DE1087356B

DE1087356B - Warmfeste Gusslegierungen auf Nickel-Chrom-Basis

Info

Publication number: DE1087356B
Application number: DEI9211A
Authority: DE
Inventors: Henry Cave Child; Geoffrey Thomas Harris
Original assignee: Jessop William & Sons Ltd
Current assignee: Jessop William & Sons Ltd
Priority date: 1954-10-04
Filing date: 1954-10-04
Publication date: 1960-08-18

Description

Warmfeste Gußlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis Die Erfindung bezieht sich auf warmfeste Gußlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis und betrifft insbesondere derartige Legierungen, welche für die Herstellung von Beanspruchungen bei hohen Temperaturen von 600 bis 1000° C unterworfenene Teilen geeignet sind.
Nickel-Chrom-Legierungen, gewöhnlich mit einem Gehalt an Titan und Aluminium, sind für die Herstellung solcher Teile bekannt. Bei derartigen Legierungen wurde allgemein vorgeschlagen, Elemente, wie Molybdän, Vanadin, Wolfram und andere Carbidbiidner, als zusätzliche Verstärker zuzufügen. Von diesen wurde wahrscheinlich Molybdän am häufigsten erwähnt. Diese Legierungen enthalten stets weniger als 0,5% und in den meisten Fällen weniger als 0,1°/o Kohlenstoff.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß gewisse mit zusätzlichen Verstärkern versehene und für die obenerwähnte Anwendung bei hohen Temperaturen geeignete Nickel-Chrom-Legierungen sich in besonderer Weise für Gußzwecke eignen, wenn der Kohlenstoffgehalt über 0,5 % beträgt.
Die neuen Legierungen haben folgende Zusammensetzung: 0,5 bis 2% Kohlenstoff, 0,1 bis 2%, Mangan, 0,1 bis weniger als 2% Silizium, 15 bis 25% Chrom, 1 bis 50/a Wolfram, 1 bis 5% Molybdän, 1 bis 60/9 Niob und/oder Tantal, 0 bis 15% Eisen, Rest Nickel, einschließlich Verunreinigungen.
Ein bevorzugter Bereich für die Zusammensetzung ist: 0,5 bis 0,7'% Kohlenstoff, 0,5 bis 1,5% Mangan, 0,5 bis 1,5% Silizium, 17 bis 23% Chrom, 2 bis 4% Wolfram, 2 bis 4% Molybdän, 2 bis 4% Niob und/ oder Tantal, 0 bis 10% Eisen, Rest Nickel, einschließlich Verunreinigungen.
Das wesentliche Merkmal der neuen Legierungen ist somit der hohe, 0,5 % übersteigende Kohlenstoffgehalt neben einem hohen Nickelgehalt. Die Legierungen nach der Erfindung wurden insbesondere als Gießlegierungen entwickelt, welche für Verwendung bei hoher Temperatur brauchbar sind und ein reines, gutes Fertigprodukt entstehen lassen, welches frei von leicht oxydierbaren Elementen, wie Titan, Aluminium und Bor ist, welche infolge ihrer Neigung zur Oxydation während des Gießens Schwierigkeiten machen und eine verunreinigte Legierung entstehen lassen. Daher können Legierungen gemäß der Erfindung an der Luft gegossen werden, während die die eben genannten Elemente enthaltenden bekannten Legierungen im Vakuum oder unter einer Schutzatmosphäre gegossen werden. Die neuen Nickellegierungen sind verhältnismäßig wohlfeil und besitzen gute Gießfähigkeit und Fließvermögen neben ausreichender Bruch- und Kriechfestigkeit bei hoher Temperatur.
Die .neuen Legierungen mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt gemäß der Erfindung weisen noch folgende Merkmale auf: Es sind mindestens drei der Elemente Wolfram, Niob, Molybdän und Tantal zugegen; Stickstoff kann in Mengen von 0,01 bis 0,2% anwesend sein.
Die Legierungen können auch einen Gehalt an einem oder mehreren der Elemente Beryllium, Cer, Kupfer und Zirkonium insgesamt bis, zu 3 % enthalten.
Beispielsweise kann eine geeignete Legierung gemäß der Erfindung folgende Zusammensetzung haben 0,52% Kohlenstoff, 1% Mangan, 0,8% Silizium, 20% Chrom, 3% Wolfram, 30/9 Molybdän, 1,5% Tantal, 1,50% Niob, 65% Nickel, Rest Eisen, einschließlich Verunreinigungen.
Ein anderes Beispiel ist: 0,52% Kohlenstoff, 1%, Mangan, 0,8% Silizium, 20% Chrom, 4,60/aWolfram, 3,7% Molybdän, 2,1% Tantal, 1,9% Niob, 60% Nickel, Rest Eisen, einschließlich Verunreinigungen.
Einige typische Kriecheigenschaften für die erstere der beiden letztgenannten Legierungen im gegossenen Zustand sind:

Beanspruchung Temperatur Bruchzeit

kg/mm2

o C in Stunden

15,50 700 960

12,40 750 580

9,30 800 550

6,20 900 190

4,65 950 210

3,88 1000 170

Die gegossene Legierung hat bei Raumtemperatur eine Festigkeit von 54 kg/mm2 und eine Dehnung von 5%. Die Temperaturwechselbeständigkeit der Legierung läßt sich günstig mit den im allgemeinen verfügbaren gegossenen austenitischen Legierungen vergleichen.
Bezüglich der Verwendung von Niob und/oder Tantal bei den Legierungen gemäß der Erfindung ist von Bedeutung daß, da in den üblichen Erzen Tantal und Niob zusammen in einem Verhältnis von etwa 1 :1 vorkommen,. eine aus solchen Erzen erhaltene Niob-Tantal-Mischung insbesondere vorteilhaft für strategische Zwecke ist.
Legierungen gemäß der Erfindung sind besonders zur Verwendung bei den verschiedenen bekannten Gießverfahren und für die Herstellung solcher Teile wie Düsenleitfiügel und Gasturbinen geeignet. Sie eignen sich jedoch auch für andere Zwecke, wobei Beanspruchungen bei hohen Temperaturen oder rasche Temperaturschwankungen auftreten.
Obwohl die Legierungen gemäß der Erfindung in erster Linie für Gußzwecke dienen (sie können im gegossenen Zustand ohne Wärmebehandlung benutzt werden), so können sie auch geschmiedet oder stranggepreßt und in diesem Zustand geeigneten bekannten Wärmebehandlungen unterworfen werden.
So kann z. B. die vorletzterwähnte Legierung geschmiedet und einer Lösungsbehandlung von 5 Minuten bei 1250° C mit anschließendem ölabschrecken unterworfen werden. Eine solche Legierung hat eine Bruchzeit von 35 Stunden bei einer Beanspruchung von 4,65 kg/mm2 bei 950° C.
Nach einem anderen Beispiel erhöht der Zusatz von 0,05 0% Cer die Bruchfestigkeit der geschmiedeten Legierung um einen gewissen Betrag, wobei eine Beanspruchung von 6,20 kg/mm2 bei 950° C eine Bruchzeit von 28 Stunden gibt.
Nach der zuletzt angegebenen Legierung war die Bruchzeit nach dem Schmieden und Abschrecken in Öl bei 1250° C bei einer Belastung von 4,65 kg/mm2 und bei 950° C 248 Stunden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Warmfeste Gußlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis folgender Zusammensetzung: 0,5 bis 2% Kohlenstoff, 0,1 bis 2,% Mangan, 0,1 bis weniger als 2% Silizium, 15 bis 25% Chrom, 1 bis 5"/o Wolfram, 1 bis 5% Molybdän, 1 bis 6% Niob und/oder Tantal, 0 bis 15 % Eisen, Rest Nickel, einschließlich Verunreinigungen.
2. Legierungen nach Anspruch 1 folgender Zusammensetzung: 0,5 bis 0,7% Kohlenstoff, 0,5 bis 1,5% Mangan, 0,5 bis 1,5% Silizium, 17 bis 23% Chrom, 2 bis 4% Wolfram, 2 bis 4% Molybdän, 2 bis 40/a Niob und/oder Tantal, 0 bis 10% Eisen, Rest Nickel, einschließlich Verunreinigungen.
3. Legierung nach Anspruch 2 folgender Zusammensetzung: 0,52% Kohlenstoff, 1% Mangan, 0,8% Silizium, 20% Chrom, 31/o Wolfram, 3% Molybdän, 1,5 % Tantal, 1,5 % Niob, 65 % Nickel, Rest Eisen, einschließlich Verunreinigungen.
4. Legierung nach Anspruch 2 folgender Zusammensetzung: 0,52% Kohlenstoff, 1% Mangan, 0;8% Silizium, 200/0 Chrom, 4,6% Wolfram. 3,7%, Molybdän, 2,1% Tantal, 1,91/o Niob, 600/0 Nickel, Rest Eisen, einschließlich Verunreinigungen. 5. Legierungen nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem oder mehreren der Elemente Beryllium, Cer, Kupfer und Zirkonium insgesamt bis zu 3%,. 6. Legierungen nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen Stickstoffgehalt von 0,01 bis 0,2%. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 731128, 833 132; schweizerische Patentschrift Nr. 272 003; französische Patentschrift Nr. 1027064; britische Patentschriften Nr. 510 154, 674 724; USA.-Patentschrift Nr. 2 543 841; Journal of Metals (Transactions AIME), Bd.
5, Teil 11 (1953), S. 1149 bis 1165.