CH679312A5 - - Google Patents
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Abstract
Description
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
CH 679 312 A5 CH 679 312 A5
Beschreibung description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Hochtemperaturlegierungen mit hohem Oxydations- und Korrosionswiderstand auf der Basis von intermetallischen Verbindungen, welche sich für gerichtete Erstarrung eignen und die konventionellen Nickelbasis-Superlegierungen ergänzen. High-temperature alloys with high resistance to oxidation and corrosion based on intermetallic compounds, which are suitable for directional solidification and complement conventional nickel-based superalloys.
Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung und Verbesserung der auf einer intermetallischen Verbindung basierenden Legierungen mit weiteren, die Warmfestigkeit und die Oxydationsbeständigkeit erhöhenden Zusätzen. The invention relates to the further development and improvement of the alloys based on an intermetallic compound with further additives which increase the heat resistance and the resistance to oxidation.
Insbesondere betrifft sie eine oxydations- und korrosionsbeständige Hochtemperaturlegierung auf der Basis einer hochschmelzenden intermetallischen Verbindung. In particular, it relates to an oxidation and corrosion-resistant high-temperature alloy based on a high-melting intermetallic compound.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Intermetallische Verbindungen haben einige interessante Eigenschaften, welche sie als Konstruktionswerkstoffe im mittleren und höheren Temperaturbereich als attraktiv erscheinen lassen. Dazu gehört unter anderem ihre gegenüber Superlegierungen niedrige Dichte, die nur ca. 2/3 des Wertes für Ni-Superlegierungen erreicht. Ihrer technischen Verwendbarkeit in der vorliegenden Form stehen allerdings ihre Sprödigkeit entgegen. Erstere kann durch Zusätze von Bor verbessert werden, wobei auch höhere Festigkeitswerte erreicht werden. Als mögliche und zum Teil bereits eingeführte intermetallische Verbindungen sind unter anderem Nickelaluminide, Nickelsilizide und Titanaluminide als Konstruktionsstoffe bekannt. Ferner wird ein Molybdänsilizid als Heizleiterwerkstoff verwendet. Intermetallic compounds have some interesting properties that make them appear attractive as construction materials in the medium and higher temperature range. Among other things, this includes their low density compared to superalloys, which only reaches about 2/3 of the value for Ni superalloys. Their technical usability in the present form is opposed to their brittleness. The former can be improved by adding boron, whereby higher strength values are also achieved. As possible and in part already introduced intermetallic compounds, nickel aluminides, nickel silicides and titanium aluminides are known as construction materials. A molybdenum silicide is also used as the heating conductor material.
Es ist bekannt, dass unter anderem Silizium den Korrosions- und Oxydationswiderstand von Schutzoxyde bildenden Oberflächenschichten in Überzügen von Hochtemperaturlegierungen erhöht. Darüber wurden ausgedehnte Untersuchungen gemacht. It is known that silicon, among other things, increases the corrosion and oxidation resistance of surface layers forming protective oxides in coatings of high-temperature alloys. Extensive investigations have been carried out on this.
Die Warmfestigkeit der bekannten Aluminide und Silizide lässt indessen noch zu wünschen übrig. Entsprechend dem vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt dieser Werkstoffe ist die Festigkeit, insbesondere die Kriechfestigkeit im oberen Temperaturbereich ungenügend, wie auch aus diesbezüglichen Veröffentlichungen hervorgeht. The heat resistance of the known aluminides and silicides still leaves something to be desired. Corresponding to the comparatively low melting point of these materials, the strength, in particular the creep resistance in the upper temperature range, is inadequate, as is also apparent from publications in this regard.
Zum Stand der Technik werden die nachfolgenden Dokumente zitiert: The following documents are cited regarding the prior art:
- C.T. Liu et al, «Nickel aluminides for structural use», Journal of Metals, May 1986, pp. 19-21. - C.T. Liu et al, "Nickel aluminides for structural use," Journal of Metals, May 1986, pp. 19-21.
- N.S. Stoloff, «Ordered alloys-physical metallurgy and structural applications», International metals re-view, vol. 29, No. 3,1984, pp. 123-135. - N.S. Stoloff, "Ordered alloys-physical metallurgy and structural applications", International metals re-view, vol. 29, No. 3.1984, pp. 123-135.
- G. Sauthoff, «Intermetallische Phasen», Werkstoffe zwischen Metall und Keramik, Magazin neue Werkstoffe 1/89, S. 15-19. - G. Sauthoff, “Intermetallic phases”, materials between metal and ceramic, magazine new materials 1/89, pp. 15-19.
- SHOUICHI OCHIAI YOSHIHIRO OYA and TOMOO SUZUKI, «ALLOYING BEHAVIOUR OF Ni3AI, NÌ3S1 and Ni3Ge», Acta metali. Vol. 32, No. 2, pp. 289-298,1984. - SHOUICHI OCHIAI YOSHIHIRO OYA and TOMOO SUZUKI, «ALLOYING BEHAVIOR OF Ni3AI, NÌ3S1 and Ni3Ge», Acta metali. Vol. 32, No. 2, pp. 289-298, 1984.
- TOMOO SUZUKI, YOSHIHIRO OYA, and SHOUICHI OCHIAI, «The Mechanical Behavior of Non-stoichiometric Compounds NÌ3SÌ, NÌ3Ge, and FeaGa», Metallurgical Transactions A, Volume 15A, Ja-nuary 1984-173. - TOMOO SUZUKI, YOSHIHIRO OYA, and SHOUICHI OCHIAI, "The Mechanical Behavior of Non-stoichiometric Compounds NÌ3SÌ, NÌ3Ge, and FeaGa", Metallurgical Transactions A, Volume 15A, Ja-nuary 1984-173.
- F. Fitzer and J. Schlichting, «Coatings containing chromium, aluminium, and Silicon for high temperature alloys», High temperature corrosion, national association of corrosion engineers, Houston Texas, San Diego California, March 2-6,1981, pp. 604-614. - F. Fitzer and J. Schlichting, "Coatings containing chromium, aluminum, and Silicon for high temperature alloys", High temperature corrosion, national association of corrosion engineers, Houston Texas, San Diego California, March 2-6, 1981, pp. 604-614.
Die Eigenschaften der bekannten modifizierten intermetallischen Verbindungén genügen den technischen Anforderungen im allgemeinen noch nicht, um daraus brauchbare Werkstücke herzustellen. Dies gilt insbesondere bezüglich Warmfestigkeit und Hochtemperatur-Korrosionsfestigkeit (Widerstand gegen Sulfidation). Es besteht daher ein Bedürfnis nach Weiterentwicklung und Verbesserung derartiger Werkstoffe. The properties of the known modified intermetallic compounds generally do not yet meet the technical requirements in order to produce usable workpieces. This applies in particular to heat resistance and high temperature corrosion resistance (resistance to sulfidation). There is therefore a need for the further development and improvement of such materials.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vergleichsweise leichte Legierung mit hohem Oxydations- und Korrosionswiderstand, insbesondere gegen Sulfidation bei hohen Temperaturen und gleichzeitig hoher Warmfestigkeit im Temperaturbereich von 600 bis 1200°C anzugeben, die sich gut für gerichtete Erstarrung eignet und im wesentlichen aus einer hochschmelzenden intermetallischen Verbindung besteht. Die Legierung soll im Temperaturbereich von 400 bis 1000°C eine Warmfliessgrenze von mindestens 800 MPa haben. The invention has for its object to provide a comparatively light alloy with high oxidation and corrosion resistance, especially against sulfidation at high temperatures and high heat resistance in the temperature range of 600 to 1200 ° C, which is well suited for directional solidification and essentially from one high-melting intermetallic compound. The alloy should have a hot flow limit of at least 800 MPa in the temperature range from 400 to 1000 ° C.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die eingangs erwähnte Hochtemperaturlegierung auf der Basis von Chromsilizid Cr3Si aufgebaut ist und die nachfolgende Zusammensetzung aufweist: This object is achieved in that the high-temperature alloy mentioned at the outset is based on chromium silicide Cr3Si and has the following composition:
2 2nd
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
CH 679 312 A5 CH 679 312 A5
Si = Si =
23 23
- -
27 At-% 27 at%
Mo = Mo =
5 5
- -
20 At-% 20 at%
W = W =
1 1
- -
3 At-% 3 at%
B = B =
0 0
- -
1 At.-% 1 at%
Cr = Cr =
Rest rest
und dass sie zu mindestens 90 Vol.-% aus einer Mischung der intermetallischen Phasen O3SÌ und M03SÌ besteht. and that it consists of at least 90% by volume of a mixture of the intermetallic phases O3SÌ and M03SÌ.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG: WAY OF IMPLEMENTING THE INVENTION:
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch eine Figur näher erläuterte Ausführungsbeispiele beschrieben. The invention is described with reference to the following exemplary embodiments, which are explained in more detail by means of a figure.
Dabei zeigt: It shows:
Die Figur eine graphische Darstellung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in Funktion der Temperatur für neue Legierungen auf der Basis einer intermetallischen Verbindung des Typs Chromsili-zid. The figure shows a graphical representation of the mechanical material properties as a function of temperature for new alloys based on an intermetallic compound of the chromium silicide type.
Die Figur bezieht sich auf eine Darstellung der mechanischen Eigenschaften in Funktion der Temperatur T in °C für verschiedene Legierungen. The figure relates to a representation of the mechanical properties as a function of the temperature T in ° C for different alloys.
Die Kurve 1 stellt die Fliessgrenze 00,2 (0,2% Dehngrenze) in MPa für eine Legierung mit 25 At.-% Si; 14 At.-% Mo; 1 At.-% W; Rest Cr dar. 2 ist die zugehörige Warmhärte HVo,3 in Vickers-Einheiten (kg/mm2). Die Kurve 3 bezieht sich auf die Fliessgrenze 00,2 für eine Legierung mit 25 At.-% Si; 13 At.-% Mo; 2 At.-% W; 0,5 At.-% B; Rest Cr. 4 ist die zugehörige Warmhärte HVo,3. Curve 1 represents the yield point 00.2 (0.2% proof stress) in MPa for an alloy with 25 at% Si; 14 at% Mo; 1 at% W; Rest Cr represents. 2 is the associated warm hardness HVo, 3 in Vickers units (kg / mm2). Curve 3 relates to the yield point 00.2 for an alloy with 25 at% Si; 13 at% Mo; 2 at% W; 0.5 at% B; Rest Cr. 4 is the associated hot hardness HVo, 3.
Zum Vergleich sind die mechanischen Eigenschaften von zwei bekannten Nickelbasis-Superlegierun-gen in Funktion der Temperatur T in °C wiedergegeben. For comparison, the mechanical properties of two known nickel-based superalloys are shown as a function of the temperature T in ° C.
Die Kurve 5 bezieht sich auf die Fliessgrenze 00,2 für die oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Su-perlegierung mit dem Handelsnamen MA 6000 (INCO) mit der folgenden Zusammensetzung: Curve 5 relates to the yield point 00.2 for the oxide dispersion hardened nickel-based superalloy with the trade name MA 6000 (INCO) with the following composition:
Cr Cr
= =
15Gew.-% 15% by weight
W W
8 8th
4,0 Gew.-% 4.0% by weight
Mo Mon
= =
2,0 Gew.-% 2.0% by weight
AI AI
= =
4,5 Gew.-% 4.5% by weight
Ti Ti
= =
2,5 Gew.-% 2.5% by weight
Ta Ta
= =
2,0 Gew.-% 2.0% by weight
C C.
= =
0,05 Gew.-% 0.05% by weight
B B
BS BS
0,01 Gew.-% 0.01% by weight
Zr Zr
= =
0,15 Gew.-% 0.15% by weight
Y2O3 Y2O3
= =
1,1 Gew.-% 1.1% by weight
Ni Ni
= =
Rest rest
Die Kurve 6 bezieht sich auf die Fliessgrenze 00,2 für die Nickelbasis-Guss-Superlegierung mit der Bezeichnung TRW NASA VI A mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Curve 6 relates to the yield point 00.2 for the nickel-based casting superalloy with the designation TRW NASA VI A with the following composition:
3 3rd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
CH 679 312 A5 CH 679 312 A5
Cr Cr
7,1 Gew.-% 7.1% by weight
Co Co
7,5 Gew.-% 7.5% by weight
Mo Mon
2 Gew.-% 2% by weight
W W
5,8 Gew.-% 5.8% by weight
Ta Ta
9 Gew.-% 9% by weight
Nb Nb
0,5 Gew.-% 0.5% by weight
AI AI
5,4 Gew.-% 5.4% by weight
Ti Ti
1 Gew.-% 1% by weight
C C.
= 0,13 Gew.-% = 0.13% by weight
B B
0,02 Gew.-% 0.02% by weight
Ni Ni
Rest rest
Die Kurven 1 und 3 liegen bis zu einer Temperatur von ca. 800°C in der gleichen Grössenordnung wie die Vergleichskurven 5 und 6. Während jedoch die Warmfestigkeit der konventionellen Nickelbasis-Su-perlegierungen oberhalb dieser Temperatur verhältnismässig steil abfällt, bleibt sie bei den neuen Legierungen auf der Basis von O3SÌ bis 1200°C annähernd konstant. Bei einer Temperatur von ca. 1100°C beträgt die Warmstreckgrenze der neuen Legierungen rund das 3 1/2-fache derjenigen der Nickelbasislegierungen. Der Einsatzbereich dieser Legierungen dürfte bis ca. 1400°C reichen. Curves 1 and 3 are up to a temperature of approx. 800 ° C in the same order of magnitude as comparison curves 5 and 6. However, while the heat resistance of conventional nickel-based superalloys drops relatively steeply above this temperature, it remains with the new ones Alloys based on O3SÌ up to 1200 ° C almost constant. At a temperature of approx. 1100 ° C, the hot stretching limit of the new alloys is around 3 1/2 times that of the nickel-based alloys. The range of use of these alloys should reach up to approx. 1400 ° C.
Ausführunasbeispiel 1 : Example 1:
Im Induktionsofen wurde unter Argon als Schutzgas eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung erschmolzen: An alloy of the following composition was melted in the induction furnace under argon as a protective gas:
Si Si
25 At-% 25 at%
Mo Mon
14 At-% 14 at%
W W
1 At-% 1 at%
Cr Cr
Rest rest
Die Schmelze wurde zu einem Gussrohling von ca. 120 mm Durchmesser und ca. 120 mm Höhe abgegossen. Der Rohling wurde unter Schutzgas wieder aufgeschmolzen und ebenfalls unter Schutzgas zur Erstarrung in Form von Stäben mit ca. 12 mm Durchmesser und ca. 120 mm Länge gezwungen. The melt was poured into a cast blank of approximately 120 mm in diameter and approximately 120 mm in height. The blank was melted again under protective gas and also forced under solidification to solidify in the form of bars with a diameter of approximately 12 mm and a length of approximately 120 mm.
Die Stäbe wurden ohne anschliessende Wärmebehandlung direkt zu Zugproben für Kurzzeitversuche verarbeitet. Die damit erreichten mechanischen Eigenschaften in Funktion der Prüftemperatur sind in den Kurven 1 bis 4 wiedergegeben. Zum Vergleich dienen die Kurven 5 und 6. The bars were processed directly into tensile tests for short-term tests without subsequent heat treatment. The mechanical properties achieved as a function of the test temperature are shown in curves 1 to 4. Curves 5 and 6 are used for comparison.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch eine geeignete Wärmebehandlung liegt im Bereich des Möglichen. Ausserdem besteht die Möglichkeit zur Verbesserung durch gerichtete Erstarrung, wofür sich die Legierung besonders eignet. A further improvement of the mechanical properties through a suitable heat treatment is within the realms of possibility. There is also the possibility of improvement by directional solidification, for which the alloy is particularly suitable.
Ausführunasbeispiel 2: Execution example 2:
Analog Beispiel 1 wurde die nachfolgende Legierung unter Argon erschmolzen: Analogously to Example 1, the following alloy was melted under argon:
Si Si
25 At-% 25 at%
Mo Mon
13 At-% 13 at%
W W
2 At-% 2 at%
B B
0,5 At-% 0.5 at%
Cr Cr
Rest rest
Die Schmelze wurde analog zum Ausführungsbeispiel 1 abgegossen, unter Argon wieder aufgeschmolzen und in Stabform zur Erstarrung gezwungen. Die Dimensionen der Stäbe entsprachen dem Ausführungsbeispiel 1. Die Stäbe wurden ohne anschliessende Wärmebehandlung direkt zu Zugproben verarbeitet. Die damit erreichten Werte der mechanischen Eigenschaften in Funktion der Prüftemperatur entsprachen annähernd denjenigen von Beispiel 1. Diese Werte können durch eine Wärmebehandlung weiter verbessert werden. The melt was poured off analogously to embodiment 1, melted again under argon and forced to solidify in the form of a rod. The dimensions of the rods corresponded to embodiment 1. The rods were processed directly into tensile tests without subsequent heat treatment. The values of the mechanical properties as a function of the test temperature thus approximately corresponded to those of Example 1. These values can be further improved by heat treatment.
4 4th
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
CH 679 312 A5 CH 679 312 A5
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Grundsätzlich weist die oxydations-und korrosionsbeständige Hochtemperaturlegierung auf der Basis einer intermetallischen Verbindung des Typs Chromsilizid CtoSi die nachfolgende Zusammensetzung auf: The invention is not restricted to the exemplary embodiments. Basically, the oxidation and corrosion-resistant high-temperature alloy based on an intermetallic compound of the chromosilicide type CtoSi has the following composition:
Si = Si =
23 23
- -
27 At-% 27 at%
Mo = Mo =
5 5
- -
20 At-% 20 at%
W = W =
1 1
- -
3 At-% 3 at%
B = B =
0 0
- -
1 At-% 1 at%
Cr = Cr =
Rest rest
Sie enthält mindestens 90 Vol.-% einer Mischung der intermetallischen Phasen Cr3Si und M03SÌ. Das Si wirkt sich günstig auf die Hochtemperatur-Korrosionsfestigkeit insbesondere gegenüber Schwefel aus, während das Mo die Warmfestigkeit weiter steigert. Das letztere gilt auch vom Einfluss des W. It contains at least 90% by volume of a mixture of the intermetallic phases Cr3Si and M03SÌ. The Si has a favorable effect on the high-temperature corrosion resistance, particularly against sulfur, while the Mo further increases the heat resistance. The latter also applies to the influence of W.
Claims (1)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH3976/89A CH679312A5 (en) | 1989-11-03 | 1989-11-03 | |
| DE59005675T DE59005675D1 (en) | 1989-11-03 | 1990-10-22 | Oxidation and corrosion resistant high temperature alloy based on an intermetallic compound. |
| EP90120262A EP0425972B1 (en) | 1989-11-03 | 1990-10-22 | Oxidation- and corrosion-resistant heat-resisting alloy, based on an intermetallic compound |
| AT9090120262T ATE105593T1 (en) | 1989-11-03 | 1990-10-22 | OXIDATION AND CORROSION RESISTANT HIGH TEMPERATURE ALLOY BASED ON AN INTERMETALLIC COMPOUND. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH3976/89A CH679312A5 (en) | 1989-11-03 | 1989-11-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH679312A5 true CH679312A5 (en) | 1992-01-31 |
Family
ID=4267477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH3976/89A CH679312A5 (en) | 1989-11-03 | 1989-11-03 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP0425972B1 (en) |
| AT (1) | ATE105593T1 (en) |
| CH (1) | CH679312A5 (en) |
| DE (1) | DE59005675D1 (en) |
Families Citing this family (3)
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| WO1993007302A1 (en) * | 1991-10-10 | 1993-04-15 | Battelle Memorial Institute | Oxidation-resistant refractory metal alloys |
| US5330590A (en) * | 1993-05-26 | 1994-07-19 | The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration | High temperature creep and oxidation resistant chromium silicide matrix alloy containing molybdenum |
| DE59408967D1 (en) * | 1994-10-17 | 2000-01-05 | Asea Brown Boveri | Alloy based on a silicide containing at least chromium and molybdenum |
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| GB943228A (en) * | 1956-10-22 | 1963-12-04 | Commw Of Australia | Improved chromium-tungsten-silicon alloys |
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1989
- 1989-11-03 CH CH3976/89A patent/CH679312A5/de not_active IP Right Cessation
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1990
- 1990-10-22 AT AT9090120262T patent/ATE105593T1/en not_active IP Right Cessation
- 1990-10-22 DE DE59005675T patent/DE59005675D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-22 EP EP90120262A patent/EP0425972B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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| EP0425972A1 (en) | 1991-05-08 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |