DE1096040B

DE1096040B - Verfahren zur Herstellung einer Nickellegierung hoher Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen

Info

Publication number: DE1096040B
Application number: DEW12261A
Authority: DE
Inventors: Edward William Skelton
Original assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Current assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Priority date: 1953-08-11
Filing date: 1953-10-05
Publication date: 1960-12-29

Description

Verfahren zur Herstellung einer Nickellegierung hoher Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen Es ist bekannt, daß vorwiegend aus Nickel und Chrom oder Nickel, Kobalt und Chrom zusammengesetzte Legierungen, die noch Aluminium und Titan enthalten, so hitze- und kriechfest sind, daß sie für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln oder anderen, bei hohen Temperaturen stark beanspruchten Werkstücken Verwendung finden können. Des weiteren ist bekannt, daß Titan und Aluminium eine aus einem Ni-Al-Ti-Komplex bestehende ausscheidungsfähige Phase bilden und die Kriechfestigkeit mit der Ausscheidung dieser Phase aus der festen Lösung zusammenhängt.
Es wurde nun gefunden, daß die Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen von Nickellegierungen mit 4 bis 300/, Chrom, 0 bis 5501, Kobalt, 0 bis 400/, Eisen, bis 0,50/, Kohlenstoff, 0 bis 200/, Molybdän, 0 bis 501, Wolfram, 0 bis 10/, Niob und/oder Tantal, bis 10/, Mangan, bis 20/, Silizium, 0,5 bis 80/, Titan, 0,3 bis 80/, Aluminium, beide in ausscheidungsfähiger Phase, Rest mindestens 400/, Nickel wesentlich gesteigert werden kann, wenn die Legierungen gleichzeitig Zirkonium und Bor in kritischen Mengen enthalten, worunter Zirkoniumgehalte von 0,01 bis 0,201, und Borgehalte von 0,001 bis 0,01 % zu verstehen sind.
Bei Legierungen der vorbeschriebenen Art ist die Anwesenheit von Zirkonium in den angegebenen Mengen bekannt.
Soweit hierbei auch Bor Verwendung findet, dient es lediglich als Desoxydationsmittel.
Auch ist es nicht neu, Legierungen anderer Art Bor als Kornverfeinerungs- und Läuterungsmittel zuzusetzen und das bei der Reinigung von Nickelmetall mittels Lithium verbleibende Rückstandslithium durch Bor in einen unschädlichen Bestandteil überzuführen, so daß Bor nicht mehr als Element in der Legierung verbleibt.
Da nun Bor stark reaktionsfähig ist, nimmt es bei vorzeitiger Zugabe an der Desoxydation teil; die Folge hiervon ist, daß die gegebenenfalls verbleibenden Spuren an Bor überhaupt nicht auf den vorstehend angegebenen kritischen Borgehalt der Legierung eingeregelt werden können.
Erfindungsgemäß wird daher nach der Desoxydation der Legierung unter Ausschluß des Elementes Bor als Desoxydationsmittel Bor in solcher Menge zugesetzt daß die Endlegierung 0,001 bis 0,01 % Bor enthält. Hierbei kann Bor in jeder geeigneten Form zugesetzt werden; insbesondere eignet sich hierzu Bor-Mangan mit 25 °/o Bor.
Die Desoxydation der Legierung kann in irgendeiner zweckmäßigen Weise erfolgen; in der Regel werden hierzu Kalzium, Kalziumsilizid und Magnesium verwendet.
Auch Zirkonium ist reaktionsfähig, wenn auch nicht n demselben Maße wie Bor; vorzugsweise wird es daher ebenfalls nach der Desoxydation zugesetzt. Da die Bestimmung kleiner Mengen Bor und Zirkonium mittels normaler chemischer analytischer Verfahren schwierig und ungenau ist, ist es wünschenswert, das Verfahren zur Feststellung der bereits genannten Prozentsätze anzugeben. Es werden dazu spektrographische Verfahren angewendet, wobei Standardlegierungen mit bestimmten Gehalten an Bor und Zirkonium als Vergleichsbasis dienen. Diese Standardlegierungen werden synthetisch hergestellt. Da aber während der Synthese ein unbestimmter Verlust an Bor und Zirkonium eintritt, können die sich ergebenden Legierungen nicht als absolute, sondern nur als relative Norm angesehen werden, und die angegebenen Prozentsätze werden von diesen Standardlegierungen bestimmt. Zur Herstellung einer solchen Standardlegierung wird zunächst eine Zwischenlegierung mit 1 °/o Zirkonium, 0,12°/o Bor, Rest Nickel erschmolzen, wobei das Schmelzen durch Hochfrequenz-Induktionserhitzung der spektrographisch reinen Bestandteile in einem mit Tonerde ausgekleideten Tiegel in einer Wasserstoffatmosphäre und unter einem Druck von 1 bis 2 cm Quecksilbersäule erfolgt. Vorbestimmte Mengen der so hergestellten Legierung werden dann nach demselben Schmelzvorgang Schmelzen von komplexen Nickel-Chrom-Legierungen des in Frage kommenden Typus beigegeben, wodurch Standardlegierungen einer Reihe von nominellen Zusammensetzungen erhalten werden, mit denen jede andere Legierung spektrographisch verglichen werden kann. Legierungen der angegebenen Art zeigen bekanntlich erst nach erfolgter Wärmebehandlung eine gute Kriechfestigkeit. Auch die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen werden wärmebehandelt; die Wärmebehandlung richtet sich hierbei nach der Zusammensetzung der Legierung, besonders nach ihrem Kobalt- und Kohlenstoffgehalt; sie bildet keinen Teil der Erfindung.
Die kritische Natur der Bor- und Zirkoniumgehalte ergibt sich aus den nachstehenden Tabellen verschiedener Legierungen. Jede Tabelle betrifft Legierungen der gleichen Nominalzusammensetzung, bis auf den Bor-und Zirkoniumgehalt. Alle Legierungen jeder Tabelle wurden der gleichen Wärmebehandlung unterworfen, und zwar einer Behandlung, die jeweils der Nominalzusammensetzung der Legierung angepaßt ist.

Wenn der Borgehalt über 0,010/0 oder der Zirkoniumgehalt über 0,20/0 liegt, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Warmverformung der Legierungen. Insbesondere neigen die Legierungen beim Schmieden zum Reißen.
Wärmebehandelte Legierungen der geschilderten Art eignen sich erfindungsgemäß besonders zur Herstellung von Gegenständen und Teilen, die bei hohen Temperaturen einer langdauernden mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung einer Nickellegierung hoher Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen aus 4 bis 30 % Chrom, 0 bis 55 % Kobalt, 0 bis 40 0/0 Eisen, bis 0,5 % Kohlenstoff, 0 bis 200/, Molybdän, 0 bis 5 % Wolfram, 0 bis 1% Niob und/oder Tantal, bis 1% Mangan, bis 20/, Silizium, 0,01 bis 0,20/0 Zirkonium, 0,5 bis 8% Titan, 0,3 bis 8% Aluminium, beide in ausscheidungsfähiger Phase, geringem Borzusatz, Rest mindestens 40% Nickel, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Desoxydation der Legierung unter Ausschluß des Elementes Bor als Desoxydationsmittel Bor in solcher Menge zugesetzt wird, daß die Endlegierung 0,001 bis 0,01% Bor enthält. In Betracht gezogene Druckschriften Französische Patentschriften Nr. 802 139, 944 445; britische Patentschriften Nr. 616 614, 632 712.