DE102004029833A1 - Nickelbasis-Superlegierung und Einkristall-Gussstücke - Google Patents

Nickelbasis-Superlegierung und Einkristall-Gussstücke Download PDF

Info

Publication number
DE102004029833A1
DE102004029833A1 DE102004029833A DE102004029833A DE102004029833A1 DE 102004029833 A1 DE102004029833 A1 DE 102004029833A1 DE 102004029833 A DE102004029833 A DE 102004029833A DE 102004029833 A DE102004029833 A DE 102004029833A DE 102004029833 A1 DE102004029833 A1 DE 102004029833A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
superalloy
nickel
single crystal
base superalloy
nickel base
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102004029833A
Other languages
English (en)
Inventor
John Corrigan
Michael G. Launsbach
Russel G. Vogt
John R. Mihalisin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Howmet Corp
Original Assignee
Howmet Research Corp
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 Howmet Research Corp filed Critical Howmet Research Corp
Publication of DE102004029833A1 publication Critical patent/DE102004029833A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/607—Monocrystallinity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Rhenium-haltige Einkristall-Nickelbasis-Superlegierung, bestehend - in Gewichtsprozent - im Wesentlichen aus ca. 12,5% bis ca. 13,5% Cr, 9,0 bis ca. 9,9% Co, ca. 4,7 bis ca. 5,1% Ti, ca. 2,8 bis ca. 3,2% Al, ca. 2,8 bis ca. 4,3% W, ca. 1,4 bis ca. 1,6% Mo, ca. 2,85 bis ca. 3,1% Ta, ca. 1,0% bis ca. 6,0% Re, ca. 0,08 bis ca. 0,11% C, ca. 0,010 bis ca. 0,015% B, bis zu ca. 0,15% Nb, bis zu ca. 0,15% Hf, bis zu ca. 0,003% Zr und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die und beansprucht die Priorität der Serial No. 60/482 579, eingereicht am 25. Juni 2003.
  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nickelbasis-Superlegierung und aus der Superlegierung hergestellte Einkristall-Gussstücke, z.B. einkristalline Tragflächengussstücke.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Superlegierungen finden breite Verwendung als Gussteile in der Gasturbinentriebwerksindustrie für kritische Komponenten, z.B. Turbinen-Tragflächen, einschließlich Laufschaufeln und Leitschaufeln, welche hohen Temperaturen und Spannungsniveaus ausgesetzt sind. Derartige kritische Komponenten werden oftmals unter Anwendung wohlbekannter Techniken zur gerichteten Erstarrung (DS-Techniken) gegossen, welche eine einkristalline Mikrostruktur oder eine stängelkörnige Mikrostruktur liefern, um die Eigenschaften in einer oder mehreren Richtungen zu optimieren.
  • Gießtechniken zur gerichteten Erstarrung sind wohlbekannt, wobei ein Nickelbasis-Superlegierungs-Umschmelzblock in einem Tiegel in einem Gießofen im Vakuum induktiv umgeschmolzen und in eine in dem Ofen angeordnete keramische Feingießform mit einer Gießtraube, welche eine Mehrzahl von Formhöhlungen aufweist, vergossen wird. Während der gerichteten Erstarrung erfährt die Superlegierungsschmelze einen unidirektionalen Wärmeentzug in den Formhöhlungen, um eine Stängelkornstruktur zu erzeugen oder einen Einkristall in dem Fall, dass ein Kristallselektor oder Keimkristall in die Formhöhlungen inkorporiert ist. Der unidirektionale Wärmeentzug kann nach der wohlbekannten Formabzugstechnik durchgeführt werden, wobei die schmelzegefüllte Gießtraubenform auf einer Abschreckplatte mit einer kontrollierten Rate aus dem Gießofen abgezogen wird. Alternativ kann eine Leistungsabschaltungstechnik benutzt werden, bei der Induktionsspulen, die um die schmelzegefüllte Gießtraubenform auf der Abschreckplatte angeordnet sind, in kontrollierter Abfolge abgeschaltet werden. Unabhängig von der verwendeten DS-Gießtechnik wird allgemein die Schmelze in den Formhöhlungen einem unidirektionalen Wärmeentzug unterworfen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einer Ausführungsform eine Nickelbasis-Superlegierung bereit, bestehend – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus: ca. 12,5 % bis ca. 13,5 % Cr, ca. 9,0 bis ca. 9,9 % Co, ca. 4,7 bis ca. 5,1 % Ti, ca. 2,8 bis ca. 3,2 % Al, ca. 2,8 bis ca. 4,3 % W, ca. 1,4 bis ca. 1,6 % Mo, ca. 2,85 bis ca. 3,1 % Ta, ca. 1,0 bis ca. 6,0 % Re, ca. 0,08 bis ca. 0,11 % C, ca. 0,010 bis ca. 0,015 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Ein bevorzugter Bereich für die Re-Konzentration liegt bei ca. 2 Gew.-% bis ca. 4 Gew.-%.
  • Eine Nickelbasis-Superlegierung mit einer nominellen Zusammensetzung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 13,0 % Cr, ca. 9,0 % Co, ca. 4,9 % Ti, ca. 3,0 % Al, ca. 3,0 % W, ca. 1,5 % Mo, ca. 2,95 % Ta, ca. 3,0 % Re, ca. 0,09 % C, ca. 0,012 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Bevorzugt werden Nb, Hf und Zr jeweils bei den entsprechenden Verunreinigungsniveaukonzentrationen in der Legierung gehalten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Ausführungsform einer Nickelbasis-Superlegierung bereit, bestehend – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus: ca. 9,5 % bis ca. 14,0 % Cr, ca. 7,0 % bis ca. 11,0 % Co, ca. 3,0 bis ca. 5,0 % Ti, ca. 3,0 bis ca. 4,0 % Al, ca. 3,0 bis ca. 4,0 % W, ca. 1,0 bis ca. 2,5 % Mo, ca. 1,0 % bis ca. 4,0 % Ta, ca. 1,0 % bis ca. 6,0 % Re, bis zu ca. 0,25 % C, bis zu ca. 0,015 % B, bis zu ca. 1,0 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Ein bevorzugter Bereich für die Re-Konzentration liegt bei ca. 2 Gew.-% bis ca. 4 Gew.-%. Bevorzugt werden Nb, Hf und Zr jeweils bei den entsprechenden Verunreinigungsniveaukonzentrationen in der Legierung gehalten.
  • Eine weitere Nickelbasis-Superlegierung mit einer nominellen Zusammensetzung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 11,75 % Cr, ca. 9,0 % Co, ca. 4,0 % Ti, ca. 3,5 % Al, ca. 3,5 % W, ca. 1,75 % Mo, ca. 2,5 % Ta, ca. 3,0 % Re, ca. 0,09 % C, ca. 0,012 % B, bis zu ca. 1,0 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen.
  • Eine Nickelbasis-Superlegierung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung besitzt verbesserte Gießbarkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist ein Graph, welcher den Larson-Miller-Parameter für die erfindungsgemäßen Legierungen A und B gemäß Ausführungsformen der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, CMSX-4-, PWA 1484- und Rene'N5-Nickelbasis-Superlegierungen darstellt.
  • 2 ist ein Graph, welcher den Larson-Miller-Parameter für die erfindungsgemäße Legierung B gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und für die Vergleichs-Nickelbasis-Superlegierung CompSX darstellt.
  • 3 ist ein Balkendiagramm, welches die Spannungsbruchlebensdauer für die erfindungsgemäßen Legierungen A und B gemäß Ausführungsformen der Erfindung und für die Vergleichs-Nickelbasis-Superlegierung CompSX darstellt.
  • 4 ist ein Balkendiagramm, welches den Larson-Miller-Parameter bei verschiedenen Spannungsniveaus für die erfindungsgemäßen Legierungen A und B gemäß Ausführungsformen der Erfindung und für die Vergleichs-Nickelbasis-Superlegierung CompSX repräsentiert.
  • 5 ist ein Graph, welcher die Reiß- oder Bruchfestigkeit (UTS) über der Temperatur für die erfindungsgemäße Legierung A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, CMSX-4-, PWA 1484- und Rene'N5-Nickelbasis-Superlegierungen veranschaulicht.
  • 6 ist ein Graph, der die 0,2 %-Dehngrenze über der Temperatur für die erfindungsgemäße Legierung A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, PWA 1484- und Rene'N5-Nickelbasis-Superlegierungen darstellt.
  • 7 ist ein Graph, der die Prozentdehnung über der Temperatur für die erfindungsgemäße Legierung A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, CMSX-4-, PWA 1484- und Rene'N5-Nickelbasis-Superlegierungen darstellt.
  • 8 ist ein Graph, der die Prozenteinschnürung über der Temperatur für die erfindungsgemäße Legierung A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, CMSX-4, PWA 1484- und Rene'N5-Nickelbasis-Superlegierungen darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Nickelbasis-Superlegierung bereit, welche in Prozessen zur gerichteten Erstarrung zur Herstellung von Gasturbinentriebwerkskomponenten, welche hohen Temperaturen und Spannungsniveaus ausgesetzt sind, z.B. Turbinentragflächen, einschließlich Laufschaufeln und Leitschaufeln, Verwendung finden kann, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die Verwendung in derartigen Prozessen oder auf die Herstellung derartiger Komponenten begrenzt ist. Die Nickelbasis-Superlegierung ist besonders geeignet für Prozesse zur gerichteten Erstarrung, um Gussstücke mit Stängelkornstruktur oder Einkristallgussstücke herzustellen.
  • In Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Nickelbasis-Superlegierung – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus: ca. 12,5 % bis ca. 13,5 % Cr, ca. 9,0 bis ca. 9,9 % Co, ca. 4,7 bis ca. 5,1 % Ti, ca. 2,8 bis ca. 3,2 % Al, ca. 2,8 bis ca. 4,3 % W, ca. 1,4 bis ca. 1,6 % Mo, ca. 2,85 % bis ca. 3,1 % Ta, ca. 1,0 bis ca. 6,0 % Re, ca. 0,08 bis ca. 0,11 % C, ca. 0,010 bis ca. 0,015 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Eine derartige NickelbasisSuperlegierung zeigt typisch einen Phacomp-(Nv-)Wert von ca. 2,37 oder weniger.
  • Der Phacomp-Wert korrespondiert zu der Elektronenleerstellenzahl (Nv), welche in US-Patent 6 054 096 beschrieben ist, deren Lehren durch Bezugnahme zu diesem Zwecke in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Der Nv-Wert repräsentiert die Neigung der Superlegierungs-Mikrostruktur zu mikrostruktureller Instabilität unter Hochtemperatur- und Langzeiteinsatzbedingungen, wobei die Instabilität sich auf die Bildung von spröden Fremdphasen in der Superlegierungsmikrostruktur unter den Langzeiteinsatzbedingungen bezieht. Derartige Fremdphasen werden oft als TCP-(topologisch dicht gepackte) Phasen bezeichnet, so zum Beispiel sigma-Phase und mu-Phase.
  • Die Konzentrationen an Cr, Co, W und Mo werden innerhalb der obengenannten Bereiche eng eingehalten, um den obigen Phacomp-(Nv-)Wert zu erzielen und so die mikrostrukturelle Stabilität der Superlegierung im Einsatz unter den für Tragflächen in einem Gasturbinentriebwerk zu erwartenden Hochtemperatur- und Langzeitbedingungen zu verbessern.
  • Das Re-Legierungselement liegt bevorzugt in einer Menge von ca. 2 Gew.-% bis ca. 4 Gew.-% vor, noch bevorzugter ca. 3,0 % Re. Re ist in der Superlegierung vorhanden, um die Festigkeit von Einkristall-Gussstücken, welche aus der Superlegierung hergestellt sind, zu erhöhen. Bevorzugt werden Nb, Hf und Zr jeweils bei den entsprechenden Verunreinigungsniveaukonzentrationen in der Legierung gehalten.
  • Die Erfindung umfasst eine Nickelbasis-Superlegierung mit einer nominellen Zusammensetzung, welche – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen besteht aus: ca. 13,0 % Cr, ca. 9,0 % Co, ca. 4,9 % Ti, ca. 3,0 % Al, ca. 3,0 % W, ca. 1,5 % Mo, ca. 2,95 % Ta, ca. 3,0 % Re, ca. 0,09 % C, ca. 0,012 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Eine derartige Nickelbasis-Superlegierung zeigt typisch einen Phacomp-(Nv-)Wert von ca. 2,37.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die Nickelbasis-Superlegierung – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 9,5 % bis ca. 14,0 % Cr, ca. 7,0 bis ca. 11,0 % Co, ca. 3,0 bis ca. 5,0 % Ti, ca. 3,0 bis ca. 4,0 % Al, ca. 3,0 bis ca. 4,0 % W, ca. 1,0 bis ca. 2,5 % Mo, ca. 1,0 % bis ca. 4,0 % Ta, ca. 1,0 bis ca. 6,0 % Re, bis zu ca. 0,25 % C, bis zu ca. 0,015 % B, bis zu ca. 1,0 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Ein bevorzugter Bereich für die Re-Konzentration liegt bei ca. 2 Gew.-% bis ca. 4 Gew.-%. Bevorzugt werden Nb, Hf und Zr jeweils bei den entsprechenden Verunreinigungsniveaukonzentrationen in der Legierung gehalten.
  • Die Erfindung erstreckt sich auf eine weitere Nickelbasis-Superlegierung mit einer nominellen Zusammensetzung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, welche – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen besteht aus: ca. 11,75 % Cr, ca. 9,0 % Co, ca. 4,0 % Ti, ca. 3,5 % Al, ca. 3,5 % W, ca. 1,75 % Mo, ca. 2,5 % Ta, ca. 3,0 % Re, ca. 0,09 % C, ca. 0,012 % B, bis zu ca. 1,0 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, Rest Ni und begleitende Verunreinigungen. Eine derartige Nickelbasis-Superlegierung zeigt typisch einen Phacomp-(Nv-)Wert von ca. 2,20.
  • Die erfindungsgemäßen Nickelbasis-Superlegierungen sind unter Produktionsbedingungen gießfähig vom Standpunkt aus, dass sie zu komplexen Einkristall-Formteilen, einschließlich massiven und/oder hohlen Komponenten, gegossen werden können, z.B. Einkristall-Gasturbinentriebwerkstragflächen, einschließlich Laufschaufeln und Leitschaufeln. Die Gussstücke sind im Wesentlichen frei von Gusszunder, welcher sich auf Einkristall-Gussstücken bildet, die aus Einkristall-Nickelbasis-Superlegierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt sind.
  • Einkristall-Probestäbe für die Prüfung der mechanischen Eigenschaften wurden gegossen unter Verwendung einer Superlegierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit der nominellen Zusammensetzung – in Gewichtsprozent – von 13,3 % Cr, 9,1 % Co, 4,83 % Ti, 3,06 % Al, 2,99 % W, 1,49 % Mo, 2,79 % Ta, 2,98 % Re, 0,087 % C, 0,012 % B, 0,0012 % Nb, 0,0007 % Hf, 0,0001 % Zr und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen (mit der Bezeichnung erfindungsgemäße Legierung A).
  • Weitere Einkristall-Probestäbe für die Prüfung der mechanischen Eigenschaften wurden gegossen unter Verwendung einer Superlegierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit der nominellen Zusammensetzung – in Gewichtsprozent – von 13,9 % Cr, 9,4 % Co, 4,9 % Ti, 3,0 % Al, 3,85 % W, 1,58 % Mo, 2,94 % Ta, 0,09 % C, 0,012 % B, LAP Zr, LAP Nb, LAP Hf, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen (als erfindungsgemäße Legierung B bezeichnet), worin LAP das kleinstmögliche Verunreinigungsniveau bedeutet.
  • Die Einkristall-Probestäbe wurden hergestellt durch Gießen der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Legierungen A und B bei einer Temperatur des Legierungsschmelzpunktes plus 350–400 °F in einer auf 2750–2850 °F vorgewärmten Schalenform. Die Superlegierungs-Probestäbe wurden als Einkristall-Probestäbe erstarren gelassen unter Anwendung der konventionellen Abzugstechnik zur gerichteten Erstarrung und eines spiralförmigen Kristallselektors in den Schalenformen. Verfahren zur gerichteten Erstarrung zur Herstellung von Einkristall-Gussstücken sind in den US-Patenten Nr. 3 700 023; Nr. 3 763 926 und Nr. 4 190 094 beschrieben. Die erstarrten Probestäbe der beiden erfindungsgemäßen Legierungen A und B wurden im Gusszustand einer primären Alterungswärmebehandlung bei 2050 °F für 2 Stunden unterworfen, bei mehr als 75 °F/min gebläsegekühlt bis zu einer abschließenden Alterungswärmebehandlung bei 1550 °F für 16 Stunden und dann bei mehr als 25 °F/min auf Raumtemperatur gebläsegekühlt, um dann auf ihre mechanischen Eigenschaften geprüft zu werden.
  • Ähnliche Einkristall-Vergleichsprobestäbe wurden aus einer bekannten Vergleichs-CompSX-Nickelbasis-Superlegierung, PWA 1484-Nickelbasis-Superlegierung, N5-Nickelbasis-Superlegierung und CMSX-4-Nickelbasis-Superlegierung hergestellt, ebenfalls unter Verwendung der konventionellen Abzugstechnik zur gerichteten Erstarrung. Diese Nickelbasis-Superlegierungen finden kommerzielle Verwendung in der Herstellung von Einkristall-Tragflächen-Gussstücken zum Einsatz in Gasturbinentriebwerken. Die Nickelbasis-Superlegierung CompSX ist in US-Patent Nr. 6 416 596 beschrieben; die PWA 1484-Nickelbasis-Superlegierung ist in US-Patent Nr. 4 719 080 beschrieben; die N5-Nickelbasis-Superlegierung ist in US-Patent Nr. 6 074 602 beschrieben und die CMSX-4-Nickelbasis-Superlegierung ist in US-Patent Nr. 4 643 782 beschrieben. Die CMSX-4-Nickelbasis-Superlegierung limitiert den Kohlenstoff auf maximal 60 Gew.-ppm. Die CompSX-Nickelbasis-Superlegierung, welche in der Prüfung der mechanischen Eigenschaften verwendet wurde, hatte eine nominelle Zusammensetzung – in Gewichtsprozent – von 13,9 % Cr, 9,4 % Co, 4,9 % Ti, 3,0 % Al, 3,85 % W, 1,58 % Mo, 2,94 % Ta, 0,09 % C, 0,012 % B, weniger als 50 Gew.-ppm Zr, LAP Nb, LAP Hf und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen, wobei LAP für das kleinstmögliche Verunreinigungsniveau steht. Die CompSX-Probestäbe wurden auf dieselbe Weise wie die Probestäbe aus den erfindungsgemäßen Legierungen A und B einkristallin gegossen und wärmebehandelt.
  • Die Probestäbe wurden unter verschiedenen erhöhten Temperaturen auf Spannungsbruchresistenz geprüft, wobei das Prüfverfahren nach ASTM E139 zur Anwendung kam, und wurden Zugversuchen bei Raumtemperatur und bei erhöhten Temperaturen zur Untersuchung der Reiß- oder Bruchfestigkeit (UTS), 0,2 %-Dehngrenze, Prozentdehnung und Einschnürung unterworfen, wobei das ASTM-Prüfverfahren ASTM E8 für die Versuche bei Raumtemperatur und ASTM E21 für die erhöhten Temperaturen zur Anwendung kamen.
  • Es wird nun auf die 1 und 2 Bezug genommen, welche einen Vergleich der Larson-Miller-Parameter für die aus den erfindungsgemäßen Legierungen A und B hergestellten Probestäbe in Einklang mit der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, PWA 1484-, N5- und CMSX-4-Nickelbasis-Superlegierungen zeigen. Der Larson-Miller-Parameter P wird verwendet, um die Spannungsbrucheigenschaften der Nickelbasis-Superlegierungen zu vergleichen, wie in 1 und 2 gezeigt. Der Larson-Miller-Parameter ist ein Zeit-Temperatur-abhängiger Parameter, P = T(°K)(20 + log t)1000, worin T die Prüftemperatur ist und worin t die Zeit bis zum Bruch ist, der breit angewandt wird zur Extrapolation von Spannungsbruchdaten, wie in MECHANICAL METALLURGY, Kapitel 3–13, S. 483–486, Copyright 1961, 1976, McGraw-Hill, Inc., beschrieben. Aus den 1, 2 und 3 ist erkennbar, dass die erfindungsgemäße Legierung A in Einklang mit der Erfindung eine Verbesserung gegenüber den CompSX-Probestäben mit einkristalliner oder äquiaxialer Kornstruktur darstellt. 1 enthält ferner mehrere Datenpunkte von kommerziell erhältlichen Superlegierungen der dritten Einkristallgeneration als Referenz. Als wichtig ist hervorzuheben, dass die zu den Superlegierungssystemen, einschließlich PWA 1484, N5 und CMSX-4, bereitgestellten Daten eine vollständig in Lösung gegangene Mikrostruktur repräsentieren, erhalten durch Wärmebehandlungen, welche über der Zeit optimiert worden sind, um die mechanischen Eigenschaften dieser Superlegierungen zu verbessern.
  • 3 ist ein Balkendiagramm, welches im Vergleich die Spannungsbruchlebensdauern für die erfindungsgemäßen Legierungen A und B in Einklang mit der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-Nickelbasis-Superlegierung zeigt. Es ist erkennbar, dass die erfindungsgemäße Legierung A in Einklang mit der Erfindung einen drastischen Anstieg der Spannungsbruchlebensdauer unter allen Prüfbedingungen im Vergleich zu der Vergleichs-CompSX-Nickelbasis-Superlegierung aufweist, wie in 3 gezeigt.
  • Es wird nun auf die 4, 5, 6 und 7 Bezug genommen, welche die Zugversuchsdaten für die erfindungsgemäße Legierung A in Einklang mit der Erfindung und für die Vergleichs-CompSX-, PWA 1484-, N5- und CMSX-4-Nickelbasis-Superlegierungen darstellen. Es ist erkennbar, dass die erfindungsgemäße Legierung A in Einklang mit der Erfindung bezüglich Zugfestigkeit (z.B. Reiß- oder Bruchfestigkeit/UTS und 0,2 %-Dehngrenze/0,2 YS), Dehnung und Einschnürung über die getesteten Temperaturen (z.B. Raumtemperatur bis 1100 °C) mit den Vergleichs-Nickelbasis-Superlegierungen vergleichbar sind.
  • Die Nickelbasis-Superlegierungen gemäß der Erfindung zeigten verminderten Gusszunder und verminderte nichtmetallische Einschlüsse als eine Folge der Verwendung von Kohlenstoffkonzentrationen von 0,087 Gew.-%. Beispielsweise zeigten die aus den erfindungsgemäßen Legierungen A und B im Feingießverfahren hergestellten Probestäbe in Einklang mit der Erfindung verminderten Gusszunder und ein vermindertes Maß an nicht-metallischen Einschlüssen im Vergleich zu der CMSX-Nickelbasis-Superlegierung und zeigten verbesserte Gießbarkeit vom Standpunkt aus, dass die Vakuumfeinguss-Probestäbe gemäß der Erfindung weniger Außenzunder zeigten im Vergleich zu den Vakuumfeinguss-Probestäben aus der Vergleichs-CMSX-4-Nickelbasis-Superlegierung.
  • Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit detaillierten Ausführungsbeispielen derselben aufgezeigt und beschrieben; für den Fachmann wird jedoch erkennbar sein, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich Form und Detail derselben vorgenommen werden können, ohne den Bereich der beanspruchten Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

  1. Nickelbasis-Superlegierung, bestehend – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 12,5 % bis ca. 13,5 % Cr, 9,0 bis ca. 9,9 % Co, ca. 4,7 bis ca. 5,1 % Ti, ca. 2,8 bis ca. 3,2 % Al, ca. 2,8 bis ca. 4,3 % W, ca. 1,4 bis ca. 1,6 % Mo, ca. 2,85 bis ca. 3,1 % Ta, ca. 1,0 bis ca. 6,0 % Re, ca. 0,08 bis ca. 0,11 % C, ca. 0,010 bis ca. 0,015 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen.
  2. Die Superlegierung nach Anspruch 1 mit einem Re-Gehalt von ca. 2 bis ca. 4 Gew.-%.
  3. Die Superlegierung nach Anspruch 2 mit einem Nv-Wert von weniger als 2,37.
  4. Nickelbasis-Superlegierung, bestehend – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 13,0 % Cr, 9,0 % Co, ca. 4,9 % Ti, ca. 3,0 % Al, ca. 3,03 % W, ca. 1,5 % Mo, ca. 2,95 % Ta, ca. 3,0 % Re, ca. 0,09 % C, ca. 0,012 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen, und mit einem Nv von ca. 2,33.
  5. Eine Turbinentragfläche, umfassend die Superlegierung der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4.
  6. Eine Turbinentragfläche nach Anspruch 5, welche eine gerichtet erstarrte Stängelkorn- oder Einkristallgusstragfläche ist.
  7. Nickelbasis-Superlegierung, bestehend – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 9,5 % bis ca. 14,0 % Cr, 7,0 bis ca. 11,0 % Co, ca. 3,0 bis ca. 5,0 % Ti, ca. 3,0 bis ca. 4,0 % Al, ca. 3,0 bis ca. 4,0 % W, ca. 1,0 bis ca. 2,5 % Mo, ca. 1,0 % bis ca. 4,0 % Ta, ca. 1,0 % bis ca. 6,0 % Re, bis zu ca. 0,25 % C, bis zu ca. 0,015 % B, bis zu ca. 1,0 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen.
  8. Die Superlegierung nach Anspruch 7 mit einem Re-Gehalt von ca. 2 bis ca. 4 Gew.-%.
  9. Die Superlegierung nach Anspruch 8 mit einem Nv-Wert von weniger als 2,37.
  10. Nickelbasis-Superlegierung, bestehend – in Gewichtsprozent – im Wesentlichen aus ca. 11,75 % Cr, 9,0 % Co, ca. 4,0 % Ti, ca. 3,5 % Al, ca. 3,5 % W, ca. 1,75 % Mo, ca. 2,5 % Ta, ca. 3,0 % Re, ca. 0,09 % C, bis zu ca. 0,012 % B, bis zu ca. 0,15 % Nb, bis zu ca. 0,15 % Hf, bis zu ca. 0,003 % Zr, und Rest Ni und begleitende Verunreinigungen, und mit einem Nv von ca. 2,33.
  11. Eine Turbinentragfläche, umfassend die Superlegierung der Ansprüche 7, 8, 9 oder 10.
  12. Eine Turbinentragfläche nach Anspruch 11, welche eine Einkristall-Gusstragfläche ist.
DE102004029833A 2003-06-25 2004-06-19 Nickelbasis-Superlegierung und Einkristall-Gussstücke Withdrawn DE102004029833A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US48257903P 2003-06-25 2003-06-25
US60/482579 2003-06-25
US10/831978 2004-04-26
US10/831,978 US20050000603A1 (en) 2003-06-25 2004-04-26 Nickel base superalloy and single crystal castings

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004029833A1 true DE102004029833A1 (de) 2005-01-20

Family

ID=33519539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004029833A Withdrawn DE102004029833A1 (de) 2003-06-25 2004-06-19 Nickelbasis-Superlegierung und Einkristall-Gussstücke

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20050000603A1 (de)
JP (1) JP2005139548A (de)
DE (1) DE102004029833A1 (de)
FR (2) FR2856701A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010014832A1 (de) 2010-04-10 2011-10-13 Technische Universität Braunschweig Leicht bearbeitbare Nickelbasis-Legierung

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067435A1 (en) * 1998-06-23 1999-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength
US20070032848A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Cliff Bridges Elastic therapeutic wrap
US8216509B2 (en) * 2009-02-05 2012-07-10 Honeywell International Inc. Nickel-base superalloys
US11130201B2 (en) * 2014-09-05 2021-09-28 Ametek, Inc. Nickel-chromium alloy and method of making the same
CN111101022B (zh) * 2018-10-29 2022-03-22 利宝地工程有限公司 高γ′镍基超级合金、其用途及制造涡轮发动机构件的方法
CN115572861B (zh) * 2022-09-23 2024-02-23 北京北冶功能材料有限公司 一种易于加工成型的镍基高温合金及其制备方法和应用

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US292920A (en) * 1884-02-05 Assigxob to himself akd
US3619182A (en) * 1968-05-31 1971-11-09 Int Nickel Co Cast nickel-base alloy
BE788719A (fr) * 1971-09-13 1973-01-02 Cabot Corp Alliage a base de nickel resistant a l'oxydation aux temperatures elevees et thermiquement stables
US6416596B1 (en) * 1974-07-17 2002-07-09 The General Electric Company Cast nickel-base alloy
US4116723A (en) * 1976-11-17 1978-09-26 United Technologies Corporation Heat treated superalloy single crystal article and process
US4222794A (en) * 1979-07-02 1980-09-16 United Technologies Corporation Single crystal nickel superalloy
US5399313A (en) * 1981-10-02 1995-03-21 General Electric Company Nickel-based superalloys for producing single crystal articles having improved tolerance to low angle grain boundaries
US5154884A (en) * 1981-10-02 1992-10-13 General Electric Company Single crystal nickel-base superalloy article and method for making
US6054096A (en) * 1982-12-27 2000-04-25 United Technologies Corporation Stable heat treatable nickel superalloy single crystal articles and compositions
US4643782A (en) * 1984-03-19 1987-02-17 Cannon Muskegon Corporation Single crystal alloy technology
US5100484A (en) * 1985-10-15 1992-03-31 General Electric Company Heat treatment for nickel-base superalloys
US4731404A (en) * 1986-08-25 1988-03-15 Allied Corporation Polyester composition containing ester of polyfunctional high molecular weight alcohol
US4716080A (en) * 1987-04-09 1987-12-29 Owens-Corning Fiberglass Corporation Size composition
US5240518A (en) * 1990-09-05 1993-08-31 General Electric Company Single crystal, environmentally-resistant gas turbine shroud
US5395584A (en) * 1992-06-17 1995-03-07 Avco Corporation Nickel-base superalloy compositions
EP0637476B1 (de) * 1993-08-06 2000-02-23 Hitachi, Ltd. Gasturbinenschaufel, Verfahren zur Herstellung derselben sowie Gasturbine mit dieser Schaufel
DE19624056A1 (de) * 1996-06-17 1997-12-18 Abb Research Ltd Nickel-Basis-Superlegierung
CN1280648A (zh) * 1997-10-27 2001-01-17 西门子西屋动力公司 包括接合到超级合金基底上的薄蒙皮的涡轮机部件
JP3184882B2 (ja) * 1997-10-31 2001-07-09 科学技術庁金属材料技術研究所長 Ｎｉ基単結晶合金とその製造方法
US6217286B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-17 General Electric Company Unidirectionally solidified cast article and method of making
JP4392870B2 (ja) * 1998-06-29 2010-01-06 ダウ コ−ニング コ−ポレ−ション ヒドロシリル化反応による芳香族クロロシラン化合物の製造方法
JP2000210789A (ja) * 1999-01-27 2000-08-02 Hitachi Ltd 溶接ワイヤ及び補修施工方法
WO2001009403A1 (de) * 1999-07-29 2001-02-08 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges bauteil und verfahren zur herstellung des hochtemperaturbeständigen bauteils
EP1319729B1 (de) * 2001-12-13 2007-04-11 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010014832A1 (de) 2010-04-10 2011-10-13 Technische Universität Braunschweig Leicht bearbeitbare Nickelbasis-Legierung
DE102010014832B4 (de) 2010-04-10 2018-04-26 Technische Universität Braunschweig Leicht bearbeitbare Nickelbasis-Legierung

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005139548A (ja) 2005-06-02
US20050000603A1 (en) 2005-01-06
FR2856701A1 (fr) 2004-12-31
FR2860804A1 (fr) 2005-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19624055A1 (de) Nickel-Basis-Superlegierung
EP0246082B1 (de) Einkristalline Körper aus Superlegierungen
DE69017625T2 (de) Einkristalline Superlegierung auf Nickelbasis.
US5100484A (en) Heat treatment for nickel-base superalloys
EP0914484B1 (de) Nickel-basis-superlegierung
EP2402473B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer aus einer Nickel-Basis-Superlegierung bestehenden Einkristallkomponente
US4853044A (en) Alloy suitable for making single crystal castings
DE2749080A1 (de) Einkristallsuperlegierungsgegenstand auf nickelbasis und verfahren zu seiner herstellung
DE102010037046A1 (de) Nickelbasissuperlegierungen und Artikel
DE60211297T2 (de) Hochfeste heisskorrosions- und oxidationsbeständige, gerichtet erstarrte Superlegierung auf Nickelbasis und Gegenstände
DE60125059T2 (de) Nickelbasis-superlegierung zur anwendung im hochtemperatur- und hochbeanspruchungsbereich
GB2071695A (en) An alloy suitable for making single-crystal castings and a casting made thereof
DE112013003971T5 (de) Nickelbasierte einkristalline Superlegierung
CH695497A5 (de) Nickel-Basis-Superlegierung.
JP3820430B2 (ja) Ｎｉ基単結晶超合金、その製造方法およびガスタービン部品
US5489346A (en) Hot corrosion resistant single crystal nickel-based superalloys
DE102004029833A1 (de) Nickelbasis-Superlegierung und Einkristall-Gussstücke
DE3542882C2 (de)
EP0052911A1 (de) Einkristall-Legierung (einzelnes Korn)
WO2003040419A1 (de) Verfahren zur entwicklung einer nickel-basis-superlegierung
DE69934158T2 (de) Verfahren und Herstellung einer gerichtet erstarrten Gusslegierung auf Nickelbasis
JPS6125773B2 (de)
WO2011003804A1 (de) Nickel-basis-superlegierung
DE102004019837A1 (de) Nickelbasis-Superlegierung und Einkristall-Gussstücke
CH702642A1 (de) Nickel-Basis-Superlegierung mit verbessertem Degradationsverhalten.

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee