DE1043638B - Process for the production of objects with high creep resistance - Google Patents
Process for the production of objects with high creep resistanceInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen hoher Kriechfestigkeit aus borfreien Nickel-Chrom-Legierungen mit Zusätzen an Titan, Aluminium, Molybdän und Eisen.The invention relates to a method for producing articles of high creep resistance Made of boron-free nickel-chromium alloys with additions of titanium, aluminum, molybdenum and iron.
Der steigenden Nachfrage nach Legierungen mit hoher Dauerstandfestigkeit bei hoher Temperatur auf dem Flugzeuggebiet, insbesondere bei Düsenaggregaten bzw. Strahltriebwerken, steht die Verknappung der sogenannten strategischen Metalle entgegen. Bei der Entwicklung der Düsenaggregate und Strahltriebwerke griff man mehr und mehr zu Metallen, die in verhältnismäßig geringer Menge vorliegen, z. B. Niob, Tantal, Wolfram und Kobalt. Es ist vorgeschlagen worden, solche Stoffe zu ersetzen durch geringe Mengen Bor, jedoch bringt dies Nachteile, da selbst sehr geringe Mengen Bor die Eigenschaften der Legierungen bezüglich der Warmverformbarkeit außerordentlich schädlich beeinflussen.The increasing demand for alloys with high creep strength at high temperatures In the aircraft sector, especially in the case of nozzle units and jet engines, there is a shortage of so-called strategic metals. During the development of the nozzle units and jet engines one resorted more and more to metals that are present in relatively small quantities, e.g. B. niobium, tantalum, Tungsten and cobalt. It has been suggested to replace such substances with small amounts of boron, however, this has disadvantages since even very small amounts of boron affect the properties of the alloys extremely detrimental to the hot deformability.
Bekannt ist, daß hohe Kriechfestigkeit bei borfreien Nickel-Chrom-Legierungen durch Zusätze von Titan, Aluminium, Molybdän und Eisen erreichbar ist. Als Beispiel einer derartigen Legierung ist zu nennen eine Legierung mit 8 bis 25°/o Chrom, 8 bis 30% Molybdän, 0,5 bis 5% Titan, 0,5 bis 5% Aluminium und einem Gesaratgehalt an Nickel und Kobalt van mindestens 70%. Nachteilig ist jedoch, daß Gegenstände aus solchen Legierungen bei oder nach der Fertigstellung einer Lösungsglühbehandlung von temperaturabhängiger Dauer, gegebenenfalls mit nachträglicher Neuerhitzung auf niedrigere Temperatur, unterworfen werden müssen. Selbst wenn das normale Erwärmen zur Warmverformung, z. B. Schmieden, Drücken od. dgl., so mit der Lösungsglühung vereinigt wird, daß eine zwischensätzliche Kühlung vermieden wird, erfordert die Lösungsglühung unter bevorzugten Umständen eine Zeit von 4 bis 6 Stunden bei 1O1SO0 C, bevor die Temperatur auf 1100° C zur Warmverformung erhöht wird.It is known that high creep strength can be achieved in boron-free nickel-chromium alloys by adding titanium, aluminum, molybdenum and iron. An example of such an alloy is an alloy with 8 to 25% chromium, 8 to 30% molybdenum, 0.5 to 5% titanium, 0.5 to 5% aluminum and a total nickel and cobalt content of at least 70 %. However, it is disadvantageous that objects made of such alloys have to be subjected to a solution heat treatment of temperature-dependent duration during or after completion, possibly with subsequent reheating to a lower temperature. Even if the normal heating for hot working, e.g. B. forging, pressing or the like. Is combined with the solution heat treatment that an additional cooling is avoided, the solution heat treatment requires under preferred circumstances a time of 4 to 6 hours at 1O 1 SO 0 C, before the temperature to 1100 ° C is increased for hot deformation.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß bei Einhaltung bestimmter enger Legierungsbereiche und bei Inbeziehungsetzen der Bestandteile zur Erreichung eines Kompromisses zwischen hoher Kriechfestigkeit einerseits und Walzbarkeit zu Blechen andererseits die Warmverformung unter Fortlassung der Lösungsglühung erfolgen kann.The invention is based on the knowledge that when certain narrow alloy ranges are observed and in relating the components to compromise high creep resistance on the one hand and rollability to sheet metal on the other hand the hot forming, omitting the Solution annealing can be done.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gegenständen hoher Kriechfestigkeit aus borfreien
Nickel-Chrom-Legierungen mit Zusätzen von Titan, Aluminium, Molybdän und Eisen ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung aus 14 bis 17 % Chrom,
0 bis 2,5% Kobalt, 2,25 bis 5% Titan, 1,75 bis 2,5¥0
Aluminium, wobei die Mengen an Titan und Aluminium in einem Verhältnis von 1 bis; 1,5,; 1 Gewichteteil
zueinander stehen» Q„QS bis 0,25·%: Kohlenstoff,
Verfahren zur Herstellung
von Gegenständen hoher KriechfestigkeitThe method according to the invention for the production of objects of high creep resistance from boron-free nickel-chromium alloys with additions of titanium, aluminum, molybdenum and iron is characterized in that an alloy of 14 to 17% chromium, 0 to 2.5% cobalt, 2, 25 to 5% titanium, 1.75 to 2.5 ¥ 0 aluminum, the amounts of titanium and aluminum in a ratio of 1 to; 1.5; 1 part by weight to each other are »Q„ QS up to 0.25 ·%: carbon, process for production
of objects with high creep resistance
Anmelder:Applicant:
Electric Furnace Products Company Ltd., Toronto, Ontario (Kanada)Electric Furnace Products Company Ltd., Toronto, Ontario (Canada)
Vertreter: Dr. phil. Dr. rer. pol. K. Köhler,
Patentanwalt, München 2, Amalienstr. 15Representative: Dr. phil. Dr. rer. pole. K. Koehler,
Patent attorney, Munich 2, Amalienstr. 15th
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Juli i953Claimed priority:
V. St. v. America July 3, 1953
Italo Solomon Servi, Niagara Falls, N. Y.r
und Howard Randall Spendelow jun.,Italo Solomon Servi, Niagara Falls, NY r
and Howard Randall Spendelow Jr.,
Snyder, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt wordenSnyder, NY (V. St. A.),
have been named as inventors
8 bis 12% Eisen, 4 bis 7% Molybdän, Rest Nickel, lediglich einer Warmverformung in dem Temperatürbereich zwischen 1050 und 1180° C unterworfen wird.8 to 12% iron, 4 to 7% molybdenum, the remainder nickel, only a hot deformation in the temperature range between 1050 and 1180 ° C is subjected.
Die Zeichnungen stellen inThe drawings represent in
Fig. 1 eine Kurve dar, die die Wirkung des Eisengehaltes auf die Lebensdauer der Legierungen gemäß der Erfindung im Dauerstandversuch zeigt, und inFig. 1 is a curve showing the effect of the iron content on the service life of the alloys according to the invention in the endurance test , and in
Fig. 2 eine Kurve, die die Wirkung des Molybdängehaltes auf die Lebensdauer (beides in Stunden ausgedrückt) bei den Legierungen der Erfindung darstellt.Fig. 2 is a graph showing the effect of molybdenum content on the life (both expressed in hours) in the alloys of the invention.
Die Zeichnungen zeigen, wie sehr es auf Einhaltung bestimmter Anteile an Eisen bzw. Molybdän ankommt.The drawings show how important it is to maintain certain proportions of iron or molybdenum.
Fig. 1 zeigt das Dauerstandverhaiten bei Zagbelastung bis zum Brach der Legierung gemäß der Erfindung bei 871° C unter einer Belastung" von 14,06 kg/mm2- Der Eisengehalt wurde — wie die Kurvendarstellung zeigt — geändert in einer Legiertiflg mit folgender Zusammensetzung: 15 bis 16%· Chrom, etwa 5,5% Molybdän, 1,80bis 2,25% Aluminium, 2,50 bis 2,75% Titan, 0,12 bis 0,15% Kohlenstoff, Rest Nickel undVerunreinigungen. DieKurvenpunkte außerhalb des genau einzuhaltendes Bereiches des Eisengehalts, der Legierung wurden geprüft. Die maximale Lebensdauer bei der angegebenen Belastung (etwa 4QÖ Stunden) wurde in einem recht eögen Eisenbereich erzielt;: eine Verringerung des Eisengehaltes auf Werte unterhalb" dieses Bereiches vermindert die Lebensdauer erheblich, z.B. um etwa. 100Stunden, wenn der Eisengehalt auf etwa 6% herabgesetzt wird. Noch klarer geht die Wirkung· und Notwendigkeit der genauenFig. 1 shows the endurance behavior with a load up to the breakage of the alloy according to the invention at 871 ° C under a load of 14.06 kg / mm 2 - the iron content was - as the curve shows - changed in an alloy with the following composition: 15 to 16% chromium, about 5.5% molybdenum, 1.80 to 2.25% aluminum, 2.50 to 2.75% titanium, 0.12 to 0.15% carbon, the balance nickel and impurities The exact range of iron content to be adhered to in the alloy has been tested. The maximum service life at the specified load (approx. 4QÖ hours) was achieved in a fairly good iron range; a reduction in the iron content to values below "this range reduces the service life considerably, for example by about . 100 hours when the iron content is reduced to around 6%. The effect and necessity of the exact one is even clearer
809 678/341809 678/341
Einhaltung der Eisengehalte bei Erhöhung des Gehaltes über den engen Bereich hervor, z. B. wird die Lebensdauer auf etwa die Hälfte bzw. 200 Stunden herabgesetzt, wenn der Eisengehalt um 6% über den engen Bereich hinaus erhöht wird.Compliance with the iron content when increasing the content over the narrow range, z. B. becomes the Service life reduced to about half or 200 hours if the iron content is 6% above the narrow area is increased beyond.
Die Notwendigkeit der genauen Einhaltung der Bereiche der Legierungselemente wird auch aus der Fig. 2 deutlich, die die Kurve des Dauerstandverhaltens bis zum Bruch bei 816° C unter Anwendung einer Belastung von 34,6 km/mm2 zeigt. Der Molybdängehalt wurde — wie die Kurve zeigt — geändert in einer Legierung folgender Zusammensetzung: 15 bis 16% Chrom, etwa 8,5 °/o Eisen, 1;75 bis 2,25% Aluminium, 2,50. bis 2,75% Titan, 0,11 bis 0,16% Kohlenstoff, Rest Nickel und Verunreinigungen. Eine Prüfung der Kurvenpunkte außerhalb des Bereiches der Einstellung des Molybdängehaltes gemäß der Erfindung zeigt, daß dieser Bereich noch genauer eingehalten werden muß als der des Eisens. Die maximale Lebensdauer wird mit etwa 175 Stunden in einem sehr engen Bereich des Molybdängehaltes erzielt; eine Verminderung des Molybdängehaltes unterhalb dieses Bereiches führt zu einer bemerkenswerten Verringerung der Lebensdauer; sie wird um mehr als zwei Drittel oder etwa 125 Stunden vermindert, wenn der Molybdängehalt um etwa 3% vermindert wird. Die Kurve zeigt ferner, daß die Überschreitung der Grenzen des Molybdängehaltes nach oben sich ebenfalls ungünstig auswirkt; die Lebensdauer wird auf etwa die Hälfte bzw. um 90 Stunden verkürzt, wenn der Molybdängehalt um 3% erhöht wird.The necessity of strictly adhering to the ranges of the alloying elements is also clear from FIG. 2, which shows the curve of the fatigue behavior up to breakage at 816 ° C. when a load of 34.6 km / mm 2 is applied. As the curve shows, the molybdenum content was changed in an alloy of the following composition: 15 to 16% chromium, about 8.5% iron, 1.75 to 2.25% aluminum, 2.50. up to 2.75% titanium, 0.11 to 0.16% carbon, the remainder nickel and impurities. An examination of the curve points outside the range of the setting of the molybdenum content according to the invention shows that this range must be adhered to even more precisely than that of iron. The maximum service life is achieved with about 175 hours in a very narrow range of the molybdenum content; a reduction in the molybdenum content below this range leads to a noticeable reduction in service life; it is decreased by more than two thirds, or about 125 hours, when the molybdenum content is decreased by about 3%. The curve also shows that exceeding the limits of the molybdenum content also has an unfavorable effect; the service life is reduced to about half or 90 hours if the molybdenum content is increased by 3%.
Die Kurven zeigen also klär, wie wesentlich es ist, die Verhältnismengen der Legierungsbildner in der Legierung der Erfindung einzuhalten und wie eng die Bereiche sind, die eingehalten werden müssen, um die physikalischen Eigenschaften zu bekommen, die die Legierungen gemäß der Erfindung auszeichnen.The curves clearly show how essential it is to determine the proportions of the alloying agents in the Alloy of the invention to be complied with and how narrow are the ranges that must be complied with in order to achieve the to get physical properties that characterize the alloys according to the invention.
Die Mengen an Aluminium und Titan in der Legierung der Erfindung sind nicht weniger von Bedeutung als die der anderen Elemente. Eine Erhöhung des Gehaltes an Aluminium und Titan wirkt sich vorteilhaft auf die Festigkeit der Legierung aus, verringert aber die Warmverformbarkeit und die Verformbarkeit in der Kälte. Außerdem ist das Verhältnis von Titan zu Aluminium von besonderer. Wichtigkeit; nicht nur sind die aufgeführten Prozentsätze für jedes Element von ausschlaggebender Bedeutung, sondern ihre Verhältnismenge zueinander ist ebenso von großer Wichtigkeit. Bei den angegebenen Legierungen ist die Menge an Titan stets größer als die Menge an Aluminium; ein bevorzugtes Verhältnis ist etwa 1 bis 1 1Iz Teile Titan zu 1 Teil Aluminium:The amounts of aluminum and titanium in the alloy of the invention are no less important than those of the other elements. An increase in the aluminum and titanium content has a beneficial effect on the strength of the alloy, but reduces the hot deformability and the deformability in the cold. In addition, the ratio of titanium to aluminum is special. Importance; Not only are the percentages listed for each element critical, but their relative proportions are also of great importance. In the case of the specified alloys, the amount of titanium is always greater than the amount of aluminum; a preferred ratio is about 1 to 1 1 Iz parts of titanium to 1 part of aluminum:
Eine besonders hervorragende Eigenschaft der Legierung der Erfindung ist die Konstanz der Streckgrenze von Raumtemperatur bis zu den zu erwartenden Betriebstemperaturen. Der'scharfe Abfall der Festigkeit vergleichbarer Legierungen zeigt, wie außerordentlich der Fortschritt .der Legierungen der Erfindung in dieser Beziehung ist. Andere bevorzugte Eigenschaften der Legierung der Erfindung sind die Wärmeverarbeitbarkeit, die Streckbarkeit bei Raumtemperatur und die Festigkeit bei hoher Temperatur. Diese Eigenschaften lassen die Herstellung von Blech, Stäben, Schmiedestücken, Tafeln oder Platten und Gegenständen, die bei erhöhten Temperaturen Belastung aushalten müssen, durch Warmverformung zu. Eine andere erwünschte Eigenschaft der Legierung der Erfindung, die sie vor anderen vergleichbaren Legierungen auszeichnet, ist, daß. keine künstliche Alterungsbehandlung notwendig; ist, um die Festigkeitseigenschaften bzw. Dauerstandseigenschaften zu entwickeln, die die Legierung der Erfindung gegenüber vergleichbaren, bekannten Legierungen auszeichnen. Vorzugsweise werden die Legierungen der Erfindung, unabhängig von der Menge der zu legierenden Metalle in den angegebenen Bereichen, im Vakuum geschmolzen und gegossen, wie das weiter unten im einzelnen dargelegt ist. Das Schmelzen und Gießen im Vakuum erbringt gute Gußstücke bzw. Blöcke, dieA particularly excellent property of the alloy of the invention is the constancy of the yield point from room temperature to the expected operating temperatures. The sharp drop in strength comparable alloys shows how extraordinary the progress of the alloys of the invention is in this relationship. Other preferred properties of the alloy of the invention are that Heat processability, room temperature stretchability, and high temperature strength. These properties allow the production of sheet metal, rods, forgings, sheets or plates and Objects that have to withstand stress at elevated temperatures through hot deformation. Another desirable property of the alloy of the invention sets it above other comparable alloys is that. no artificial aging treatment necessary; is to develop the strength properties or durability properties, which distinguish the alloy of the invention from comparable, known alloys. Preferably, the alloys of the invention, regardless of the amount to be alloyed Metals in the specified ranges, melted in vacuo and poured like the one below in individual is set out. Melting and casting in a vacuum yields good castings or blocks that
ίο ohne Schwierigkeit gewalzt werden können.ίο can be rolled without difficulty.
Ist der Titangehalt an der unteren Grenze des angegebenen Bereiches, so kann die Legierung in der üblichen Weise durch Schmelzen an der Luft hergestellt werden unter Einhaltung besonderer Maßregeln, wie z.B. Gießen in eine Sandform, wie das weiter unten auseinandergesetzt ist. Liegt der Titangehalt oberhalb 21Iz bis 3%, so muß das Schmelzen und Gießen im Vakuum vorgenommen werden.If the titanium content is at the lower limit of the specified range, the alloy can be produced in the usual way by melting in air, observing special measures, such as casting in a sand mold, as explained below. If the titanium content is above 2 1 Iz to 3%, melting and casting must be carried out in a vacuum.
Bei dem Schmelzen im Vakuum wird mit Vorteil soThis is advantageous when melting in a vacuum
ao vorgegangen, daß das gesamte Material unter Verwendung eines Kohlenstoffüberschusses in den Ofen eingebracht wird. Der Ofen wird teilweise evakuiert und die Charge geschmolzen. Wenn die Charge geschmolzen ist, wird die Energiezufuhr so verringert, daß die Charge in geschmolzenem Zustand verbleibt; der Druck wird langsam vermindert, wobei einheftiges Sieden vermieden wird. Dabei reagiert der überschüssige Kohlenstoff mit den Verunreinigungen der Charge. (Die Reaktion kann verzögert werden durch Erhöhung des Drucks mit Argon.) Der Druck soll am Ende auf etwa 0,3 bis 0,5 mm verringert werden; es werden dann Temperatur und Druck konstant gehalten, bis die sichtbare Reaktion aufhört, wonach in einer Teil-Argon-Atmosphäre vergossen wird.ao proceeded that all material using an excess of carbon in the furnace is introduced. The furnace is partially evacuated and the batch is melted. When the batch has melted the energy input is reduced so that the charge remains in a molten state; the pressure is slowly reduced, with one violent Boiling is avoided. The excess carbon reacts with the impurities in the batch. (The reaction can be delayed by increasing the pressure with argon.) The pressure should end up reduced by about 0.3 to 0.5 mm; temperature and pressure are then kept constant until the visible Reaction ceases, after which it is poured into a partial argon atmosphere.
Bei dem Schmelzen an der Luft wird die Legierung in der üblichen Weise an der Luft unter Beachtung der üblichen Vorsichtsmaßregeln geschmolzen. Nach dem Schmelzen wird die Legierung in einer Sandform mit heißem Oberteil vergossen. Eines der handelsüblichen Lunkermittel (exothermes Gemisch zur Verhinderung der Abkühlung des oberen Teiles des Gußstückes bzw. Blockes) soll vorzugsweise in dem heißen Oberteil vorgesehen werden. Bei diesen Vorsichtsmaßregeln wird ein Gußstück bzw. Block erzielt, der im wesentlichen frei ist von unerwünschten Einschlüssen. Gute, einwandfreie Blöcke von 5X15X102 cm wurden auf diese Weise mit Erfolg hergestellt.When melting in the air, the alloy is in the usual manner in the air, taking into account the usual precautions melted. After melting, the alloy is in a sand mold with potted hot top. One of the commercially available blowholes (exothermic mixture to prevent the cooling of the upper part of the casting or block) should preferably be provided in the hot upper part will. With these precautions, a casting or block is obtained which essentially is free from unwanted inclusions. Good, flawless blocks of 5X15X102 cm were placed on this Wise made with success.
Nach dem Gießen der Legierung nach einer der oben angeführten Arten wird die Legierung in einem Temperaturbereich von 1050 bis 1180° C warm verformt. Die folgenden Zahlen zeigen die ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften spezieller Beispiele der Legierung der Erfindung. Das Produkt A wurde mittels Schmelzen an der Luft — wie oben ausgeführt — hergestellt, während das Produkt B durch Schmelzen im Vakuum — wie oben angegeben — erzeugt wurde.After casting the alloy in one of the ways listed above, the alloy will be in a temperature range deformed from 1050 to 1180 ° C. The following numbers show the excellent ones physical properties of specific examples of the alloy of the invention. The product A was by means of Melting in the air - as stated above - produced, while the product B by melting in a vacuum - as stated above - was generated.
Zusammensetzungcomposition
Chrom ....Chrome ....
Eisen iron
Molybdän .Molybdenum.
Titan titanium
Aluminium
Kohlenstoffaluminum
carbon
Bemerkenswert ist die außerordentliche Dauerstandfestigkeit von 167,7 Stunden bei 982° C bei einer Be-The extraordinary long-term stability is remarkable of 167.7 hours at 982 ° C with a
lastung von 703 kg/mm2 für Produkt B, wobei sich die ausgezeichneten Eigenschaften der Erfindung erweisen. load of 703 kg / mm 2 for product B, which proves the excellent properties of the invention.
Warmzerreißversuche (autographisch gemessen) 2,8 mm heißgewalztes, angelassenes*) BlechHot tear tests (measured autographically) 2.8 mm hot-rolled, tempered *) sheet metal
Produkt AProduct A.
*) Geglüht bei 1177° und luftgekühlt.*) Annealed at 1177 ° and air-cooled.
Dauerstandversuche 6,3 mm heißgewalzter, angelassener RundstabEndurance tests 6.3 mm hot-rolled, tempered round bar
Produkt BProduct B
Die vorzüglichen Eigenschaften der Legierung der Erfindung machen sie geeignet für die Herstellung von Blech durch Warmwalzen oder durch andere energische Warmverformung zur Bildung von Turbinenschaufeln, Mündungstrichtern von Düsenmotoren, Ventilen oder Teilen von Ventilen od. dgl., im allgemeinen also für Metall oder Metallgegenstände, die bei hohen Temperaturen unter starker Belastung arbeiten müssen.The excellent properties of the alloy of the invention make it suitable for the manufacture of Sheet metal by hot rolling or other energetic hot deformation to form turbine blades, Orifice funnels of jet engines, valves or parts of valves or the like, in general So for metal or metal objects that have to work at high temperatures under heavy loads.
Claims (2)
Deutsche Patentschrift Nr. 836 570;
schweizerische Patentschriften Nr. 261 677, 268243, 504.Considered publications:
German Patent No. 836 570;
Swiss patents No. 261 677, 268243, 504.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1043638XA | 1953-07-03 | 1953-07-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1043638B true DE1043638B (en) | 1958-11-13 |
Family
ID=22300094
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DEE9151A Pending DE1043638B (en) | 1953-07-03 | 1954-06-24 | Process for the production of objects with high creep resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1043638B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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