DE102006035111A1

DE102006035111A1 - Nickelbasislegierung

Info

Publication number: DE102006035111A1
Application number: DE102006035111A
Authority: DE
Inventors: Jutta Dr. Klöwer; Frank Scheide
Original assignee: ThyssenKrupp VDM GmbH
Current assignee: VDM Metals International GmbH
Priority date: 2006-07-29
Filing date: 2006-07-29
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-07-30
Also published as: JP2009544855A; JP5273620B2; DE102006035111B4; EP2047004A1; RU2399690C1; MX2009000987A; BRPI0715515B1; WO2008014741A1; EP2047004B1; PL2047004T3; ATE510034T1; BRPI0715515A2; US20100003163A1

Abstract

Nickelbasislegierung, bestehend aus (in Masse-%) Al 1,2-2,0% Si 1,2-1,8% C 0,001-0,1% S 0,001-0,1% Cr max. 0,1% Mn max. 0,01% Cu max. 0,1% Fe max. 0,2% Mg 0,005-0,06% Pb max. 0,005% Y 0,05-0,15% und Hf 0,05-0,10% oder Y 0,05-0,15% und La 0,05-0,10% oder Y 0,05-0,15% und Hf 0,05-0,10% und La 0,05-0,10% Ni Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nickelbasislegierung mit Silizium, Aluminium und reaktiven Elementen als Legierungsbestandteile.
Nickelbasislegierungen werden unter anderem dazu eingesetzt, Elektroden von Zündelementen für Verbrennungskraftmaschinen zu erzeugen. An Verschleiß derartiger Elektroden sind zwei Schadensmechanismen zu betrachten, nämlich die Hochtemperaturkorrosion und die Funkenerrosion.
Der Verschleiß durch Hochtemperaturkorrosion lässt sich durch Masseverlustmessungen sowie durch metallographische Untersuchungen nach Auslagerung bei vorgegebenen Prüftemperaturen bestimmen.
Funkenerrosion ist ein Materialabbrand, der durch den Zündfunken verursacht wird. Bei jedem Funkenüberschlag wird ein begrenztes Materialvolumen aus den Elektroden herausgeschmolzen und teilweise verdampft.
Für beide Schadensmechanismen ist die Art der Oxidschichtausbildung von besonderer Bedeutung.
Um eine optimale Oxidschichtausbildung für den konkreten Anwendungsfall zu erreichen, sind bei Nickelbasislegierungen verschiedene Legierungselemente bekannt. So wirkt sich zum Beispiel Aluminium positiv auf die Oxidschichtausbildung aus. Auch ist bekannt, dass reaktive Elemente die Haftung der sich ausbildenden Oxidschicht verbessern können und dann die Lebensdauer erhöhen.
Durch die GB-A 2031950 ist eine Nickellegierung bekannt geworden, bestehend aus (in Masse-%) etwa 0,2 bis 3% Si, etwa 0,5% oder weniger Mn, wenigstens zwei Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus etwa 0,2 bis 3% Cr, etwa 0,2 bis 3% Al und etwa 0,01 bis 1% Y, Rest Nickel.
In der DE-A 102 24 891 wird eine Legierung auf Nickelbasis vorgeschlagen, welche (in Masse-%) 1,8 bis 2,2% Silizium, 0,05 bis 0,1% Yttrium und/oder Hafnium und/oder Zirkonium, 2 bis 2,4% Aluminium, Rest Nickel aufweist. Derartige Legierungen lassen sich bezüglich der hohen Aluminium- und Siliziumgehalte nur unter schwierigen Bedingungen bearbeiten und sind somit für den technischen Großeinsatz wenig geeignet.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Nickelbasislegierung bereitzustellen, durch welche eine Erhöhung der Lebensdauer von daraus hergestellten Bauteilen durch Erhöhung der Funkenerrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit und Schweißbarkeit herbeiführbar ist.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Nickelbasislegierung, beinhaltend (in Masse-%)
Al 1,2–2,0%
Si 1,2–1,8%
C 0,001–0,1%
S 0,001–0,1%
Cr max. 0,1%
Mn max. 0,01%
Cu max. 0,1%
Fe max. 0,2%
Mg 0,005–0,06%
Pb max. 0,005%
Y 0,05–0,15% und Hf 0,05 bis 0,10% oder
Y 0,05–0,15% und La 0,05 bis 0,10% oder
Y 0,05–0,15% und Hf 0,05–0,10% und La 0,05–0,10%
Ni Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bezüglich der reaktiven Elemente sind somit drei Varianten denkbar, nämlich Y + Hf, Y + La sowie Y + Hf + La.
Die erfindungsgemäße Nickelbasislegierung ist bevorzugt einsetzbar als Werkstoff für Elektroden von Zündkerzen für Benzinmotoren.
Durch gezielte Einstellung einerseits der Elemente Al, Si, Mg und andererseits der reaktiven Elemente Y, Hf, La in ihren jeweiligen Kombinationen kann eine Verbesserung der Lebensdauer von Elektrodenwerkstoffen durch Erhöhung der Funkenerrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit und Schweißbarkeit herbeigeführt werden.
Im Element Mg kommt bezüglich der Abbindung von Schwefel eine besondere Bedeutung zu, so dass hier gezielt geringe Schwefelgehalte in der erfindungsgemäßen Nickelbasislegierung eingestellt werden können.
Bevorzugte Aluminium- und Siliziumgehalte werden (in Masse-%) gesehen im Bereich zwischen 1,2 und 1,5% je Element, während der bevorzugte Mg-Gehalt (in Masse-%) sich zwischen 0,08 und 0,05% eingestellt wird.
Tabelle 1 zeigt als Gegenüberstellung sechs Laborchargen im Vergleich mit zwei großtechnischen Chargen.
Die 1 und 2 zeigen für die Legierungen gemäß Tabelle 1 Masseverlustuntersuchungen bei Temperaturen von einerseits 900°C und andererseits 1.000°C.
Die beiden Vergleichslegierungen zeigen bereits bei 900°C Abplatzungen der vorab aufgebauten Oxidschicht. Bei 1.000°C trifft dies zwar auch auf die erfindungsgemäßen Legierungen zu, nicht jedoch in gleichem Umfang, wie bei den Vergleichslegierungen.

Claims

Nickelbasislegierung, bestehend aus (in Masse-%) Al 1,2–2,0% Si 1,2–1,8% C 0,001–0,1% S 0,001–0,1% Cr max. 0,1% Mn max. 0,01% Cu max. 0,1% Fe max. 0,2% Mg 0,005–0,06% Pb max. 0,005% Y 0,05–0,15% und Hf 0,05–0,10% oder Y 0,05–0,15% und La 0,05–0,10% oder Y 0,05–0,15% und Hf 0,05–0,10% und La 0,05–0,10% Ni Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Nickelbasislegierung nach Anspruch 1, beinhaltend (in Masse-%) Al 1,2–2,0% Si 1,2–1,8% C 0,001–0,05% S 0,001–0,05% Cr max. 0,1% Mn max. 0,1% Cu max. 0,1% Fe max. 0,2% Mg 0,005 bis 0,06% Pb max. 0,005% Y 0,10–0,15% und Hf 0,05–0,10% Ni Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Nickelbasislegierung nach Anspruch 1, beinhaltend (in Masse-%) Al 1,2–2,0 Si 1,2–1,8% C 0,001–0,05% S 0,001–0,05% Cr max. 0,1% Mn max. 0,1% Cu max. 0,1% Fe max. 0,2% Mg 0,005–0,06% Pb max. 0,005% Y 0,10–0,15% und La 0,05 bis 0,10% Ni Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Nickelbasislegierung nach Anspruch 1, beinhaltend (in Masse-%) Al 1,2–2,0 Si 1,2–1,8% C 0,001–0,05% S 0,001–0,05% Cr max. 0,1% Mn max. 0,1% Cu max. 0,1% Fe max. 0,2% Mg 0,005–0,06% Pb max. 0,005% Y 0,10–0,15% und Hf 0,05 bis 0,10% und La 0,05–0,10%.
Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Gehalt (in Masse-%) Al 1,2–1,5% Si 1,2–1,5%.
Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Gehalt (in Masse-%) Mg 0,008–0,05%.
Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Gehalt (in Masse-%) Y + Hf 0,11–0,18%.
Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Gehalt (in Masse-%) Y + La 0,11–0,18%
Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Gehalt (in Masse-%) Y + Hf + La 0,18–0,22%
Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Gehalt (in Masse-%) Y + Mg 0,11–0,13%.
Verwendung der Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Elektrodenwerkstoff für Zündelemente von Verbrennungskraftmaschinen.