DE1094467B - Tantal-Niob-Legierung - Google Patents

Tantal-Niob-Legierung

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DE1094467B
DE1094467B DES58820A DES0058820A DE1094467B DE 1094467 B DE1094467 B DE 1094467B DE S58820 A DES58820 A DE S58820A DE S0058820 A DES0058820 A DE S0058820A DE 1094467 B DE1094467 B DE 1094467B
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DE
Germany
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alloy
niobium
tantalum
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percent
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Pending
Application number
DES58820A
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English (en)
Inventor
Rudolf Harold Thielemann
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.)
Sierra Metals Corp
Original Assignee
Sierra Metals Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C27/00Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Tantal-Niob-Legierung Die Erfindung bezieht sich auf eine Legierung auf der Basis von Tantal und Niob mit Zusätzen an Chrom und Wolfram.
  • Erfindungsgemäß enthält die Legierung 5 bis 20 Gewichtsprozen,t Chrom, 2 bis 25 Gewichtsprozent Wolfram und als Rest neben den üblichen Verunreinigungen Tantal und Niob, wobei die Menge an Tantal in diesem Tantal-Niob-Rest 10 bis 95% beträgt.
  • Eine derartige Legierung besitzt bei Temperaturen der Größenordnung von 10g3° C und höher eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit.
  • Eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Legierung ist, daß sie erstens heiß verarbeitet werden kann, zweitens, daß sie bei Temperaturen bis zu etwa 1093° C und höher äußerst widerstandsfähig gegenüber der Oxydation und anderen korrodierenden Einflüssen ist, und drittens, daß diese Legierung bei derartig erhöhten Temperaturen eine hohe mechanische Festigkeit zeigt. Dementsprechend kann man diese Legierung z. B. als Material für Schaufeln, Rippen und andere Teile von Hochtempera,tur-Gasturbinen verwenden. Andere wichtige Verwendungszwecke für die erfindungsgemäße Legierung sind z. B. Auslaßventile und Auspuffleitungen bei Explosionsmotoren oder Wärmeaustauschern sowie Auskleidungen für Retorten und Behälter, wie sie in der chemischen und metallurgischen Industrie Verwendung finden.
  • Legierungen hoher Beständigkeit bei hoher Ternpera,tur, z. B. Legierungen auf der Basis Nickel und/oder Kobalt, die man als Material für Schaufeln, Rippen oder andere Teile bei. Hochtemperatur-Gasturbinen verwendete, besitzen eine maximale Arbeitstemperatur von etwa 816° C. So ist z. B. eine übliche Legierung auf der Basis von Nickel und Kobalt, die auch Molybdän als Bestandteil enthält, für praktische Zwecke als Bauteil in einer Gasturbine nicht verwendbar, wenn die Temperatur des Bauteils beträchtlich über etwa 816° C ansteigt, da eine derartige Legierung oberhalb dieser Temperatur nur eine beschränkte Festigkeit und Oxydationsbeständigkeit zeigt.
  • Dagegen kann man die erfindungsgemäße Legierung, die als Material z. B. für Schaufeln oder Rippen in einer Hochtemperatur-Gasturbine verwendet wird, bei erheblich höheren Temperaturen benutzen, als es bisher für andere Legierungen möglich war. DieLeistung einer Gasturbine ist somit verbessert, da der Gesamtschub erhöht und die Menge an verbrauchtem Treibstoff pro Kilogramm Schub pro Stunde vermindert ist.
  • Die Mengenverhältnisse der bevorzugten Legierungen betragen erfindungsgemäß 10 bis 20 Gewichtsprozent Chrom und 5 bis 15 Gewichtsprozent Wolfram, wobei der Rest neben den üblichen Verunreinigungen aus Tantal und Niob besteht. Die Menge an Tantal in dem Tantal-Niob-Rest beträgt 30 bis 95%, während der übrige Teil aus, Niob besteht.
  • Früher herrschte die allgemeine Neigung, da.ß die Metalle Niob und Tantal im wesentlichen untereinander äquivalent seien. Es wurde jedoch festgestellt, da.ß dies im Falle der vorliegenden Erfindung nicht zutrifft. So liefert z. B. sogar schon eine verhältnismäßig kleine Menge Chrom als. Legierungsbestandteil mit Niob und Wolfram eine NiobrWolfram-Chrom-Legierung, die für praktische Verwendungszwecke zu spröde ist. Andererseits wurde jedoch festgestellt, daß bei der Legierung aus Tantal mit Niob und Wolfram in den oben beschriebenen Verhältnissen erheblich größere Anteile an Chrom zulegiert werden können, wobei die neue Tantal-Niob-Walfram-Chrom-Legierang dieser Erfindung, wie oben angedeutet, unerwartete und verbesserte Eigenschaften zeigt. Diese Eigenschaften lassen sich nicht mit einer Niob-Wolfram-Legierung erzielen.
  • Um beste Eigenschaften bei einer Legierung der vorliegenden Erfindung zu erreichen, sollen sich die unten angeführten Verunreinigungen in folgenden in Gewichtsprozent angegebenen Grenzen halten. Der Kohlenstoffgehalt in der Legierung soll nicht mehr als 0,5% betragen, der Sauerstoffgehalt nicht mehr als 0,8 0/0 (bestimmt durch eine Zunahme bei dem Verbrennungsversuch). Der Stickstoffgehalt soll 0,2% nicht übersteigen, und der Gehalt an Eisen. nicht mehr als 5,0% betragen. Im folgenden sind Beispiele zur Herstellung der Tantal-Niob-Chrom-Wolfram-Legierung und damit erhaltene Versuchsergebnisse angeführt.
  • Beispiel 1 Ein Gußblock einer Legierung aus Tantal, Chrom, Wolfram und Niob mit einer Zusammensetzung von 15 Gewichtsprozent Chrom, 15 Gewichtsprozent Wolfram, 3,5 Gewichtsprozent Niob und 66,5 Gewichtsprozent Tantal neben den üblichen Verunreinigungen wurde durch Lichtbogenschmelze einer Elektrode aus Tantal hergestellt, der 3,5% Niob, 15% Wolfram und 15 % Chrom zugegeben wurden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man ein gleichmäßiges Gemisch von Tantal-, Niob-, Chrom- und Wolframpulver in den oben angezeigten Verhältnissen in Form von Stäben unter einem Druck von etwa 7900 kg/cm2 preßt, die gepreßten Stäbe bei einem Vakuum von etwa 0,001 mm Hg etwa 3 Stunden lang sintert und danach die gesinterten Stäbe unter einem Vakuum von etwa 0,005 mm Hg oder weniger im Lichtbogen schmilzt.
  • Die im Lichtbogen geschmolzene Legierung wurde auf ihre Oxydationsbeständigkeit in strömender Luft bei etwa 1093° C 24 Stunden lang geprüft. Ihre Oxydationsbeständigkeit war etwa 700mal größer als die von annähernd reinem Niob.
  • Die zur Bestimmung des Außmaßes der Oxydationsbeständigkeit benutzte Methode bestand in der Ausmessung von Prüfstücken der Legierung, wobei zunächst vor den Oxydationsversuchen die Ausmaße der Prüfstücke genau bestimmt wurden. Der Oxydüberzug, der sich auf der Oberfläche der Prüfstücke während der Prüfung bildet, wurde entfernt, die Dicke jedes Prüflings erneut gemessen und mit der ursprünglichen Dicke verglichen. Die gleiche Prüfung wurde mit annähernd reinem Niob vorgenommen und ein Vergleich zwischen der Oxydationsbeständigkeit des Niobs und der Legierung dieses Beispiels angestellt.
  • Versuchsstäbe von 0,64 cm Durchmesser und 7,6 cm Länge wurden aus dem im Lichtbogen geschmolzenen Gußblock durch Warmverformung hergestellt. Die Versuchsstäbe besaßen in strömender Luft eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden, die 1430 kg/cm2 bei etwa 1093° C überstieg. Beispiel 2 Ein Gußblock einer Niob-Tantal-Chrom-Wolfram-Legierung mit einer Zusammensetzung von 10 Gewichtsprozent Chrom, 10 Gewichtsprozent Wolfram, 24 Gewichtsprozent Tantal und 56 Gewichtsprozent Niob neben den üblichen Verunreinigungen wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt.
  • Die im Lichtbogen geschmolzene Legierung wurde auf ihre Oxydationsbeständigkeit in strömender Luft bei etwa 1093° C 24 Stunden lang, auf die gleiche Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, geprüft. Die Oxydationsbeständigkeit dieser Legierung ist etwa 650mal größer als die von annähernd reinem Niob.
  • Versuchsstäbe von 0,64 cm Durchmesser und 7,6 cm Länge wurden aus dem im Lichtbogen geschmolzenen Gußblock durch Warmverformung hergestellt. Die Versuchsstäbe besaßen in strömender Luft eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden, die 1430 kg/cm2 bei etwa 1093° C überstieg.
  • Beispiel 3 Ein Gußblock einer Legierung aus Niob, Wolfram, Tantal und Chrom mit einer Zusammensetzung von 5 Gewichtsprozent Chrom, 25 Gewichtsprozent Wolfram, 7,3 Gewichtsprozent Tantal und 62,7 Gewichtsprozent Niob neben den üblichen Verunreinigungen wurden nach im Beispiel 1 beschriebener Methode hergestellt.
  • Die im Lichtbogen geschmolzene Legierung wurde auf ihre Oxydationsbeständigkeit in strömender Luft bei etwa 1093° C 24 Stunden nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode geprüft. die Oxydationsbeständigkeit dieser Legierung ist etwa 100mal größer als die von annähernd reinem Niob.
  • Versuchsstäbe von 0,64 cm Durchmesser und 7,6 cm Länge wurden aus dem im Lichtbogen geschmolzenen Gußblock durch Warmverformung hergestellt. Die Versuchsstäbe besaßen in strömender Luft eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden, die 1430 kg/cm2 bei etwa 1093° C überstieg. Beispiel 4 Ein Gußblock einer Chrom-Niob-Tantal-Wolfram-Legierung einer Zusammensetzung von 20 Gewichtsprozent Chrom, 5 Gewichtsprozent Wolfram, 7,5 Gewichtsprozent Niob und 67,5 Gewichtsprozent Tantal neben den üblichen. Verunreinigungen wurde nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode hergestellt.
  • Die im Lichtbogen geschmolzene Legierung wurde auf ihre Oxydationsbeständigkeit in strömender Luft bei etwa 1093° C 24 Stunden lang nach der im Beispiel 1 beschriebenen Weise geprüft. Die Oxydationsbeständigkeit dieser im Lichtbogen geschmolzenen Legierung ist etwa 800mal größer als die von annähernd reinem Niob.
  • Versuchsstäbe von 0,64 cm Durchmesser und 7,6 cm Länge wurden aus dem im Lichtbogen geschmolzenen Gußblock durch Warmverformung hergestellt. Die Versuchsstäbe besaßen in strömender Luft eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden, die 1430 kg/cm2 bei etwa 1093° C überstieg.
  • Beispiel 5 Ein Gußblock einer Tantal-Niob-Chrom-Wolfram-Legierung mit einer Zusammensetzung von 10 Gewichtsprozent Chrom, 10 Gewichtsprozent Wolfram, 40 Gewichtsprozent Niob und 40 Gewichtsprozent Tantal neben den üblichen Verunreinigungen wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt.
  • Die im Lichtbogen geschmolzene Legierung wurde auf ihre Oxydationsbeständigkeit in strömender Luft bei etwa 1093° C 24 Stunden lang, wie im Beispiel 1, beschrieben, geprüft. Die Oxydationsbeständigkeit dieser Legierung ist etwa 500mal größer als die von annähernd reinem Niob.
  • Versuchsstäbe von 0,64 cm Durchmesser und 7,6 cm Länge wurden aus dem im Lichtbogen geschmolzenen Gußblock durch Warmverformung hergestellt. Die Versuchsstäbe besaßen in strömender Luft eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden, die 1430 kg/cm2 bei etwa 1093° C überstieg. Beispiel 6 Ein Gußblock einer Niob-Tantal-Chrom-Wolfram-Legierung mit einer Zusammensetzung von 5 Gewichtsprozent Chrom, 2 Gewichtsprozent Wolfram, 18,6 Gewichtsprozent Tantal und 74,4 Gewichtsprozent Niob neben den üblichen Verunreinigungen wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt.
  • Die im Lichtbogen, geschmolzene Legierung wurde auf ihre Oxydationsbeständigkeit in strömender Luft bei etwa 1093° C 24 Stunden lang, wie im Beispiel 1 beschrieben, geprüft. Die Oxydationsbeständigkeit dieser im Lichtbogen geschmolzenen Legierung war etwa 100mal größer als die von annähernd reinem Niob.
  • Versuchsstäbe von 0,64 cm Durchmesser und 7,6 cm Länge wurden aus dem im Lichtbogen geschmolzenen Gußblock durch Warmverformung hergestellt. Die Versuchsstäbe besaßen in strömender Luft eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden, die 1430 kg/cm2 bei etwa 1093° C überstieg.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hochtemperattirbeständige Legierung auf der Basis von Tantal und Niob, dadurch gekennzeichnet, daß diese Legierung 5 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent Chrom, 2 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 15 Gewichtsprozent Wolfram enthält und der Rest neben den üblichen Verunreinigungen aus Tantal und Niob besteht, wobei die Menge an Tantal in diesem Tantal-Niob-Rest 10 bis 950/9, vorzugsweise 30 bis 9511/a, des Restes beträgt.
  2. 2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehalt an Verunreinigungen. nicht mehr als 0,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,8 Gewichtsprozent Sauerstoff, 0,2 Gewichtsprozent Stickstoff und 5,0 Gewichtsprozent Eisen beträgt.
DES58820A 1957-07-01 1958-07-01 Tantal-Niob-Legierung Pending DE1094467B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104937141A (zh) * 2012-12-14 2015-09-23 泰坦金属加工厂 用于酸洗的系统和方法,以及制造钢制品的方法

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