DD146305A5

DD146305A5 - Superlegierung mit einem gehalt an metallen der platingruppe

Info

Publication number: DD146305A5
Application number: DD79215784A
Authority: DD
Inventors: Duncan R Coupland; Allin S Pratt
Original assignee: Johnson Matthey Co Ltd
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1981-02-04
Also published as: FR2436823B1; PL123058B1; IT7968852A0; IT1119170B; RO78429A; CA1148386A; SE7907757L; NL7907079A; CS218589B2; AU5111879A; PL218500A1; AU523660B2; US4261742A; JPS5547351A; SE446886B; CH644401A5; DE2938589A1; HU184640B; FR2436823A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Legierungen mit einem Gehalt an Metallen der Platingruppe und auf Anwendungen derartiger Legierungen. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Superlegierungen mit einem Gehalt an Metallen der Platingruppe und auf deren Anwendungen. Im besonderen werden die Superlegierungen gemaesz der vorliegenden Erfindung, abgesehen von Verunreinigungen, durch die folgende Zusammensetzung gekennzeichnet: a.) 5 Ma.-% bis 25 Ma.-% Chrom, b.) 2 Ma.-% bis 7 Ma.-% Aluminium, c.) 0,5 Ma.-% bis 5 Ma.-% Titan, d.) wenigstens eines der Metalle Yttrium und Skandium in einem Gesamtmengenanteil von 0,01 Ma.-%, e.) eines oder mehrere der Metalle der Platingruppe Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium und Ruthenium in einem Gesamtmengenanteil von 3 Ma.-% bis 15 Ma.-% und f.) Nickel zur Herstellung des Gleichgewichtes.

Description

Superlegierungen mit einem Gehalt an Metallen der Platingruppe ' ,

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Legierungen mit einem Gehalt an Metallen der Platingruppe sowie auf Anwendungen derartiger Legierungen«, Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung Superlegierungen mit einem Gehalt an Metallen der Platingruppe sowie Anwendungen derartiger Legierungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Bezeichnungsweise "Superlegierung" wird auf diesem Gebiet der Technik auf komplexe Nickel- und/oder Kobaltlegierungen mit Zusätzen von Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, Aluminium und Eisen angewandt, die hohe Werte der mechanischen Festigkeit und der Dauerstandfestigkeit bei erhöhten Temperaturen sowie eine verbesserte Oxydationsbeständigkeit und Warmkorrosionsfestigkeit aufweisen. Im Falle der Uickelsuperlegierungen wird die hohe Warmfestigkeit zum Teil durch eine Einlagerungsmischkristallhärtung unter Verwendung von Wolfram oder Molybdän und zum ^eil durch Ausscheidungshärtung erzielt. Die Ausscheidungen werden durch die Zugabe von Aluminium und Titan hervorgerufen, um die intermetallische Phase ΐ¹ auf der Grundlage des Mo(Ti, Al) innerhalb des Wirtsmaterials zu bilden. Im Falle der Kobaltsuperlegierungen

2157 8 4 -¹Hl- 11.2.1980

AP C 22 C/215 784 56 277 /11

werden in einigen Fällen zum Zwecke einer sekundären mechanischen Verstärkung stabile Metallkarbide küstlich gebildet. ü±e mechanische Verstärkung durch Einlagerungsmischkristalle bildet dabei die Hauptquelle für die Erhöhung der mechanischen Festigkeit.

Die Eigenschaften der Superlegierungen machen sie im allgemeinen ganz besonders geeignet für korrodierend wirkende und/ oder oxidierende Umgebungen, wo eine hohe mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen verlangt wird. Beispielsweise wird in der Glasindustrie und im besonderen bei der Herstellung von Glasfasern, zum Beispiel für Dachdämmstoffe, eine gute Warmfestigkeit in Verbindung mit einer entsprechenden Dauerstandfestigkeit und einer sehr hohen Korrosionsbeständigkeit verlangt. Die sehr hohe Korrosionsbeständigkeit wird deshalb gefordert, weil bestimmte Elemente in dem Glas, in erster Linie ^or und Natrium, bei der Temperatur des geschmolzenen Glases außerordentlich korrodierend in Erscheinung treten.

Des weiteren eignen sich, die Superlegierungen als Werkstoffe für die Herstellung von Konstruktionselementen, wie etwa von Schaufeln, Leitschaufeln usw<>, für Gasturbinenanlagen· Derartige Anlagen arbeiten zum Beispiel als Antriebselemente für Schiffe typischerweise mit geringwertigen Brennstoffen, die einen relativ hohen Schwefelgehalt aufweisen«, Unter diesen'Umständen ist daher eine gute Warmkorrosionsbeständigkeit ebenfalls erforderliche

Gasturbinen für Düsenflugzeuge arbeiten andererseits typischerweise mit qualitativ hochwertigen Brennstoffen, wobei verlangt werden muß, daß die einzelnen Konstruktionselemente der Gasturbine aus Werkstoffen mit einem guten Hochtemperatur-Oxydationswiderstand hergestellt sind« Noch eine weitere Einsatzmöglichkeit für Superlegierungen ist die Brennstoffindustrie, im besonderen betrifft dies die Kohlevergasungsanlagen, die eine zunehmende potentielle Bedeutung erlangen auf Grund des Kohlereichtums relativ zu anderen mineralischen Brennstoffen in der Erdkruste·

Es gibt viele Variationen bei den Kohlevergasungssystemen, aber die meisten von ihnen basieren auf einer von zwei klassischen Methoden* Hierbei wird im Grunde versucht, Wasserstoff an Kohle anzulagern, um auf diesem Wege zu einem Fernleitungsgas zu gelangen, welches über 90 % Methan enthält* Bei der ersten Methode wir.d Kohle mit Dampf umgesetzt, um zu Synthesegas, Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu gelangen. Anschließend erfolgt dann katalytisch eine Rekombination zur Bildung von Methan· Die Kohle/ Dampf-Reaktion ist in hohem Grade wärmeverbrauchend und erfordert sehr hohe Temperaturen, um unter praktischen Einsatzbedingungen entsprechende Wirkungsgrade zu ergeben· Die eingesetzten Geräte unterliegen ebenfalls der Erosion auf Grund der aus einzelnen Teilchen bestehenden Materie, die in dem Reaktionsgasstrom mitgeführt wird» Bei der zweiten Methode unterliegt die Kohle einer destruktiven Hydrierung zur direkten Bildung von Methan; Bei einem Beispiel für diese Methode wird pulverisierte

215 7 84 -3- 11,2.1980

AP C 22 C/215 784 56 277 / 11

und vorbehandelte bituminöse Kohle bei bis zu etwa 1000 ⁰O unter hohen Druckbedingungen mit heißem, rohem wasserstoffreichen Gas zur Umsetzung gebracht, wobei das wasserstoffreiche Gas einen wesentlichen Mengenanteil an Dampf aufweist· Die Vorbehandlung besteht aus einer milden Oberflächenoxydation zum Zwecke der Verhinderung eines Zusammenbackens während der Hydrovergasung.

I¹Ur diese und andere Anwendungen haben sich die Superlegierungen als unentbehrlich erwiesen. Mit den technologischen Fortschritten haben sich jedoch immer härtere Einsatzbedingungen ergeben und die Anforderungen an die Werkstoffe sind infolgedessen immer höher geworden. Es ist festgestellt worden, daß die Superlegierungen nicht unbegrenzt eingesetzt werden können, wie gemeinhin angenommen wird. Denn bei erhöhten Temperaturen in der Größenordnung von etwa 1000 ⁰C weist die Zeitstandzugfestigkeit der Superlegierungen die Tendenz auf, abzunehmen, bedingt dadurch, daß sich die $F ·- Phase in der ^-Phase wiederäuflöst. Eine Lösung dieses Problems wird in unserem GB-PS Nr. 1 520 630 vorgeschlagen. In diesem britischen Patent werden Superlegierungen beschrieben und in den Punkten des Erfindungsanspruchs beansprucht, die Zusätze eines Metalles der Platingruppe oder von mehreren Metallen der Platingruppe enthalten. Die Zugabe von Metallen der Platingruppe weist den Effekt auf, sowohl die mechanische Hochtemperaturfestigkeit und die Dauerstandfestigkeit der Legierung durch Einlagerungsmischkristallhärtung und durch Erhöhung der Temperatur des Wiederauflösens der ^¹-Phase zu verstärken als auch die Oxydationsbeständigkeit und die W_armkorrosionsfestigkeit der Legierungen erheblich zu verbessern. Hierbei handelt es sich um Funktionen der Stabi-

215 7 8 4 -V- 11.2.1980

AP C 22 C/215 784 56 277 / 11

lität des Oberflächenoxides. Gleichzeitig wird die Fähigkeit der Legierung verbessert, einer Korngrenzendurchdringung zu widerstehen.

Wir haben jedoch festgestellt, daß die Aussäge des GB-PS Ur, 1 520 630 nur eine teilweise Lösung der obigen Problematik darstellt, denn, obwohl die Stabilität des Oberflächenoxides gewährleistet wird, stellt die Fähigkeit der Legierung, einer Korngrenzendurchdringung zu widerstehen, nicht in allen Fällen zufrieden„ Durch Dispersionshärtung mechanisch verstärkte Nickellegierungen sind ebenfalls vorgeschlagen worden, um die Hochtemperatur-Dauerstandfestigkeit zu verbessern· Da aber derartige Legierungen keine #*'-Phase im Sinne einer Verstärkungsphase aufweisen, wird ihre Tieftemperatur-Zeitstandzugfestigkeit verschlechert und in jedem Falle nur eine begrenzte ^verbesserung der Oxydationsbeständigkeit oder der Warmkorrosionsfestigkeit erzielt. D_Urch Dispersionshärtung mechanisch verstärkte Superlegierungen, d_e h., Legierungen, die sowohl eine ausgeschiedene T¹-Phase als auch eine Oxiddispersion aufweisen, sind ebenfalls in Vorschlag gebracht worden, aber ihr Nutzen besteht in der Hauptsache darin, die mechanische Festikgkeit zu erhöhen.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Oxydationsbeständigkeit und die Warmkorrosionsfestigkeit der Superlegierungen noch weiter zu erhöhen, so daß sie geeignet sind,für den Umgang mit geschmolzenen Glas, beispielsweise bei der Herstellung von Glasfasern für den Betrieb einer Gasturbine sov/ie

-2^- 11.2.

AP C 22 C/215 56 277 /11

für Konstruktionselemente bei Anlagen für die Kohlevergasung.

Darlegung des Wesens der Erfindung ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Zusammensetzung aufzufinden, welche die Superlegierung befähigt, einer Korngrenzendurchdringung zu widerstehen.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Ziele der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden können, indem erfindungsgemäß entweder Yttrium und/oder Skandium einer öuperlegierung mit einem ^uehalt an Metallen der Platingruppe zugegeben wird, im besonderen, wenn es sich um eine in unserem GB-PS Nr. 1 520 630 beschriebene Superlegierung handelt.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Superlegierung für Konstruktionszwecke bei erhöhten Temperaturen und in sehr stark korrodierenden und/oder oxidierenden Umgebungen, abgesehen von Verunreinigungen, durch die folgende Zusammensetzung gekennzeichnet:

a·) 5 Masse-% bis 25 Masse-% Chrom, b«) 2 Masse-% bis 7 Masse-% Aluminium, c·) 0,5 Masse-% bis 5 Masse-% Titan,

d·) wenigstens eines der Metalle Yttrium und Skandium in einem Gesamtmengenanteil von 0,01 Masse-% bis 3 Masse-%,

e·) eines oder mehrere der Metalle der Platingruppe Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium und Ruthenium in einem Gesamtmengenanteil von 3 Masse-% bis 15 Masse-% und

f*) Nickel zur Herstellung des Gleichgewichtes·

Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Methode für den Umgang mit geschmolzenem Glas, beispielsweise bei der Herstellung von Glasfasern, um eine Methode für die Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemisches in einer Gasturbinenanlage und um eine Methode für die Erzeugung von Fernleitungsgas aus Kohle, gekennzeichnet dadurch, daß hierbei Anlagen verwendet werden, die aus einer Superlegierung konstruiert wurden· Derartige Superlegierungen werden, abgesehen von Verunreinigungen, durch die folgende Zusammensetzung gekennzeichnet:

a.) 5 Masse-% bis 25 Masse-% Chrom, b«) 2 Masse-% bis 7 Masse-% Aluminium, c.) 0,5 Masse-% bis 5 Masse-% Titan,

e·) eines oder mehrere der Metalle der Platingruppe Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium und Ruthenium in einem

215784

Gesamtmengenanteil von 3 Masse-% bis 15 Masse-% und f») Nickel zur Herstellung des Gleichgewichtes·

Superlegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung können durch die Zugabe eines oder mehrerer der in der weiter unten folgenden Tabelle angegebenen Bestandteile in einem Mengenanteil zwischen einer Spurenmenge und der in Masse-% wiedergegebenen Zahlenangabe modifiziert werden: >

Kohlenstoff ··«·<>.·· 0,5

Tantal ········»···· 10 Zirkon ····.·*···«·· 1,5

Eison ·#············ 15

Rhenium ···········# 4

Thorium/Seitenerdmetalle oder Oxide

Die Legierungsbestandteile Yttrium und/oder Skandium können gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens zum Teil in Form ihrer Oxide vorhanden sein·

Superlegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung können frei in zwei Gruppen unterteilt werden· Diese sind als "Aluminiumoxidbildner" bzw· als "öhromoxidbildner" bekannt· Legierungen der ersterwähnten Gruppe enthalten einen Mengenanteil an Aluminium gegen das obere Ende des angegebenen Bereiches von Bestandteilen und tendieren im Falle einer Oxydation dazu, eine dünne aluminiumoxidreiche Schicht zu bilden, und Legierungen der letzteren Gruppe enthalten desgleichen einen Mengenanteil an Chrom gegen das obere Ende des angegebenen Bereiches von Bestandteilen und tendieren im Falle einer Oxydation dazu, eine dünne chromoxidhaltige Schicht zu bilden· Wie weiter oben jedoch vermerkt wurde, ist der Unterschied zwischen den beiden Gruppen nicht eindeutig klar·

Kobalt ···	«ce···»«·»	»·········	20
Wolfram ··	•β«·······	•·β·β···«»	15
Molvbdän «		β * · · · · β · β ·	12
Hafnium ··	··» 0 «·····	····«»··«β	2
Mangan ••««»«••••ο··	2
Magnesium	2
Silizium ·	2
Vanadin ·«	2
Niob ««·»·	3

A-

Die weiter unten folgende Tabelle gibt einige Beispiele von sogenannten "Aluminiumoxidbildnern" gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem bevorzugten Bereich von Bestandteilen wieder* Alle Zahlenangaben entsprechen Masse-% und repräsentieren eine Itfennzusammensetzung· Dabei kommt dem Nickel (in der Tabelle nicht angegeben) die Bedeutung zu, das Gleichgewicht auszugleichen.

Tabelle: Beispiele sogenannter "Aluminiumoxidbildner"

	A	B	Legierung	D	E	Bereich	-11	5
Bestand	8,5	8,3	C	6,0	9,0		- 6	15
teile	5,0	4,0	8,0	6,0	5,5	5	- 5	0
Cr	2,0	2,0	6,0	1,0	4,75	3,5	- 3	0
Al	0,4	0,4	1,0	1,0	0,5	1	- 3	0
Ti	-	0,5	-	-	-	0,01	- 15	0
Y	10,0	4,0	1,5	10,0	12,5	0,01	- 15	0
Sc	9,5	9,4	8,0	10,0	14,0	3	- 6	5
Pt	3,0	5,0	8,5	0,1	- .	8	- 5
Co	1,0	1,0	3,0	-	-	0	- 3
W	0,5	2,0	4,0	0,1	-	0	- 8
Ta	0,01	-	2,0	7,5	3,0	0	- 0,
Hb	0,15	0,15	6,0	0,1	0,15	0	- 0,
Mo	0,015	0,01	0,25	0,025	0,015	0	~ 1,
C	0,05	0,05	5 0,025	0,10	0,05	0	- 2,
B	0,01	-	0,05	0,05		0	- 2,
Sr	1,0	-	1,5	0,7	-	0	— 9 — c,
Hf	1,5	-	-	-	-	0	- 2,
Si	-	-		-	•Mt	0	- 1,
Mn	0,05	0,05	0,05	1,05	0,05	0	- 4
Mg	-	- -	. 0,05	-	2,0	0	- 3
Pe	* •Mt	-	-	- .	2,0	0
Re			-			0
Th/Sel- tenerd- metalle

215784 Λ-

Die weiter unten folgende Tabelle gibt einige Beispiele (Legierungen F bis M) von sogenannten "Chromoxidbildnern" gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem bevorzugten Bereich von Bestandteilen wieder· Wiederum sind alle Zahlenangaben in Masse-% vorgenommen und repräsentieren eine Hennzusammensetzunge Dabei kommt dem Nickel die Bedeutung zu, das Gleichgewicht auszugleichen· Die Legierungen Έ bis P entsprechen Legierungen ohne Metalle der Platingruppe und ohne Yttrium und/ oder Skandium und sind zu Vergleichszwecken mit in die Tabelle aufgenommen worden·

Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung können unter Zugrundelegung von Standardverfahren hergestellt werden· Zu diesen Verfahren sind das Vakuumschmelzen und -gießen der metallischen Bestandteile zu rechnen·

Wir haben nun festgestellt, daß Metalle der Platingruppe, wenn sie den Superlegierungen zugegeben werden, dazu neigen, sich vorzugsweise in die ^'-Phase im Verhältnis von wenigstens 2:1 zu verteilen· Das Vorhandensein dieser Metalle der Platingruppe in der ^'-Phase erhöht die Temperatur der Auflösung der besagten Phase in dem V-Wirtsmaterial· Auf diese Weise kommt es zu einem direkten Beitrag zu den verbesserten mechanischen Eigenschaften bei weit höheren Temperaturen, als sie sonst mit bekannten Superlegierungen bisher erreicht worden sind· V/ir sind der Auffassung, daß das Vorhandensein von Yttrium und/ oder Skandium in erfindungsgemäßen Legierungen die Verteilung der Metalle der Platingruppe beeinflußt und eine weitere Phase bildet, die vorwiegend aus Yttrium/Skandium, nickel und Metallen der Platingruppe besteht· Dadurch wird die Konzentration der Metalle der Platingruppe in dem gesamten übrigen Teil der Legierung herabgesetzt. Die geringere Konzentration reicht nichtsdestoweniger aus, dem übrigen Teil der Legierung den normalen lutzen zu verleihen, während die Yttrium/Skandium-Gruppierung und die Metalle der Platingruppe die Tendenz aufweisen, einen zusätzlichen Schutz gegen eine Oxydation und unter Warmkorrosionsbedingungen zu gewährleisten, und zwar auf Grund der Tatsache, daß diese Metalle längs der Korngrenzen vorliegen.

Tabelle; Beispiele sogenannter "Chromoxidbildner"

	I	1,5	G	H	Legierungen	I	J	K	L	M	TS .'	0	P	Ber	'eich
Bestand teile — P	3,0	21,5	14,5	16,0	12,1	12,1	12,1	12,1	12,1	12,1	12,5	10
Cr 1	4,25	1,4;	4,25	3,0	3,4	3,4	3,4	3,4	3,4	3,5	3,5	1	- 25
Al	0,2	3,7	1,75	3,5	3,6	3,6	3,6	3,6	3,6	4,1	4,1	1,	- 4,5
Ti	-		0,5	0,7	0,5	0,1	0,2	-	-	-	0,1	o,	5 - 5,0
Y	7,5	1,0	mm	-	-	-	~	0,1	-	-	-	0,	01- 3
Sc	7,5	10,0	12,5	6,0	4,6	4,6	4,6	4,6	4,6		—	3	01- 3
Pt	3,6	18,0	9,0	8,0	9,3	9,3	9,3	9,3	9,3	9,0	9,0	0	- 15
Co	3,6	2,0	-	12,5	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	4,0	4,0	0	- 20
W	0,3	1,4	-	-	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5	3,9	3,9	0	- 15
Ta	1,8	1,0	1,75	1,0	-	-		-	-	-	-	0	- 5
lib	0,10	-	1,75	-	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	2,0	2,0	0	2
Mo	0,02	0,15	0,25	0,5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,13	0,13	0	- 6
C	0,1	0,01	0,015	0,02	0,014	0,014	0,014	0,014	0,014	0,015	0,015	0	- 0,5
B	0,8	0,15	0,05	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,11	0,11	0	- 0,1
Zr	-	-	1,0	- .	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,88	0,88	0	- 1,0
Hf	1,5	1,0	-	-	-		-	—	-	mm	-	0	- 1,5
Si	-	-	-	0,01		-	-	mm	-	—	-	0	- 2,0
Mn	0,05	-	0,5	-	-	-	-	-		-	-	0	- 2,0
Mg		1,0	0,05	7,5	mm	-	-	-	~	-	-	0	2,0
Fe		2,5	2,0	;	mm			;		mm		0 0	- 15
Re Th/Selten- erdmetalle											- 4,0 - 3,0

215784 -*Q- 11.2.1980

AP C 22 C/215 56 277 / 11

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen ^Äusführungsbeispielei näher erläutert. -

Die nachfolgenden Versuchsergebnisse sind für ausgewählte Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt worden:

1· Zyklische Oxydation (siehe Tabelle 1 und Abbildung 1)

Jeder Zyklus bestand darin-, eine Probe der Versuchslegierung in einen Ofen bei einer Temperatur von 980 ⁰C 40 Minuten lang einzubringen und anschließend die Probe aus dem Ofen herauszunehmen und sie 20 Minuten lang bei Raumtemperatur aufzubewahren. Von einem guten Ergebnis würde zu erwarten sein, eine geringfügige Massezunahme infolge der Oberflächenoxydation aufzuweisen. Eine signifikante Massezunahme ist einer inneren Oxydation und ein Masseverlust einem Abplatzen zuzuschreiben, wobei beide Erscheinungen unakzeptabel sind. Die erzielten Ergebnisse zeigen, daß die Oxydationsbeständigkeit für Legierungen mit Anteilen an Yttrium und Platin verbessert und für die Legierung (M) mit Anteilen an Skandium und Platin geringfügig verschlechtert wird, vergleicht man mit der Legierung (P) mit einem Gehalt an Yttrium, aber ohne Platin. Die Legierung (L) (0,2 % Yttrium) zeigt besonders gute Ergebnisse.

5 7

43

11,2.1980

AP C 22 C/215

56 277 /

Tabelle 1; Zyklische Oxydation

Legierung

Anzahl der zyklischen Oxydationen Spezifische Masseänderung

in mgcm'

-2

186 281 332

+1,13 +1,24 +0,92

186 218 332 385

+1,31 +0,84 +1,21 +1,20

186 218 332

385

+1,77 +1,80 +2,47 +1,80

215784 -

Legierung

Anzahl der zyklischen Oxydationen

Spezifische Masseänderung

-2

in mgcm

186 218 332 385

+1,70 +1,80 +2,05 +1,70

2# Tiegelsulfidation

(doh«, Warmkorrosion) (siehe Tabelle 2 und die Abbildungen 2 bis 4)·-

Dieser Versuch wurde in der Weise ausgeführt, indem Proben 90 Stunden lang in ein Gemisch aus natriumsulfat und natriumchlorid in einem Masseverhältnis von 90:10 bei einer Temperatur von 825 ⁰C eingetaucht wurden·

Tabelle 2: Tiegelsulfidation

Legierung

Spezifische Masseänderung

_ ρ in mgcm

J K L

M P

-0,45 -0,54 +0,44 -0,82 +71,32 -0,47 +101,1

Die erzielten Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe von Yttrium (Legierung P) zu einer Legierung ohne Platin (Legierung 0) zu einer mäßig großen Zunahme der Sülfidationsbeständigkeit (d«h#, Warmkorrosion) führt und daß Zugaben von Platin und Yttrium (Legierungen J, K und L) sowie von Platin und Skandium (Legie—

rung M) zu außerordentlichen Zunahmen der Sulfidationsbeständigkeit führen· Der Nutzen der Platin- und Yttriumzugaben gegenüber dem Platin allein (Legierung M) läßt sich diesen-.Ergebnissen nicht ohne weiteres eindeutig entnehmen, wird aber nichtsdestoweniger klar durch die Abbildungen 2 bis 4 wiedergegeben, die Mikroaufnahmen (x 500) der Querschnitte der Legierungen L, M und Ή nach dem erfolgten Eintauchsulfidationsversuch darstellen· Der Abbildung 2 (Legierung N) kann entnommen werden, daß die dünne Oberflächenkorrosionsschicht in die Masse der Legierung in einer Richtung eindringt, die im allgemeinen senkrecht zur Oberfläche verläuft· Dadurch kommt es zu Stellen in dem Gefüge, an denen eine Korngrenzendurchdringung zu verzeichnen ist, was zu äußerst katastrophalen Brüchen führt· Abbildung 3 (Legierung L; Zugaben von Platin und Yttrium) veranschaulicht den Nutzen einer Zugabe von Yttrium zu einer platinhaltigen Legierung, bei der die dünne Schicht eine nichteindringende getrennte Schicht darstellt, in der keine Korngrenzendurchdringungen zu beobachten sind· Auf diese Weise schützt diese Schicht die Masse der Legierung vor weiteren korrodierenden Angriffen· Abbildung (Legierung M; Zugaben von Platin und Skandium) ist der Abbildung 3 ähnlich, aber die Grenze zwischen der dünnen Schicht und der massiven Legierung ist nicht so völlig gleichmäßig· Ein korrodierender Korngrenzenangriff wäre in diesem Falle am Ende denkbar·

3* Widerstandsvermögen gegen eine korrodierende atmosphärische teydation/korrodierende Flüssigkeit«-

Dieser Versuch wurde in der Weise durchgeführt, indem eine flache Versuchsprobe der Legierung (Legierung A) auf einer Seite einer Atmosphäre aus Luft und Bor(III)-oxid und auf der anderen Seite Luft bei einer Temperatur von 1050 ⁰C 50 Stunden lang ausgesetzt wurde* Die sich ergebende Masseänderung auf Grund der Bildung einer äußeren Oxidschicht lag bei +0,031 % und die Schicht war sehr dünn und haftete ohne Zeichen einer punktförmigen Anfressung* Die entsprechende Legierung ohne Yttrium (in der Be-

Ab

215784 - * -

Schreibung nicht wiedergegeben) wies bei einem ähnlichen Versuch bei 1100 ⁰C nach Ablauf von 24 Stunden einen Masseverlust von 0,04 bis 0,05 % auf und die Oxidschicht haftete schlechter und wies kleinere Schaden auf· Bei einem weiteren Versuch wurde ein Tiegel aus der Legierung A mit geschmolzenem Glas gefüllt und 100 Stunden lang auf einer Temperatur von 1100 ⁰C gehalten· Es konnten keine Anzeichen für einen korrodierenden Angriff beobachtet werden, und zwar entweder auf der inneren Seite des Tiegels als auch auf der äußeren Seite desselben·

-K-

Claims

21 5 7 84 -Ί?- 11.2.1980

AP C 22 C/215 56 277 / 11

Erfindungsanspruch

1, Supeinlegierung, gekennzeichnet, abgesehen von Verunreinigungen, durch die folgende Zusammensetzung:

a.) 5 Masse-% bis 25 Masse-% C₉ b·) 2 Masse-% bis 7 Masse-% Aluminium, c.) 0,5 Masse-% bis 5 Masse-% Titan,

de) wenigstens eines der Metalle Yttrium und Skandium in einem Gesamtmengenanteil von 0,01 Masse-% bis

3 Masse-%,
e.) eines oder mehrere der Metalle der Platingruppe Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium und Ruthenium in einem Gesamtmengenanteil von 3 Masse-% bis 15 Masse-%

und
f.) Nickel zur Herstellung des Gleichgewichtes,

2β Superlegierung gemäß Punkt 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere der weiter unten angegebenen Bestandteile und vorhanden in einem Mengenanteil zwischen einer Spurenmenge und der in Masse-% wiedergegebenen Zahlenangabe: .

Kobalt 20 Kohlenstoff 0,5

Wolfram » 15 Tantal ....··.· 10

Molybdän 12 Zirkon 1,5

Hafnium ·· 2 Eisen ·..·. 15

Mangan ······.····» 2 Rhenium · · 4

215784 -H- 11.2.1980

AP C 22 C/215 784 56 277/11

- Magnesium · ·· 2 Thorium/Seltenerd-

Silizium ····· 2 metalle oder Oxide

Vanadin ··········« 2 davon 3

Niob 3

Bor ♦ 3

3. Superlegierung gemäß Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet, abgesehen von Verunreinigungen, durch die folgende Zusammensetzung:

a.) 5 Masse-% bis 25 Masse-% Chrom, b.) 3|5 Masse-% bis 6 Masse-% Aluminium, c*) wenigstens eines der Metalle Yttrium und Skandium in einem Gesamtmengenanteil von 0,01 Masse-% bis 3 Masse-

e.) 3 Masse-% bis 15 Masse-% Platin, f.) 8 Masse-% bis 15 Masse-% Kobalt und g.) Nickel zur Herstellung des Gleichgewichtes.

4« Superlegierung gemäß Punkt 3, gekennzeichnet durch einen . oder mehrere der weiter unten angegebenen -Bestandteile und vorhanden in einem Mengenanteil zwischen einer Spurenmenge und der in Masse-% wiedergegebenen Zahlenangabe:

V/olfram 6 Silizium 2,0

Tantal ······.·.··.·· 5 Mangan ............ 2,0

Niob 3 Magnesium 2,0

Molybdän 8 Eisen . 1,5

Kohlenstoff ......... 0,5 Rhenium 4_f0

Bor .···..·...· .0,15 Thorium/Seltenerd-

•7-ϊ^.ν^ν, λ η metalle oder Oxide

Zirkon 1,0 _davon ............. 3,0

Hafnium 2,0

1 5784

-fs-
11.2.1980

AP C 22 C/215

56 277 / 11

5· Superlegierung gemäß Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet, abgesehen von Verunreinigungen, durch die folgende Zusammensetzung:

a.) 10 Masse-% "bis 25 Masse-% Chrom, b.) T Masse-% bis 4,5 Masse-$ Aluminium, c«) 1,5 Masse-% bis 5,0 Masse-% Titan, d.) wenigstens eines der Metalle Yttrium und Skandium in einem Gesamtmengenanteil von 0,01 Masse-% bis

Masse-%,

e.) 3 Masse-$ bis 15 Masse-% Platin und f.) Nickel zur Herstellung des Gleichgewichtes.

6« Superlegierung gemäß Punkt 5, gekennzeichnet durch einen oder mehrere der weiter unten angegebenen Bestandteile und vorhanden in einem Mengenahteil zwischen einer Spurenmenge und der in Masse~% wiedergegebenen Zahlenangabe:

Kobalt .. . 20

Wolfram 15

Tantal 5

Molybdän 6

Kohlenstoff 0,5

Bor ..... 0,1

Zirkon 1,0

Hafnium . 1,5

Silizium ........ 2,0

Mangan ·····..··· 2,0

Magnesium · · 2,0

Eisen 1,5

Rhenium 4,0

Thorium/S elt enerdmetalle oder Oxide
davon ........... 3,0

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen