DD142206A5 - PLATINUM METAL CONTAINING ALLOYS - Google Patents
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Description
21 1 398 -<·-21 1 398 - <· -
Platinmetallhaltige LegierungenPlatinum-metal-containing alloys
Die ,vorliegende Erfindung bezieht sich auf platinmetallhaltige Legierungen. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung Gamma-Primärlegierungen auf Nickel-Chrom-Grundlage mit einem Gehalt an Platinmetallen·The present invention relates to platinum metal-containing alloys. More particularly, the present invention relates to nickel chromium based gamma primary alloys containing platinum metals.
Aus der GB-PS 1 520 630 sind bestimmte platinmetallhaltige Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis bekannt, die sich wie folgt zμsammensetzen:From GB-PS 1 520 630 certain platinum metal-containing alloys based on nickel and cobalt are known, which are composed as follows:
a) Zu 40-78 % aus Nickel und/oder Kobalt,a) To 40-78 % of nickel and / or cobalt,
b) in geringen Mengen bis 25 % aus Chrom,b) in small amounts up to 25% chromium,
c) in geringen Mengen bis 15 % aus Platinmetallen undc) in small amounts up to 15% of platinum metals and
d) in geringen Mengen bis 13 % aus Aluminium und oder Titan.d) in small amounts up to 13% of aluminum and or titanium.
Derartige Legierungen verfugen über eine bemerkenswerte hochtemperaturbeständige Leistungsfähigkeit, im besonderen mit Bezug auf ihre Festigkeit und Dauerstandfestigkeit, lind eignen sich ganz besonders für solche Verwendungszwecke, wie zur Herstellung von Teilen für die Verwendung in der Glasindustrie und in jenem Teil der Plugmotorenindustrie, wo es sich um Strahltriebwerke und Gasturbinen handelt.Such alloys have a remarkable high temperature resistant performance, particularly with regard to their strength and creep resistance, and are particularly suitable for such uses as the manufacture of parts for use in the glass industry and in that part of the plug motor industry where it is Jet engines and gas turbines act.
Die-metallurgische Struktur (Peinstruktur) der Legierungen entsprechend der GB 1 520 630 besteht aus einem GrundgefügeThe metallurgical structure (Peinstruktur) of the alloys according to GB 1 520 630 consists of a basic structure
211 398211 398
-2- 31.7.1979-2- 31.7.1979
AP C 22 C/211 398 (55 134/12)AP C 22 C / 211 398 (55 134/12)
der Nickel-Chrom-Gamma-Phase einschließlich eines kleineren Mengenanteiles des vorhandenen Platinmetalles zusammen mit bis zu etwa 65 'Gew.-% der Gamma-Primärphase, die sich hauptsächlich aus Trinickelaluminid (Ni-JIl) zusammensetzt, substituiert durch ein Metall der Platingruppe, Chrom und andere Legierungsbestandteile· Der größte Mengenanteil an dem Platinmetall, wobei es sich wahrscheinlich um mehr als 90 % handelt, liegt in der Gamma-Primärphase vor und wir sind der Meinung, daß wir es mit einer Substitution vorwiegend für die Aluminium-Komponente der besagten Phase zu tun haben.the nickel-chromium gamma phase including a minor proportion of the platinum metal present together with up to about 65% by weight of the gamma prime phase, which is composed mainly of trinickel aluminide (Ni-JIl) substituted by a platinum group metal; Chromium and Other Alloy Constituents · The majority of the platinum metal, which is likely to be more than 90 % , is in the gamma primary phase and we believe that it is substitution predominantly for the aluminum component of the said Phase have to do.
Obgleich das Trinickelaluminid selbst keine brauchbaren physikalischen Eigenschaften für Anwendungen unter harten Beanspruchungen aufweist, wie sie weiter oben beschrieben wurden, so wird im allgemeinen nichtdestoweniger die Auffassung vertreten, daß es gerade an dem Vorhandensein des Trinickelaluminides, wobei wir es mit einer Gamma-Primärphase zu tun haben, zumal im besonderen eine derartige Phase auch ein Platinmetall enthält, in Verbindung mit einer anderen Phase oder mit mehreren anderen Phasen liegt, was zur hochtemperaturbeständigen Leistungsfähigkeit beiträgt» Es wird ebenfalls die Meinung vertreten, daß Legierungen mit einem Gamma-Primär-Grundgefüge eine höhere Temperaturleistungsfähigkeit aufweisen, verglichen mit Legierungen mit einem Gamma-Grundgefüge, durchsetzt mit einer Ausscheidung einer Gamma-Primärphase· Aber bisher wiesen derartige Legierungen die Tendenz auf, über einen relativ schlechten Korrosionswiderstand zu verfügen, im besonderen bei erhöhten Temperaturen«Although the trinickel aluminide itself does not have useful physical properties for heavy duty applications as described above, it is generally believed that it is the presence of trinickel aluminide that we are dealing with in a gamma primary phase In particular, such a phase also contains a platinum metal, in conjunction with another phase or with several other phases, which contributes to the high-temperature resistant performance. "It is also believed that alloys having a gamma-prime fundamental structure have higher Temperature performance compared to alloys having a gamma base structure interspersed with a precipitation of a gamma prime phase. But so far, such alloys have a tendency to have a relatively poor corrosion resistance, in particular at elevated n temperatures «
2 1 1 398 -3- .31.7.19792 1 1 398 -3- .31.7.1979
: AP C 22 C/211: AP C 22 C / 211
(55 134/12)(55 134/12)
Ziel der Erfindung ist es, den Korrosionswiderstand von Legierungen insbesondere bei hohen Temperaturen zu verbessern.The aim of the invention is to improve the corrosion resistance of alloys, especially at high temperatures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue platinhaltige Legierungen mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen©The invention has for its object to provide new platinum-containing alloys with improved properties ©
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Legierung auf Nickel- und Chromgrundlage, die sich, abgesehen von Verunreinigungen aus Aluminium (4-13i5 %), Chrom (in kleinen Mengen bis zu 6 %), einem Metall oder mehreren Metallen der Platingruppe (in kleinen Mengen bis zu 20 % insgesamt) sowie als Rest aus Nickel zusammensetzt (Angaben in Gew«-%)·According to a first aspect of the present invention, it is a nickel and chromium based alloy which, except for impurities of aluminum (4-13i5 %) , chromium (in small amounts up to 6%), one or more metals the platinum group (in small amounts up to 20 % in total) and the balance of nickel (in% by weight) ·
Unter Metall der Platingruppe wird verstanden Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Palladium und Osmium· Von diesen Platinmetallen werden für den Einsatz im 'besonderen ein Metall aus der Reihe Platin, Rhodium und Ruthenium oder mehrere Metalle dieser Reihe bevorzugt·By platinum group metal is meant platinum, rhodium, iridium, ruthenium, palladium and osmium. Of these platinum metals, preference is given to platinum metals, platinum, rhodium and ruthenium, or more metals of this series for use in particular.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Legierung gemäß dem ersten Aspekt und auch mit Mengenanteilen an Hafnium (in kleinen Mengen bis zu 5 %) und/oder Titan (in kleinen Mengen bis zu 6 %) und/oder Tantal (in kleinen Mengen bis zu 12 %)·According to a second aspect of the present invention is an alloy according to the first aspect and also with amounts of hafnium (in small amounts up to 5 %) and / or titanium (in small amounts up to 6%) and / or tantalum ( in small quantities up to 12%) ·
211 398 -4- 31.7.1979211 398 -4- 31.7.1979
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Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Legierung gemäß entweder den ersten oder zweiten Aspekten und des weiteren mit kleinen Mengenanteilen bis zu den spezifizierten Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Metalle:According to a third aspect of the present invention, it is an alloy according to either the first or second aspects and further comprising small amounts to the specified weight percent of one or more of the following metals:
Niob 6 % Skandium, Yttrium oderNiobium 6 % scandium, yttrium or
v«ui.v,r,+^-p.p λ ir ot deren Oxide und/oder Kohlenstoff 0,15 % Seltenerdmetalle oderv «ui.v, r, + ^ - pp λ ir ot their oxides and / or carbon 0.15 % rare earth metals or
Bor 0,1 % Oxide 3 % Boron 0.1% oxides 3 %
Kobalt 10 % Silizium 0,25 % Cobalt 10 % silicon 0.25 %
Molybdän 14 % Magnesium . 1 % Molybdenum 14% magnesium. 1 %
Wolfram H % Eisen 10 %Tungsten H% iron 10%
Zirkon 1,75 % Mangan . 0,25 %Zircon 1.75% manganese. 0.25%
Vanadin 2 %Vanadium 2%
Es versteht sich, daß zusätzlich zu den Oxiden des Skandiums, des Yttriums und der Seltenerdmetalle, die weiter oben erwähnt wurden, andere Bestandteile der Legierungen, zum Beispiel das Zirkon, gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise in Form ihrer Oxide vorhanden sein könneno Die genannten Oxide können entweder als solche den anderen Legierungsbestandteilen zugegeben oder sie können in situ unter den Bedingungen der Legierungsbildung gebildet werden.It will be understood that in addition to the oxides of scandium, yttrium and the rare earth metals, which were mentioned above, other components of the alloys, for example, zirconium may be present in the form of their oxides according to the present invention at least partially o Said Oxides may either be added as such to the other alloying constituents or they may be formed in situ under the conditions of alloying.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Legierung weist die folgende Zusammensetzung in Gew,-% auf: Aluminium 7,3 %, Titan 0,8 %, Kobalt 6,5 %9 Niob 0,99 %, Molybdän 1,0 %, Tantal 10,5 %, Chrom 2 %, Wolfram 2 %, Kohlenstoff 0,05 %9 Bor 0,01 %, Zirkon 0,07 %, Platin 7,5 % und als Rest Nickel·A preferred alloy according to the invention has the following composition in% by weight: aluminum 7.3%, titanium 0.8%, cobalt 6.5 % 9 niobium 0.99%, molybdenum 1.0%, tantalum 10.5 % , Chromium 2%, tungsten 2%, carbon 0.05 % 9 boron 0.01%, zircon 0.07%, platinum 7.5 % and the balance nickel ·
2 1 1 398 -5- 31.7.197 92 1 1 398 -5- 31.7.197 9
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Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen ein Grundgefüge aus einer dendritischen Gamma-Primärphase auf, wobei Einlagerungen aus Gamma- und/oder Beta- sowie Alpha-Boriden bzw. -Karbiden usw. zwischen den einzelnen Gebilden zu verzeichnen sind· Die genaue Struktur ist von dem Gehalt an Aluminium abhängig. Es wird die Auffassung vertreten, daß die Platinmetalle wenigstens in den Gamma-Primärphasen und in den HiAl-Beta-Phasen in Erscheinung treten. Die Legierungen können mit Hilfe der Standard-Vakuumschmelz- und Gießverfahren hergestellt werden oder beispielsweise durch mechanisches Legieren. Ein bevorzugtes Verfahren macht von einer Erstarrung in einer Richtung Gebrauch, wodurch die mechanische Festigkeit in der Erstarrungsrichtung verbessert wird.The alloys according to the invention have a basic structure of a dendritic gamma primary phase, wherein deposits of gamma and / or beta as well as alpha borides or carbides etc. can be recorded between the individual structures. The exact structure depends on the content Aluminum dependent. It is believed that the platinum metals appear at least in the gamma prime phases and in the HiAl beta phases. The alloys can be made by standard vacuum melting and casting techniques or by mechanical alloying, for example. A preferred method makes use of solidification in one direction, thereby improving the mechanical strength in the solidification direction.
Es wurde festgestellt, daß Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine temperaturbeständige Leistungsfähigkeit bis etwa 1100 0G mit Bezug auf die Festigkeit und die Oxydationsbeständigkeit aufweisen, wodurch sie den meisten bekannten Superlegierungen auf Nickelgrundlage überlegen und ungefähr mit den Legierungen der früheren Art vergleichbar sind, die über ein Grundgefüge aus einer Gamma-Primärphase verfügen. Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen ebenfalls eine größere Warmkorrosionsbeständigkeit auf, verglichen mit den meisten bekannten Superlegierungen der früheren Zusammensetzung und auch mit den Legierungen mit einem Gamma-Primär-Grundgefüge der früheren Art«,It has been found that alloys having a temperature-resistant performance of the present invention to about 1100 0 G with respect to the strength and oxidation resistance, which makes them superior to most known superalloys, nickel base and are roughly comparable with the alloys of the former type, which have a basic structure of a gamma primary phase. The alloys of the present invention also exhibit greater resistance to hot corrosion as compared to most known superalloys of the prior composition and also to the alloys having a gamma prime base structure of the earlier type.
Die folgende Tabelle 1 liefert Beispiele für erfindungsgemäße Legierungen zusammen mit verschiedenen LegierungenThe following Table 1 gives examples of alloys according to the invention together with various alloys
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31.7.1979 AP C 22 C/211 (55 134/12)31.7.1979 AP C 22 C / 211 (55 134/12)
398398
bekannter Zusammensetzung. Die Zahlenangaben für die Zusammensetzung der Legierungen basieren auf den zugegebenen Mengenanteilen und es versteht sich» daß eine Analyse irgendeiner gegebenen Legierung wahrscheinlich zu Werten führen würde, die sich geringfügig von den angegebenen Werten unterscheiden würden·known composition. The figures for the composition of the alloys are based on the proportions added and it is understood that an analysis of any given alloy would likely result in values that would differ slightly from the indicated values.
Die weiter unten folgende Tabelle 2 sowie die Pig· 1 'bis 5 enthalten Ergebnisse für verschiedene erfindungsgemäße Legierungen im Vergleich mit verschiedenen bekannten Legierungen bei Prüfungen zur Ermittlung der Korrosionsbeständigkeit bei Einwirkung einer Salzschicht an der Luft· Bei jeder Abbildung ist das Ergebnis für die Legierung K (Trinickelaluminid - Ni^Al) zu Vergleichszwecken mit einbezogen·Table 2 below and Pig. 1 'to 5 contain results for various inventive alloys in comparison with various known alloys in tests for determining the corrosion resistance under exposure to a salt layer in air. In each figure, the result for the alloy is K (Trinickel aluminide - Ni ^ Al) included for comparison purposes
Tabelle 1 : Zusammensetzung der Legierungen (in Gew,-%) Table 1: Composition of the alloys (in% by weight)
Legie- Pt Ni Al rungenLegie Pt Ni Al rungen
Ti Cr Co W Mo TaTi Cr Co W Mon Ta
Hb andere ElementeHb other elements
Tabelle 2: Ergebnisse der Salzschicht-Korrosionsprüfung bei 900 0C (1,5 mg/cm2 Table 2: Results of the salt-layer corrosion test at 900 ° C. (1.5 mg / cm 2
Legie- Prüfdauer in Stunden und Gewichtszunahme in mg/cm*Legion test duration in hours and weight gain in mg / cm *
rungen —ments -
24 Stunden 48 Stunden 72 Stunden 96 Stunden24 hours 48 hours 72 hours 96 hours
Die weiter unten folgende Tabelle 3 und die Pig. 6 enthalten Ergebnisse von Prüfungen auf Sulfidationsbeständigkeit im völlig eingetauchten Zustand bei 925 0C für die Legierung GP5 in einer Gegenüberstellung zu der Legierung GP4 und Fig. 7 enthält Ergebnisse von Untersuchungen der zyklischen Oxydationsbeständigkeit in bezug auf zwei erfindungsgemäße Legierungen in einer Gegenüberstellung zu einer im Handel erhältlichen Superlegierung.Table 3 below and the Pig. 6 contain the results of tests for sulfidation resistance in the fully immersed state at 925 0 C for the alloy GP5 in a comparison to the alloy GP4 and Fig. 7 contains results of tests of the cyclic oxidation resistance with respect to two alloys of the invention in comparison to a commercially available superalloy.
Bei den Untersuchungen der zyklischen Oxydationsbeständigkeit bestand jeder Zyklus darin, die betreffende Legierung bis auf 1100 C zu erwärmen und sie auf dieser Temperatur insgesamt 40 Minuten lang zu halten und im Anschluß daran die Legierung auf 20 0C abzukühlen und sie auf dieser Temperatur insgesamt 20 Minuten lang zu halten«In cyclic oxidation resistance studies, each cycle consisted of heating the alloy to 1100 C and keeping it at this temperature for a total of 40 minutes, then cooling the alloy to 20 ° C. and keeping it at this temperature for a total of 20 minutes long to keep «
211 398 -9- 31.7.1979211 398 -9- 31.7.1979
AP C 22 C/211 398 (55 134/12)AP C 22 C / 211 398 (55 134/12)
In Abbildung 7 entspricht die Legierung MAR M 200 einer im Handel erhältlichen Legierung, die zu Vergleichszwecken mit in die graphische Darstellung aufgenommen wurde· Sie besteht aus 9 % Chrom, 10 % Kobalt, 12 % Wolfram, 1 % Niob, 5 % Aluminium, 2 % Titan, 0,15 % Kohlenstoff, 0,015 % Bor, 0,05 % Zirkon und der Rest aus Nickel.In Figure 7, the MAR M 200 alloy is a commercially available alloy that has been included in the graph for comparison purposes. It consists of 9 % chromium, 10 % cobalt, 12 % tungsten, 1% niobium, 5 % aluminum, 2 % Titanium, 0.15 % carbon, 0.015 % boron, 0.05% zirconium and the balance nickel.
Tabelle 3: SuIfidationsprüfung bei 925 0C im völlig einge-" tauchten Zustand in 10 % NaCl und Table 3: SuIfidationsprüfung at 925 0 C in the completely einge- "immersed state in 10% NaCl and
Legie- Versuchsdauer in Stunden und entzunderter rung · Gewichtsverlust je FlächeneinheitLegacy test duration in hours and descaled · Weight loss per unit area
(in mg/cm )(in mg / cm)
1 Stunde 4 Stunden 1 5 Stunden1 hour 4 hours 1 5 hours
GP4 149*1 mg/cm 430,7 mg/cm völlig angegriffenGP4 149 * 1 mg / cm 430.7 mg / cm completely attacked
GP5 9,4 mg/cm2 40,1 mg/cm2 8,09 mg/cmGP5 9.4 mg / cm 2 40.1 mg / cm 2 8.09 mg / cm
Claims (7)
eines der Metalle Hafnium (in kleinen Mengen bis 5 %), Titan (in kleinen Mengen bis 6 %) und Tantal (in kleinen Mengen bis 12) oder mehrere dieser Metalle vorhanden sind.2. Alloy according to item 1, characterized in that
one of the metals hafnium (in small amounts up to 5 %) , titanium (in small amounts up to 6 %) and tantalum (in small amounts up to 12) or more of these metals are present.
deren Oxide und/oder
Seltenerdmetalle oder
Oxide 3 % Scandium, yttrium or
their oxides and / or
Rare earth metals or
Oxides 3 %
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