CZ342696A3 - Intermetallic base alloy of nickel and aluminium - Google Patents

Intermetallic base alloy of nickel and aluminium Download PDF

Info

Publication number
CZ342696A3
CZ342696A3 CZ963426A CZ342696A CZ342696A3 CZ 342696 A3 CZ342696 A3 CZ 342696A3 CZ 963426 A CZ963426 A CZ 963426A CZ 342696 A CZ342696 A CZ 342696A CZ 342696 A3 CZ342696 A3 CZ 342696A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
chromium
alloy
tantalum
nial
intermetallic
Prior art date
Application number
CZ963426A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Gerhard Sauthoff
Benedikt Zeumer
Original Assignee
Siemens Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag filed Critical Siemens Ag
Publication of CZ342696A3 publication Critical patent/CZ342696A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

A nickel-aluminium intermetallic basis alloy has a structure mainly made of the binary phase NiAl and further contains the elements chromium and tantalum. The total proportion of the elements chromium and tantalum amounts to maximum 12 % by atoms. The preferable content ranges lie from 0.3 to 3.8 % by atoms tantalum and from 1.0 to 9.0 % by atoms chromium. The nickel-aluminium intermetallic basis alloy is characterised in particular by a high oxidation resistance at high temperatures, such as 1350 DEG C. It is therefore suitable for producing pieces exposed to a high and continuous thermal stress, such as gas turbine blades. This high oxidation resistance allows additional anti-oxidation layers to be dispensed with.

Description

Intermetalická základní slitina niklu a hliníkuIntermetallic base alloy of nickel and aluminum

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká intermetalické základní slitiny niklu a hliníku, která obsahuje podvojnou fázi NiAl. Vynález se také týká použití intermetalické základní slitiny niklu a hliníku.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an intermetallic base alloy of nickel and aluminum comprising a double phase NiAl. The invention also relates to the use of an intermetallic base alloy of nickel and aluminum.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Tato intermetalická niklo-hliníková základní slitina je známa z článku NiAl Alloys for High Temperature Structural Applications (Niklo-hliníkové slitiny pro konstrukční díly používané při vysokých teplotách), uveřejněného v Journal of Metals z března 1991, str. 44 a další.This intermetallic nickel-aluminum base alloy is known from NiAl Alloys for High Temperature Structural Applications, published in the Journal of Metals of March 1991, p. 44 et seq.

V DE-AS 18 12 144 je popsán způsob výroby vysoce pevných niklo-hliníkových materiálů s dobrou odolností proti oxidaci. Při tomto způsobu se niklový prášek smíchá s hliníkovým práškem a potom se slisuje a tváří za studená, takže vzniká samonosné a soudržné tvarové těleso s vláknitou nebo laminární strukturou. Podíl niklu v tomto materiálu je nejméně 80 % a podíl hliníku nejvýše 20 %. Soudržné tvarové těleso se potom v další fázi při postupně zvyšovaných teplotách tváří za tepla. Vedle pevného roztoku hliníku v niklu vzniká přitom přídavně především sloučenina Ni3Al. Tento pevný roztok a stejně tak sloučeninu Ni3Al je možno prokázat analýzou prováděnou pomocí rentgenového záření. Zda vznikají způsobem podle vynálezu v materiálu další sloučeniny niklu a hliníku není z tohoto spisu zřejmé.DE-AS 18 12 144 describes a process for producing high strength nickel-aluminum materials with good oxidation resistance. In this process, the nickel powder is mixed with the aluminum powder and then compressed and cold formed to form a self-supporting and cohesive molding with a fibrous or laminar structure. The proportion of nickel in this material is at least 80% and the proportion of aluminum at most 20%. The cohesive molding is then subjected to hot forming in the next phase at gradually increasing temperatures. In addition to the solid solution of aluminum in nickel, the Ni 3 Al compound is additionally produced. This solid solution as well as the Ni 3 Al compound can be detected by X-ray analysis. Whether other nickel and aluminum compounds are formed in the material according to the invention is not apparent from this specification.

Úkolem vynálezu je především dosáhnout zlepšení termomechanických vlastností slitin niklu a hliníku. K těmto vlastnostem patří zejména dostatečná pevnost za tepla, odolnost proti oxidaci a stálost při tepelných rázech. Dalším úkolem vynálezu je nalezení vhodného použití pro tuto novou slitinu niklu a hliníku.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is primarily to improve the thermomechanical properties of nickel-aluminum alloys. These properties include, in particular, sufficient heat strength, oxidation resistance and thermal shock resistance. Another object of the invention is to find a suitable application for this new nickel-aluminum alloy.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Tento úkol je vyřešen intermetalickou slitinou niklu a hliníku, která obsahuje převážně binární fázi NiAl a přídavně chrom a tantal, přičemž oba prvky, chrom a tantal, je ve slitině obsažen v celkovém podílu do 12 at.%, a která volitelně obsahuje přídavně nejméně jeden prvek ze skupiny obsahující železo, molybden, wolfram, niob a hafnium, jejichž jednotlivé podíly mohou být do 1 at.% a celkový součet podílů těchto prvků nemá překročit 3 at.%. Podíl binární fáze NiAl na celkovém složení slitiny je v atomárním množství 70 až 95 at.%, zejména 85 až 90 at.%. Výhodně obsahuje slitina 0,3 až at.3,8 % tantalu a 1,0 ažThis object is achieved by an intermetallic nickel-aluminum alloy which contains predominantly the binary phase NiAl and additionally chromium and tantalum, both chromium and tantalum being present in the alloy in a total proportion of up to 12 at.% And optionally additionally containing at least one an element from the group containing iron, molybdenum, tungsten, niobium and hafnium, the individual proportions of which may be up to 1 at.% and the total sum of the proportions of these elements shall not exceed 3 at.%. The proportion of the NiAl binary phase in the total alloy composition is in an atomic amount of 70 to 95 at%, in particular 85 to 90 at%. Preferably, the alloy contains 0.3 to at

9,0 at.% ohromu. Uvnitř tohoto rozsahu se za výhodná považují rozmezí 0,3 at.% až 0,9 at.% tantalu a 1,0 at.% až 3,0 at.% popřípadě 0,7 až 3,0 at.% tantalu a 6,0 až 9,0 at.% ohromu.9.0 at.% Amazement. Within this range, a range of 0.3 at.% To 0.9 at.% Tantalum and 1.0 at.% To 3.0 at.% Or 0.7 to 3.0 at. , 0 to 9.0 at.

Poměr tantalu k ohromu je 1:3 nebo menší. Při takovém poměru dosahuje koncentrace substitučních prvků v NiAl svého maxima. Přidáním tantalu a ohromu vznikají v intermetalické základní niklo-hliníkové slitině na hranicích zrn binární fáze NiAl vyloučeniny v hrubší raultinární Lavesově fázi, na které se mohou podílet prvky Ni, Al, Cr a Ta. Kromě toho jsou uvnitř zrn NiAl obsaženy vyloučeniny jemnozrnné Lavesovy fáze a a-chromu. Přitom je výhodné, jestliže struktura slitiny sestává v objemových množstvích z 5 % až 11 % Lavesovy fáze, % až 10 % vyloučenin v NiAl a zbytek tvoří NiAl. Zvláště výhodná je taková struktura slitiny, která obsahuje v objemovém množství kolem 11 % Lavesovy fáze na hranicích zrn a asi 10 % vyloučeniny v NiAl, přičemž zbytek tvoří NiAl.The ratio of tantalum to amazement is 1: 3 or less. At such a ratio, the concentration of the substitution elements in NiAl reaches its maximum. By the addition of tantalum and astonishment, the intermetallic base nickel-aluminum alloy at the grain boundaries of the NiAl binary phase forms precipitates in the coarser raultary Laves phase, in which the elements Ni, Al, Cr and Ta can participate. In addition, fines of the fine-grained Laves phase and α-chromium are contained within the NiAl grains. In this case, it is preferred that the alloy structure consists of 5% to 11% Laves phase,% to 10% precipitates in NiAl and the remainder being NiAl. Particularly preferred is an alloy structure which contains about 11% of the Laves phase at the grain boundaries and about 10% of the precipitate in NiAl in bulk, the remainder being NiAl.

Dalšího zlepšení určitých vlastností je možno dosáhnout, jestliže slitina obsahuje nejméně jeden prvek ze skupiny obsahující železo, molybden, wolfram, niob a hafnium v atochromuA further improvement of certain properties can be achieved if the alloy contains at least one element from the group comprising iron, molybdenum, tungsten, niobium and hafnium in atochrome

2a márním množství do 1 %, celkem nejvýše 3 %. Slitina může kromě toho obsahovat stopové prvky jako je kyslík, dusík a síru a také nečistoty, jejichž přítomnosti nelze z výrobních důvodů zamezit.2a to a maximum of 1%, not more than 3% total. In addition, the alloy may contain trace elements such as oxygen, nitrogen and sulfur, as well as impurities whose presence cannot be avoided for manufacturing reasons.

Přidáním tantalu a chrómu v množstvích uvedených v předchozí části se vytvoří zmíněné hrubší, popřípadě jemnozrnné Lavesovy fáze a α-chrom. Tyto vyloučeniny se zpravidla vyskytují v klínových bodech mezer mezi různými zrny NiAl. Větší množství tantalu a chrómu než jsou uvedené hranice může vést iBy adding tantalum and chromium in the amounts mentioned in the previous section, said coarser or fine-grained Laves phases and α-chromium are formed. These precipitates generally occur at the wedge points of the gaps between the different NiAl grains. Greater amounts of tantalum and chromium than the above limits may result

k tomu, že množství vyloučenin dosáhne nežádoucí výše. Po příliš velkém přidání objemových množství Lavesovy fáze vzniká buňková struktura, ve které Lavesova fáze přebírá funkci matrice. Příliš velký podíl Lavesovy fáze ve struktuře slitiny činí tuto interraetalickou slitinu křehkou a obtížněji opracovatelnou.that the amount of precipitates reaches an undesirable amount. If too much Laves phase is added too much, a cell structure arises in which the Laves phase assumes the function of the matrix. Too much of the Laves phase in the alloy structure makes this interraetal alloy brittle and more difficult to process.

Přidáním jednoho nebo několika prvků ze skupiny obsahující železo, molybden, wolfram, niob a hafnium v atomárním množství do 1 %, celkem nejvýše 3 %., se může dosáhnout zvýšení pevnosti při krátkodobém zatížení, ovšem sníží se odolnost materiálu proti tečení. Přidáním hafnia se dosáhne po prvním výskytu koroze lepší soudržnosti vrstvy oxidů.By adding one or more of iron, molybdenum, tungsten, niobium and hafnium in an atomic amount of up to 1%, in total not more than 3%, an increase in short-term strength can be achieved, but the creep resistance of the material is reduced. The addition of hafnium results in a better cohesiveness of the oxide layer after the first occurrence of corrosion.

Úkol zaměřený na použití slitiny je podle vynálezu vyřešen tím, že ze základní slitiny NiAl mohou být vyráběny konstrukční díly plynové turbiny, zejména její díly vystavené působení vysokých teplot jako jsou lopatky plynové turbiny. Konstrukční díly plynové turbiny, vyrobené ze základní slitiny, zejména lopatky turbiny, jsou díky vysoké odolnosti materiálu proti oxidaci zvláště vhodné pro trvalé nasazení v prostředí s vysokými teplotami, dosahujícími například více než 1100°C, zejména 1350°C. Podle konkrétních požadavků je možno u tohoto konstrukčního dílu na rozdíl od materiálů z vysoce legovaných slitin vynechat nanášení přídavné ochranné vrstvy. Takto vyrobené turbinové lopatky sestávají pouze z jediné slitiny bez přídavných nanášených vrstev, takže jejich výroba je podstatně jednodušší a nevyskytují se u nich problémy vyvolávané zajištováním spojení mezi jednotlivými vrstvami.According to the invention, the task of using the alloy is solved by the fact that components of a gas turbine, in particular those exposed to high temperatures such as gas turbine blades, can be manufactured from a NiAl base alloy. The components of a gas turbine made of a base alloy, in particular a turbine blade, are particularly suitable for permanent use in high temperature environments, for example above 1100 ° C, in particular 1350 ° C, due to the high oxidation resistance of the material. Depending on the specific requirements, the application of an additional protective layer can be omitted in this component, unlike the materials of high-alloy alloys. The turbine blades thus produced consist only of a single alloy without additional coatings, so that their manufacture is considerably simpler and does not have the problems of securing the bond between the individual layers.

Intermetalická slitina niklu a hliníku je vhodným materiálem zejména pro výrobu takových předmětů, které musejí mít vysokou pevnost, vysokou žárovzdornost, dobrou houževnatost, dobrou odolnost proti oxidaci a dobrou odolnost proti působě4 ní tepelných rázů. Pevnost leží při mezní hodnotě protažení 0,2 % při pokojové teplotě nad 600 MPa, pevnost zatepla při mezní hodnotě protažení 0,2 % je větší než 200 MPa při 800°C a větší než 90 MPa při 1000°C, houževnatost činí nejméně 7 MPa/m a odolnost proti oxidaci je v řádové hodnotě 5 . . 10“14g2c“4s.The intermetallic nickel-aluminum alloy is a suitable material especially for the production of such articles which must have high strength, high refractoriness, good toughness, good oxidation resistance and good thermal shock resistance. The strength lies at an elongation limit of 0.2% at room temperature above 600 MPa, the hot strength at an elongation limit of 0.2% is greater than 200 MPa at 800 ° C and greater than 90 MPa at 1000 ° C, the toughness is at least 7 MPa / m and oxidation resistance is of the order of 5. . 10 “ 14 g 2 c” 4 p.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Vynález bude blíže objasněn pomocí následujících příkladů provedení intermetalické slitiny niklu a hliníku.The invention will be further elucidated by means of the following examples of an intermetallic nickel-aluminum alloy.

Složení kontrolovaných slitin (v at.%) jsou uvedena v následující tabulce 1.The compositions of controlled alloys (in at%) are given in Table 1 below.

Tabulka 1Table 1

Ni Ni AI AI Ta The Cr Cr Jiné Other SSM 364 SSM 364 45,00 45,00 45,00 45,00 2,50 2.50 7,5 7.5 VA 2823 VA 2823 44,50 44.50 44,50 44.50 2,50 2.50 8,99 8.99 0,39 Fe, 0,105 C 0.39 Fe, 0.105 C USM 2823 USM 2823 44,50 44.50 43,90 43.90 2,90 2.90 8,50 8.50 0,14 Fe, 0,02 C 0.14 Fe, 0.02 C USM 2922 USM 2922 45,00 45,00 45,00 45,00 2,00 2.00 8,00 8.00 PM 75/76 PM 75/76 44,10 44.10 44,10 44.10 2,40 2.40 7,70 7.70 0,09 Fe, 0,06 C, 0,09 0 33 ppm N, 14 ppm S 0.09 Fe, 0.06 C, 0.09 0 33 ppm N, 14 ppm S VA 892 VA 892 44,50 44.50 45,20 45.20 2,53 2.53 7,60 7.60 90 ppm Hf, 0,04 C 20 ppm S, 61 ppm 0 90 ppm Hf, 0.04 C 20 ppm S, 61 ppm 0

Vytvořená struktury, to znamená velikosti zrn, rozdělení vysrážených částic, velikost vysrážených částic, se výrazně mění v závisloti na výrobním procesu. Termodynamickým zpracováním, protlačováním (SP) nebo využitím výrobní linky pro práškovou metalurgii (PM) se homogenizuje rozdělení fázových částic.The structure formed, i.e. the grain size, the distribution of the precipitated particles, the size of the precipitated particles, varies greatly depending on the production process. The thermodynamic treatment, extrusion (SP) or use of the powder metallurgy (PM) production line homogenises the phase particle distribution.

Také mechanické vlastnosti slitin jsou silně závislé na zvoleném výrobním procesu. Při výrobě těchto slitin se použilo následujících výrobních postupů:Also, the mechanical properties of the alloys are strongly dependent on the selected production process. The following manufacturing processes were used to manufacture these alloys:

- směrovaného tuhnutí jako možnosti vytvoření bezchybné struktury odlévací technologií. Výrobní parametry odpovídají parametrům superslitin (viz U. Paul, VDI-Fortschrittbericht č. 264, nakladatelství VDI),- directed solidification as a possibility of creating a flawless structure by casting technology. Production parameters correspond to the parameters of superalloys (see U. Paul, VDI-Fortschrittbericht No. 264, VDI Publishing),

- práškové metalurgie: vháněním inertního plynu tryskou a následným izostatickým lisováním za tepla při 125O°C,- powder metallurgy: injection of inert gas through a nozzle and subsequent hot isostatic pressing at 125 ° C,

- protlačováním pro homogenizaci struktury a nastavením defitivní velikosti průměru zrn při 1250°C,- extrusion to homogenize the structure and adjust the defective grain size at 1250 ° C,

- lisováním za tepla ve víceosém stavu napjatosti a 1100°C.- hot pressing in a multiaxial state of stress and 1100 ° C.

Usměrněně ztuhlé vzorky mají jednoznačně vyšší pevnost, zatímco například protlačovaný materiál má sníženou nebo velmi nízkou pevnost. V následující tabulce 2 jsou uvedeny hodnoty při mezi průtažnosti 0,2 %, dosažené při zkoušce pěchováním, pro různé slitiny a také pro NiAl.The rectified solidified samples have a clearly higher strength while, for example, the extruded material has a reduced or very low strength. The following table 2 shows the yield strength values of 0.2% achieved in the upsetting test for various alloys and also for NiAl.

Tabulka 2Table 2

Teplota v °C Slitina č.: Temperature in ° C Alloy No .: 23 23 200 200 400 400 600 600 800 800 900 900 1000 1000 1100 1100 1200 1200 SSm 364 SSm 364 650 650 520 520 520 520 451 451 201 201 146 146 94 94 60 60 46 46 VA 2823 VA 2823 640 640 524 524 414 414 264 264 137 137 83 83 USM 2823 USM 2823 1501 1501 1494 1494 584 584 404 404 186 186 125 125 88 88 PM 75 PM 75 814 814 593 593 456 456 284 284 126 126 65 65 PM 76 PM 76 869 869 562 562 466 466 275 275 133 133 5151 VA 892 VA 892 133 133 SP 75 SP 75 730 730 581 581 344 344 294 294 113 113 69 69

Odpor prot tečení (v MPa) sledovaných slitin při tlakové zkoušce (sekundární stacionární pevnost při tečení jako funkce rychlosti prodlužování [v 1/s] při 1000°C a 1100°C) je zobrazen v tabulce 3.The creep resistance (in MPa) of the alloys under pressure test (secondary stationary creep strength as a function of elongation rate [v / s] at 1000 ° C and 1100 ° C) is shown in Table 3.

Tabulka 3Table 3

Rychlost prodluYlžování v 1/s Slitina č?Sv Elongation speed in 1 / sec Sv 1,00E-08 při 1000° c 1.00E-08 at 1000 ° C 1,00E-07 při 1000° c 1.00E-07 at 1000 ° C l,00E-06' 1.00E-06 ' 1,00E-08 při 1100° c 1.00E-08 at 1100 ° c 1,00E-07 při 1100° c 1.00E-07 at 1100 ° c 1,OOE-06 při 1100° c 1, OOE-06 at 1100 ° c při 1000° c at 1000 ° C SSm 364 SSm 364 19,90 19.90 36,10 36.10 55,50 55.50 14,60 14.60 20,00 20,00 34,60 34.60 VA/SM VA / SM 16,5 16.5 23,20 23.20 33,40 33.40 USM 2823 odlitek USM 2823 casting 79,00 79,00 98,00 98.00 28,50 28.50 32,80 32.80 39,00 39,00 PM 75 PM 75 13,90 13.90 22,90 22.90 36,80 36.80 17,50 17.50 PM 76 PM 76 11,20 11.20 19,90 19.90 33,80 33.80 11,00 11.00 SP 75 SP 75 10,00 10.00 18,00 18.00 33,90 33.90 11,10 11.10

Pevnosti těchto slitin při tečení jsou vyšší než pevnosti srovnatelných intermetalických fází při tečení, například jsou vyšší než pevnosti binárních slitin NiAl, popřípadě NiAlCr při tečení.The creep rupture strengths of these alloys are higher than the creep rupture strengths of comparable intermetallic phases, for example they are higher than the creep rupture strengths of the binary alloys NiAl or NiAlCr.

Tabulka 4a obsahuje srovnání meze průtažnosti 0,2 % (v MPa) při zkoušce konvenční vysoce legované slitiny, uváděné v následujících tabulkách pro zkrácení jako superslitina, binární slitiny NiAl a slitiny NiAl-Ta-Cr tlakem.Table 4a contains a comparison of the yield strength of 0.2% (in MPa) in the conventional high alloy alloy test given in the following tables for abbreviation as superalloy, binary NiAl alloys, and NiAl-Ta-Cr alloys by compression.

Tabulka 4aTable 4a

Teplota: Temperature: Superslitina Superalloy Ni50A150 Ni 50 A1 50 NiAl-Ta-Cr slitina/PM 75 NiAl-Ta-Cr alloy / PM 75 900°C 900 ° C 424 424 47 47 345/205 345/205 1000°C 1000 ° C 135 135 26 26 186/126 186/126 1100°C 1100 ° C 28 28 18 18 125/65 125/65

Vzhledem k mezní hodnotě 0,2 % meze průtažnosti se prokázala výhoda slitiny podle vynálezu při teplotách nad 1000°C.With respect to the limit of 0.2% yield strength, the advantage of the inventive alloy at temperatures above 1000 ° C has been demonstrated.

Srovnání statického odporu superslitiny, binární NiAl slitiny a nové slitiny NiAl-Ta-Cr proti tečení při é - 10-7 1/s v MPa) a při zkoušce tlakem uvádí následující tabulka 4b:The following table 4b compares the static resistance of superalloys, binary NiAl alloys and new NiAl-Ta-Cr alloys to creep at --10-7 l / s MPa) and under pressure testing:

Tabulka 4bTable 4b

Teplota: Temperature: Superslitina Superalloy Ni50A150 Ni 50 A1 50 NiAl-Ta-Cr slitina/PM 75 NiAl-Ta-Cr alloy / PM 75 900°C 900 ° C 424 424 47 47 345/205 345/205 1000°C 1000 ° C nezjišťováno not identified 26 26 186/126 186/126 1100°C 1100 ° C nezj išťováno not identified 18 18 125/65 125/65

Oproti konvenčním vysoce legovaným slitinám má slitina NiAl-Ta-Cr výhodu, že i při teplotách nad 1050°C až 1150°C má dostatečnou pevnost. U této slitiny nedochází k žádnému náhlému poklesu pevnosti, který by vedl zpět k nižším pevnostním hodnotám v důsledku uvolnění zpevněné fáze.Compared to conventional high-alloy alloys, the NiAl-Ta-Cr alloy has the advantage that it has sufficient strength even at temperatures above 1050 ° C to 1150 ° C. With this alloy, there is no sudden decrease in strength, which would lead to lower strength values due to the release of the solidified phase.

Tabulka 5 ukazuje srovnání hodnot KIC různých keramických materiálů, známých z průmyslové praxe, s hodnotami slitin NiAl-Ta-Cr, vyrobených technikami práškové metalurgie.Table 5 shows a comparison of the K IC values of various ceramic materials known from industrial practice with those of NiAl-Ta-Cr alloys produced by powder metallurgy techniques.

Tabulka 5Table 5

NiAl slitina NiAl alloy NiAl-Ta- -Cr slitina NiAl-Ta- -Cr alloy NiAl-Ta- -Cr Pm NiAl-Ta- -Cr Pm NiAl-Ta- -Cr SP NiAl-Ta- -Cr SP SiC SiC KIC/MPa mTo IC / MPa m 4-5* 4-5 * 4,5 4,5 8 8 8-11 8-11 4,6 4.6

* ReuB, Dissertation, RWTH Aachen* ReuB, Dissertation and RWTH Aachen

Houževnatost intermetalické základní slitiny NiAl je výrazně lepší než naměřené hodnoty pro binární NiAl a SiC.The toughness of the intermetallic NiAl base alloy is significantly better than the measured values for binary NiAl and SiC.

Slitina má dobrou odolnost proti oxidaci, která je řádově 5.10”14 g2cm-4s a která je tak stejná nebo lepší než odolnost binární NiAl proti oxidaci. Oproti vysoce legovaným slitinám nejsou tedy u slitiny podle vynálezu nutné při vysokých teplotách žádné ochranné vrstvy, například z keramického materiálu. Tím jsou odstraněny problémy se spoji mezi keramickými a kovovými částmi.The alloy has a good oxidation resistance, which is of the order of 5.10 " 14 g 2 cm -4 s and which is as equal or better than the oxidation resistance of the binary NiAl. Thus, unlike high-alloy alloys, no protective layers, for example of ceramic material, are required at high temperatures in the alloy according to the invention. This eliminates the connection problems between the ceramic and metal parts.

Slitina podle vynálezu má také dostatečnou odolnost proti tepelným rázům. Při teplotě 1350°C bylo u slitiny podle vynálezu dosaženo 500 teplotních cyklů bez poškození materiálu.The alloy according to the invention also has sufficient thermal shock resistance. At 1350 ° C, 500 temperature cycles were achieved with the alloy of the invention without damaging the material.

Claims (12)

1. Intermetalická základní slitina niklu a hliníku, v yznačující se tím, že obsahující převážně binární fázi NiAl a přídavně také chrom a tantal, přičemž chrom a tantal jsou ve slitině obsaženy v celkovém podílu do 12 at.% a slitina volitelně obsahuje navíc nejméně jeden prvek ze skupiny obsahující železo, molybden, wolfram, niob a hafnium s podílem jednotlivých prvků do 1 at.%, přičemž součet podílů přidaných prvků je nejvýše 3 at.%.Intermetallic nickel-aluminum base alloy, characterized in that it comprises a predominantly binary NiAl phase and additionally also chromium and tantalum, the chromium and tantalum being present in the alloy in a total proportion of up to 12 at.% And optionally comprising at least one an element from the group consisting of iron, molybdenum, tungsten, niobium and hafnium with a proportion of individual elements up to 1 at.%, the sum of the proportions of added elements being not more than 3 at.%. 2. Intermetalická slitina podle nároku 1, vyznačující se tím, že podíl binární fáze NiAl na celkovém složení slitiny je v atomárním či molárním množství 70 % až 95 %, zejména 85 % až 90 %.Intermetallic alloy according to claim 1, characterized in that the proportion of the binary phase NiAl in the total alloy composition is in an atomic or molar amount of 70% to 95%, in particular 85% to 90%. 3. Intermetalická slitina podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje 0,3 až 3,8 at.% tantalu a 1,0 až 9,0 at.% chrómu.Intermetallic alloy according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 0.3 to 3.8 at.% Tantalum and 1.0 to 9.0 at.% Chromium. 4. Intermetalická slitina podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje v atomárním množství 0,3 % až 0,9 % tantalu a 1,0 až 3,0 % chrómu.Intermetallic alloy according to claim 3, characterized in that it contains 0.3 to 0.9% tantalum and 1.0 to 3.0% chromium in atomic amounts. 5. Intermetalická slitina podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje 1,7 at.% až 3,0 at.% tantalu a 6,0 at.% až 9,0 at.% chrómu.5. An intermetallic alloy as claimed in claim 3 comprising 1.7 at.% To 3.0 at.% Tantalum and 6.0 at.% To 9.0 at.% Chromium. 6. Intermetalická slitina podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje tantal a chrom v poměru 1:3 nebo menším.Intermetallic alloy according to claims 1 to 5, characterized in that it contains tantalum and chromium in a ratio of 1: 3 or less. 7. Intermetalická slitina podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že na alespoň některých hranicích zrn NiAl se nachází hrubší Lavesova fáze a uvnitř nejméně některých niklo-hliníkových zrn se vyskytují částice jemnozrnné Lavesovy fáze a a-chromu.Intermetallic alloy according to claims 1 to 5, characterized in that at least some of the NiAl grain boundaries are coarser Laves phase and within at least some nickel-aluminum grains there are particles of fine-grained Laves phase and α-chromium. 8. Intermetalická slitina podle nároku 7, vyznačující se tím, že její struktura obsahuje v objemových množstvích 5 až 11 % částic hrubé Lavesovy fáze a 3 až 10 % částic jemnozrnné Lavesovy fáze a α-chromu v NiAl.Intermetallic alloy according to claim 7, characterized in that its structure contains, by volume, 5 to 11% of coarse Laves phase particles and 3 to 10% of fine-grained Laves phase and α-chromium particles in NiAl. 9. Intermetalická slitina podle nároku 8, vyznačující se tím, že její struktura obsahuje v objemových množstvích přibližně 11 % Lavesovy fáze na hranicích zrn a přibližně 10 % vyloučenin v binárním NiAl.9. The intermetallic alloy of claim 8, wherein the structure contains about 11% of the Laves phase at the grain boundaries and about 10% of the binary NiAl precipitates in bulk. 10. Intermetalická slitina podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jeden prvek ze skupiny obsahující železo, molybden, wolfram, niob a hafnium v atomárním množství do 1 %, celkem nejvýše 3 %.Intermetallic alloy according to claims 1 to 9, characterized in that it contains at least one element from the group comprising iron, molybdenum, tungsten, niobium and hafnium in an atomic amount of up to 1%, in total not more than 3%. 11. Použití intermetalická slitiny niklu a hliníku, obsahující převážně binární fázi NiAl a také tantal a chrom, přičemž celkový podíl tantalu a chrómu ve slitině je nejvýše 12 % hmotnostních, jako materiálu pro výrobu konstrukčních prvků plynových turbin, zejména oběžných lopatek a rozváděčích lopatek turbin.Use of an intermetallic nickel-aluminum alloy containing predominantly the binary phase NiAl as well as tantalum and chromium, wherein the total proportion of tantalum and chromium in the alloy is at most 12% by weight, as a material for producing gas turbine structural elements. . 12. Použití slitiny s materiálovým složením podle jednoho z nároků 1 až 10 jako materiálu pro výrobu předmětů s vysokou pevností (600 MPa při pokojové teplotě a mezním protažení 0,2 %), vysokou pevností za tepla (kolem 200 MPa při teplotě 800°C a více než 90 MPa při teplotě 1000°C při mezním protažení 0,2 %), s dobrou houževnatostí (Kk nejméně 7 MPa/m), odolností proti oxidaci (asi 5.1014 g2cm“4s) a odolností proti tepelným rázům.Use of an alloy with a material composition according to any one of claims 1 to 10 as a material for producing articles of high strength (600 MPa at room temperature and 0.2% elongation), high heat strength (about 200 MPa at 800 ° C) and more than 90 MPa at 1000 ° C at 0.2% elongation), with good toughness (K to at least 7 MPa / m), oxidation resistance (about 5.10 14 g 2 cm 4 s) and heat resistance rázům.
CZ963426A 1994-05-21 1995-05-19 Intermetallic base alloy of nickel and aluminium CZ342696A3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4417936A DE4417936C1 (en) 1994-05-21 1994-05-21 Nickel aluminum alloy
PCT/EP1995/001921 WO1995032314A1 (en) 1994-05-21 1995-05-19 Nickel-aluminium intermetallic basis alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ342696A3 true CZ342696A3 (en) 1997-08-13

Family

ID=6518734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ963426A CZ342696A3 (en) 1994-05-21 1995-05-19 Intermetallic base alloy of nickel and aluminium

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP0760869B1 (en)
JP (1) JPH10500453A (en)
KR (1) KR100359187B1 (en)
CN (1) CN1044493C (en)
CZ (1) CZ342696A3 (en)
DE (2) DE4417936C1 (en)
RU (1) RU2148671C1 (en)
WO (1) WO1995032314A1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE521471C2 (en) 2001-03-27 2003-11-04 Koncentra Holding Ab Piston ring and coating on a piston ring comprising a composite material of a ceramic and an intermetallic compound
CN100422369C (en) * 2006-12-13 2008-10-01 北京航空航天大学 Ti-modified NiAl-Cr(Mo) polyphase eutectic intermetallic compound
BR102013019686B1 (en) 2013-08-01 2020-11-03 Mahle Metal Leve S/A piston ring and its manufacturing process
CN104073688B (en) * 2014-06-19 2016-08-17 湖南科技大学 A kind of NiAl-2.5Ta-7.5Cr alloy is as the application of self-lubricating abrasion-proof material under caustic corrosion operating mode
CN104294328B (en) * 2014-10-23 2017-02-01 上海应用技术学院 Nickel-molybdenum-aluminum-rare earth coating and preparation method thereof
DE102017109156A1 (en) 2016-04-28 2017-11-02 Hochschule Flensburg High-temperature resistant material and its production
CN115595486B (en) * 2022-10-14 2024-03-22 中国科学院金属研究所 Wear-resistant cutting coating for blade tips of high-temperature turbine blades and preparation method and application thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1812144C3 (en) * 1967-12-06 1974-04-18 Cabot Corp., Boston, Mass. (V.St.A.) Process for the production of a high-strength nickel-aluminum material
US5116691A (en) * 1991-03-04 1992-05-26 General Electric Company Ductility microalloyed NiAl intermetallic compounds

Also Published As

Publication number Publication date
KR970703438A (en) 1997-07-03
CN1044493C (en) 1999-08-04
EP0760869B1 (en) 2001-04-25
DE59509221D1 (en) 2001-05-31
CN1150826A (en) 1997-05-28
RU2148671C1 (en) 2000-05-10
WO1995032314A1 (en) 1995-11-30
EP0760869A1 (en) 1997-03-12
KR100359187B1 (en) 2003-01-24
JPH10500453A (en) 1998-01-13
DE4417936C1 (en) 1995-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6221181B1 (en) Coating composition for high temperature protection
US5154885A (en) Highly corrosion and/or oxidation-resistant protective coating containing rhenium
CA2032351C (en) Oxidation resistant low expansion superalloys
EP2532761B1 (en) Cobalt-nickel base alloy and method of making an article therefrom
EP2383356A1 (en) Cobalt-Nickel Superalloys, and Related Articles
JPS6136061B2 (en)
WO1996022402A1 (en) Oxidation resistant molybdenum alloy
JPS63145737A (en) Method for forming fatique cracking resistant nickel base superalloy
US5077004A (en) Single crystal nickel-base superalloy for turbine components
EP1439245B1 (en) A protective coating
Makena et al. A review on sintered nickel based alloys
CZ342696A3 (en) Intermetallic base alloy of nickel and aluminium
WO1992003584A1 (en) Controlled thermal expansion alloy and article made therefrom
US5935349A (en) Intermetallic nickel-aluminum base alloy and material formed of the alloy
EP1760164B1 (en) Nickel-base superalloy
EP0931169B1 (en) Nickel-base alloy and article manufactured thereof
Geethasree et al. Microstructure and mechanical properties of uncoated Nb-18.7 Si and Nb-18.7 Si-5Ti alloys and their improved oxidation resistance after application of silicide coating
US3617397A (en) Cast nickel-base alloy
JPS61183439A (en) Wear resistant sintered hard alloy having superior oxidation resistance
Forsik et al. Recent Developments in the Design of Next Generation γ′-Strengthened Cobalt–Nickel Superalloys
US2842439A (en) High strength alloy for use at elevated temperatures
US3254994A (en) Alloys having improved stress rupture properties
JPS609849A (en) Sintered hard alloy with high strength and oxidation resistance
Frommeyer et al. Intermetallics of aluminum
WO2023131452A1 (en) Mcralx-alloy, powder, coating for protection against corrosion and oxidation and for bonding ceramic insulating coating and component

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic