich bringen. Y is preferably present in an amount of at least 0.01 to 0.07%. The addition of Hf is not absolutely necessary, but can bring improvement in some cases. A share of more than 0.3% brings no significant improvement, but can have disadvantages such. B. bring with it a lowering of the melting point of the alloy.

In den Fig. 1,2 und 3 sind die vorstehend erläuterten Auswirkungen der Elemente dargestellt. Die Figuren umfassen die untersuchten Legierungszusammensetzungen und zeigen die Gewichtsveränderung während der Oxidations-versuche. Es soll angemerkt werden, dass eine Legierung bei der Oxidation anfänglich durch Bildung einer Oxidschicht an Gewicht zunimmt. Danach, wenn sich diese Oxidschicht abspaltet bzw. abschält, ergibt sich ein Gewichtsverlust und die Oxidschicht bildet sich erneut. Die Absplitterung des Oxids und der sich daraus ergebende Gewichtsverlust sind unerwünscht, da diese Vorgänge zur Verarmung der oxidbildenden Elemente in dem darunterliegenden Substrat führen. Die Oxidabsplitterung kann bis zu dem Punkt fortschreiten, bei dem die Legierung nicht mehr in der Lage ist, die erwähnte schützende Oxidschicht neuzubilden, so dass sich eine nicht-schützende Oxidschicht ergibt. An diesem Punkt läuft die Oxidation zunehmend rascher und unkontrolliert und schliesslich wird die Probe zerstört. Da die meisten Legierungen ihre Oxidationsbeständigkeit aus der Bildung einer schützenden Oxidschicht ableiten, bestehend das wünschenswerte Gewichtsveränderungsverhalten in einer anfänglichen leichten Gewichtszunahne, welche die Bildung einer schützenden Oxidschicht anzeigt, welcher dann im wesentlichen keine Gewichts Veränderung folgt (oder eine sehr geringe Vergrösserung). The effects of the elements explained above are shown in FIGS. 1, 2 and 3. The figures comprise the alloy compositions examined and show the change in weight during the oxidation tests. It should be noted that an alloy initially gains weight in oxidation upon formation of an oxide layer. After that, when this oxide layer separates or peels off, there is a weight loss and the oxide layer forms again. The chipping of the oxide and the resulting weight loss are undesirable since these processes lead to the depletion of the oxide-forming elements in the underlying substrate. Oxide chipping can proceed to the point where the alloy is no longer able to reform the protective oxide layer mentioned, resulting in a non-protective oxide layer. At this point the oxidation is progressively faster and uncontrolled and finally the sample is destroyed. Since most alloys derive their oxidation resistance from the formation of a protective oxide layer, the desirable weight change behavior consists of an initial slight weight gain, which indicates the formation of a protective oxide layer, which then essentially does not follow any weight change (or a very small increase).

Das kritische und unerwartete Ergebnis der Yttrium-Zusätze ist in der Fig. 1 dargestellt. Diese Figur zeigt den bei verschiedenen Legierungen beobachteten Gewichtsverlust bei verschiedenen Yttrium-Anteilen, und zwar nach der zyklischen Prüfung bei 1204°C (2200 "F) über 50 Zyklen von jeweils einer Stunde. Es ist erkennbar, dass bei der geprüften Basislegierung (10%Mo, 6,7%A1, 6%W, 3%Cr, l,5%Ta, 1 %Hf, Rest Ni) Zusätze von etwa 0,01 bis etwa 0,06%Y eine bemerkenswerte Verbesserung des Oxidationsverhaltens herbeiführen. Es wurde zwar bereits früher beobachtet, dass The critical and unexpected result of the yttrium additions is shown in FIG. 1. This figure shows the weight loss observed with different alloys with different yttrium proportions, namely after the cyclical test at 1204 ° C (2200 "F) over 50 cycles of one hour each. It can be seen that with the tested basic alloy (10% Mo, 6.7% A1, 6% W, 3% Cr, 1.5% Ta, 1% Hf, rest Ni) additions of about 0.01 to about 0.06% Y bring about a remarkable improvement in the oxidation behavior it was observed earlier that

Y die Oxidationseigenschaften von Beschichtungen (US-PS 3 676 085 und 3 754 903) und Legierungen (US-PS Y the oxidation properties of coatings (US Pat. Nos. 3,676,085 and 3,754,903) and alloys (US Pat

3 754 903) verbessern kann, jedoch wurde noch niemals gezeigt, dass Y-Anteile über etwa 0,1 % schädlich sind. 3,754,903), but it has never been shown that Y levels above about 0.1% are harmful.

Die in der Fig. 1 gezeigten Ergebnisse können mit Bezug auf die Fig. 2A, 2B und 2C erklärt werden, welche Elektro- The results shown in FIG. 1 can be explained with reference to FIGS. 2A, 2B and 2C, which electrical

nenrasterphotographien (mit einer Vergrösserung von 3000) der oxidierten Oberfläche von drei Proben sind. Die nominelle Probenzusammensetzung ist die in der Fig. 2 gezeigte. Die Fig. 2A ist eine Probe, die 0,1 % Hf und weniger als 0,002% Y enthält. Die Fig. 2B stellt eine Probe dar, die 0,1 % Hf und 0,029% Y enthält. Die Fig. 2c stellt eine Probe dar, die 0,1% Hf und 0,073% Y enthält. Scanning photographs (with a magnification of 3000) of the oxidized surface of three samples are. The nominal sample composition is that shown in FIG. 2. Figure 2A is a sample containing 0.1% Hf and less than 0.002% Y. Figure 2B illustrates a sample containing 0.1% Hf and 0.029% Y. Figure 2c shows a sample containing 0.1% Hf and 0.073% Y.

Die Fig. 2A und 2C zeigen beide eine grobe irreguläre Oxid-Morphologie und zeigen Anzeichen einer Oxid-Absplitterung, während die Fig. 2B Anzeichen einer haftenden Oxid-Morphologie darstellt. Die Fig. 1, 2A, 2B und 2C zeigen somit ganz klar, dass eine begrenzte kritische Menge von Y eine wesentliche Verbesserung des Oxidationsverhaltens herbeiführt. 2A and 2C both show a rough irregular oxide morphology and show signs of oxide chipping, while FIG. 2B shows signs of an adherent oxide morphology. 1, 2A, 2B and 2C thus clearly show that a limited critical amount of Y brings about a significant improvement in the oxidation behavior.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, dass ein kritischer Chromgehalt notwendig ist für eine optimale Oxidationsbeständigkeit. Die Fig. 3 zeigt die Wirkung der Veränderung des Cr-Gehaltes auf das Oxidationsverhalten einer Basislegierung, die 10%Mo, 7,4%A1, 6%W, l,5%Ta, 0,1 %Y und als Rest Ni enthält. Es ist zu sehen, dass bei den Prüfbedingungen (500 Einstunden-Zyklen der Ofenoxidation bei 1093 °C (2000 °F)) die erwünschte minimale Gewichtsveränderung mit Chromwerten von etwa 3% erzielt wird. 3 and 4 show that a critical chromium content is necessary for optimal oxidation resistance. 3 shows the effect of the change in the Cr content on the oxidation behavior of a base alloy which contains 10% Mo, 7.4% A1, 6% W, 1.5% Ta, 0.1% Y and the remainder Ni . It can be seen that under the test conditions (500 one hour cycles of furnace oxidation at 1093 ° C (2000 ° F)) the desired minimal weight change with chromium values of about 3% is achieved.

Die Fig. 4 zeigt die gleiche Erscheinung unter Verwendung von Daten zyklischer Oxidation, die bei 1149 °C (2100°F) erzeugt wurden. Die Figur zeigt die Gewichtsver-änderung als Funktion der Versuchszeit. Es sind vier Kurven für eine Basislegierung aufgetragen, die 10%Mo, 6,6%A1, 6% W, 1,5%Ta, 0,1 % Y und als Rest Ni enthält (mit veränderlichen Cr-Anteilen). Die Auswirkung der Zunahme des Cr besteht darin, dass die Kurven nach oben zur Horizontalen (oder zu null Gewichtsveränderung) gedreht werden. Figure 4 shows the same phenomenon using cyclic oxidation data generated at 1149 ° C (2100 ° F). The figure shows the change in weight as a function of the test time. Four curves are plotted for a base alloy containing 10% Mo, 6.6% A1, 6% W, 1.5% Ta, 0.1% Y and the remainder Ni (with variable Cr contents). The effect of the increase in Cr is that the curves are turned up to the horizontal (or zero weight change).

Die Fig. 3 und 4 zeigen, dass ein Cr-Gehalt von etwa 3% erforderlich ist, um bei dieser Klasse von Legierungen ein gutes Oxidationsverhalten zu schaffen. 3 and 4 show that a Cr content of about 3% is required in order to achieve good oxidation behavior in this class of alloys.

Die mechanischen Eigenschaften der A—Mo-Legierungen haben sich bei früheren Arbeiten als in den meisten Gesichtspunkten überlegen gegenüber herkömmlichen Superlegierungen erwiesen. Erfindungsgemäss werden durch ausgewogene Zusätze von Cr, Ta, Y und gegebenenfalls Hf ein wesentlich verbessertes Oxidationsverhalten in Kombination mit mechanischen Eigenschaften erzielt, die wenigstens äquivalent und in einigen Fällen den Eigenschaften der zugrundeliegenden AI —Mo —Ni-Legierungen sind. Dies ist ein bemerkenswerter Kontrast zu typischen Legierungen, bei denen eine Verbesserung einer Eigenschaft unweigerlich mit einem Absinken anderer Eigenschaftern verknüpft ist. The mechanical properties of the A — Mo alloys have been found to be superior in most respects to conventional superalloys. According to the invention, balanced additions of Cr, Ta, Y and optionally Hf result in significantly improved oxidation behavior in combination with mechanical properties which are at least equivalent and in some cases the properties of the underlying Al — Mo — Ni alloys. This is a remarkable contrast to typical alloys, where an improvement in one property is inevitably linked to a decrease in other properties.

Die Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Spannungsbruches für verschiedene Legierungen, einschliesslich der vorstehend erläuterten herkömmlichen MAR-M200-Superlegierung und eine Legierung, die in den Bereich der Erfindung fällt. Die Daten der Fig. 5 sind Spannungsbrucheigenschaften verschiedener Zusammensetzung, die in Einkristallform mit < 111 > -Orientierung überprüft wurden. Wie in der Figur zu sehen ist, weist die modifizierte Ni — AI — Mo-Zusammensetzung eine verbesserte Spannungsbruchlebensdauer im Vergleich mit den anderen geprüften Legierungen auf. Es erscheint, dass die modifizierte Legierung eine Temperaturverbesserung von etwa 105 °C (190 "F) im Vergleich mit den herkömmlichen Superlegierungen aufweist. Dies bedeutet, dass unter gleichen Belastungsbedingungen die erfindungsgemässe Legierung mit einer um 105 °C (190 °F) höheren Temperatur betrieben werden kann und dennoch die gleiche Lebensdauer des Bauteils erzielt. Diese hohe Temperatur könnte sich aus höheren Motorbetriebstemperaturen oder einer verminderten Kühlluftströmung mit unveränderter Motortemperatur ergeben. Beide Alternativen führen zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit. Figure 5 is a graphical representation of the stress fracture for various alloys including the conventional MAR-M200 superalloy discussed above and an alloy that falls within the scope of the invention. The data in FIG. 5 are stress-rupture properties of various compositions, which were checked in single crystal form with <111> orientation. As can be seen in the figure, the modified Ni - Al - Mo composition has an improved stress fracture life compared to the other alloys tested. It appears that the modified alloy has a temperature improvement of about 105 ° C (190 "F) in comparison with the conventional super alloys. This means that under the same loading conditions the alloy according to the invention with a temperature which is 105 ° C (190 ° F) higher The high temperature could result from higher engine operating temperatures or a reduced cooling air flow with unchanged engine temperature, both of which lead to improved economy.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

657 378 657 378

4 4th

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Betriebsbedingungen einschliesslich der Temperatur auf dem gleichen Wert zu halten und eine wesentlich erhöhte Teilelebensdauer zu erzielen. Schliesslich könnte man die gleiche Temperatur aufrechterhalten, jedoch durch Erhöhen der Betriebsbeanspruchung eine erhöhte Leistungsfähigkeit bei gleichem Treibstoffverbrauch und gleicher Teilelebensdauer erzielen. Another possibility is to keep the operating conditions, including the temperature, at the same value and to achieve a significantly longer part life. Finally, the same temperature could be maintained, but by increasing the operating load, increased performance could be achieved with the same fuel consumption and the same part life.

Die vorstehend beschriebenen Zusammensetzungen können in gegossener Einkristallform verwendet werden oder alternativ hierzu unter Verwendung von Pulvermetallurgietechniken gefolgt von einer Richtungs-Rekristallisation zu Teilen geformt werden, um eine ausgerichtete Kornstruktur zu erhalten, die im Grenzfall ein Einkristall sein kann. The compositions described above can be used in cast single crystal form, or alternatively, can be partially molded using powder metallurgy techniques followed by directional recrystallization to obtain an aligned grain structure, which may be a single crystal in the extreme.

Wenn der Weg des gegossenen Einkristalls verfolgt wird, ist es notwendig, dass das gegossene Teil homogenisiert und wärmebehandelt wird, wie in der US-Anmeldung mit der Se-rien-Nr. 177 047 beschrieben. Wenn das Teil auf dem Weg der Pulvermetallurgie hergestellt werden soll, kann die Zusammensetzung mit verschiedenen Verfahren zu Pulver geformt werden, obgleich ein Verfahren, das zu einer raschen Verfestigungsrate führt wegen der sich ergebenden verbesserten Homogenität wünschenswert ist. Ein derartiges Verfahren ist in den US-Patentschriften 4 025 249,4 053 264 und 4 078 873 beschrieben. Das sich ergebende Pulver wird dann konsolidiert und richtungsmässig rekristallisiert, um die gewünschte Struktur zu erzeugen. Die Richtungs-Rekristallisation ist in US-PS 3 975 219 beschrieben und die speziellen Wege zur Erzielung verschiedener kristallographi-scher Ausrichtungen in der endgültigen Struktur sind in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 325 248 beschrieben. If the path of the cast single crystal is followed, it is necessary that the cast part be homogenized and heat treated, as in the U.S. application with the serial no. 177 047. If the part is to be made by powder metallurgy, the composition can be powdered by various methods, although a method that results in a rapid solidification rate is desirable because of the resulting improved homogeneity. Such a method is described in U.S. Patents 4,025,249,4,053,264 and 4,078,873. The resulting powder is then consolidated and directionally recrystallized to produce the desired structure. Directional recrystallization is described in U.S. Patent No. 3,975,219 and the specific ways to achieve various crystallographic alignments in the final structure are described in copending U.S. patent application serial no. 325 248.

Die sich ergebenden Produkte finden speziell Anwendung in Gasturbinen-Triebwerken. Wenn der Weg des Gusses beschritten wird, kann ein Gussteil unmittelbar mit der gewünschten Grösse und Gestalt erhalten werden. Wenn jedoch der Weg der Pulvermetallurgie beschritten wird, kann das in US-PS 3 872 563 beschriebene Verfahren der Schaufelherstellung mit Vorteil verwendet werden, um eine Schaufel bzw. ein Blatt mit maximaler Kühlfahigkeit zu erhalten. Obgleich die beschriebenen Zusammensetzungen ausserordentlich oxidationsbeständig sind, werden sie dennoch unzweifelhaft in beschichteter Form verwendet werden und derartige Beschichtungen können die Aluminiumbeschich-tung oder die MCrAlY-Auflagebeschichtungen umfassen. The resulting products are used particularly in gas turbine engines. If the path of casting is followed, a casting with the desired size and shape can be obtained immediately. However, if the powder metallurgy path is followed, the blade manufacturing method described in U.S. Patent No. 3,872,563 can be used to advantage to obtain a blade or blade with maximum cooling capability. Although the compositions described are extremely resistant to oxidation, they will undoubtedly be used in coated form and such coatings may include the aluminum coating or the MCrAlY overlay coatings.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

S S

5 Blatt Zeichnungen 5 sheets of drawings

Claims

657 378 2 PATENT CLAIMS I. Nickel-based superalloy with high strength and oxidation resistance, consisting essentially of 5.8 - 7.8% Al 8 12% Mo 4 8% W 2 4% Cr

1

2% Ta

0

0.3% Hf

0.01 -

0.1% Y

Rest Ni.

2. Superalloy according to claim 1, consisting essentially of

6.3 -

7.3% A1

8.5 -

11.5% Mo

5

7% W

2.5 -

3.5% Cr

2% Ta

0

0.2% Hf

0.01 -

0.07% Y

Rest Ni.