DE1120700B - Verfahren zum Reinigen von hitzebestaendigen und kriechfesten Nickel- oder Nickel-Kobalt-Legierungen - Google Patents

Verfahren zum Reinigen von hitzebestaendigen und kriechfesten Nickel- oder Nickel-Kobalt-Legierungen

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DE1120700B
DE1120700B DEM43886A DEM0043886A DE1120700B DE 1120700 B DE1120700 B DE 1120700B DE M43886 A DEM43886 A DE M43886A DE M0043886 A DEM0043886 A DE M0043886A DE 1120700 B DE1120700 B DE 1120700B
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DE
Germany
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nickel
arc
resistant
bath
alloy
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Application number
DEM43886A
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English (en)
Inventor
John Henry Gittus
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Mond Nickel Co Ltd
Original Assignee
Mond Nickel Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting

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  • Thermal Sciences (AREA)
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zum Reinigen von hitzebeständigen und kriechfesten Nickel- oder Nickel-Kobalt-Legierungen Die Eigenschaften von Metallen und Legierungen werden oft durch Spuren von Elementen, die als Verunreinigungen vorhanden sind, stark beeinflußt.
  • Im besonderen werden die Kriecheigenschaften von hitzebeständigen und kriechfesten Legierungen, deren Hauptbestandteil Nickel oder Nickel und Kobalt ist und die auch Chrom, Aluminium und Titan enthalten, wobei die beiden letztgenannten Elemente mit einem Teil des Nickels eine ausscheidungsfähige Phase bilden, durch die Anwesenheit von weniger< zehntausendstel Prozent Blei beeinträchtigt.
  • Es ist möglich, einige Metalle und Legierungen in der Weise zu reinigen, daß sie im flüssigen Zustand einem Hochvakuum ausgesetzt werden, wodurch anscheinend unerwünschte Spurenelemente verflüchtigt werden. Eine Vakuumbehandlung von geschmolzenen Metallen bei hoher Temperatur erfordert aber verwickelte und teure Apparaturen und eine überwachung durch erfahrene Fachleute; außerdem ist sie zeitraubend und teuer.
  • Erfindungsgemäß wird eine flüssige Legierung in der Weise gereinigt, daß ihre Oberfläche örtlich auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes der Verunreinigungen durch Berührung mit dem Plasma eines Lichtbogens in einer inerten Atmosphäre und im wesentlichen bei Atmosphärendruck überhitzt wird. Als inertes Gas wird vorzugsweise eines der Edelgase, z. B. Argon, verwendet; auch Stickstoff kann bei der Behandlung von Legierungen benutzt werden, sofern keine Nitride gebildet werden. Zur Entfernung der Verunreinigungen bei ihrer Verflüchtigung ist es vorteilhaft, das inerte Gas über die Oberfläche der Schmelze strömen zu lassen.
  • Um eine angemessene Geschwindigkeit der Reinigung zu erreichen, sollte der mit dem Lichtbogenplasma in Berührung stehende Teil der Oberfläche auf eine merklich oberhalb des Siedepunktes der zu entfernenden Verunreinigungen liegende Temperatur erhitzt werden.
  • So wird zur Entfernung von Blei, das bei Atmosphärendruck bei 1750° C siedet, die Temperatur vorzugsweise örtlich durch den Lichtbogen auf mindestens 2000° C erhöht, wenn auch eine gewisse Reinigung bei Temperaturen zwischen 1750 und 2000° C erreicht werden kann. Bei diesen Temperaturen kann eine gewisse Verflüchtigung der anderen Bestandteile der Legierung eintreten, was bei der Bestimmung der anfänglichen Zusammensetzung der Schmelze berücksichtigt werden sollte; die überhitzungstemperaturen sollten nicht so hoch sein, daß die Legierung im Lichtbogen siedet.
  • Die Legierung befindet sich zweckmäßig in Form eines flachen flüssigen Bades in einem beliebigen geeigneten Behälter. Die Erhitzung der Oberfläche des Bades durch den Lichtbogen führt zu einer merklichen Wirbelbildung und Bewegung der Schmelze durch Konvektion; vorzugsweise erfolgt jedoch ein zusätzliches Rühren, um sicherzustellen, daß alle Teile der Schmelze schnell in die erhitzte Zone gebracht werden. Eine Induktionsspule kann Anwendung finden, um sowohl ein Rühren als auch ein allgemeines Erhitzen des Bades zu bewirken.
  • Der Lichtbogen kann zwischen einer Elektrode und der Oberfläche der Schmelze gezogen werden; vorzugsweise ist er von einem Strom von inertem Gas umgeben, der gegen die Metalloberfläche gerichtet ist. Die Kühlung der Außenseite des so erzeugten Lichtbogenplasmas ist von besonderer Bedeutung, weil dies den Lichtbogen stabilisiert und ihn veranlaßt, sich radial einzuschnüren (der sogenannte Pinch-Effekt), wodurch die Menge an elektrischer Kraft erhöht wird, die in der Entladung zerstreut werden kann, mit einer entsprechenden Erhöhung der Temperatur des Metalls unmittelbar unterhalb des Lichtbogenplasmas. Örtliche Temperaturen von bis zu 10 000° C können auf diese Weise erhalten werden, obschon derartige hohe Temperaturen für den vorliegenden Zweck nicht notwendig sind.
  • Vorzugsweise umgibt der Gasstrom den unteren Teil der Elektrode und den Lichtbogen, weil er auf diese Weise dazu dient, die Elektrode zu kühlen und sie vor Oxydation zu schützen, den Lichtbogen zu kühlen, die verflüchtigten Verunreinigungen abzuführen und die Oberfläche der flüssigen Legierung vor Oxydation zu schützen.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. Die flüssige Legierung l ist in einem feuerfesten Behälter 2, der von einer Induktionsspule 3 umgeben ist, die zum Erhitzen und Rühren des Bades dient. Oberhalb der Badoberfläche ist eine Graphitelektrode 4 senkrecht angebracht; zwischen der Elektrode und der Badoberfläche ist ein Lichtbogen 5 gezogen, wobei der Stromkreis durch den feuerfesten Behälter 2 und eine zweite Elektrode 6 hergestellt wird, die in die Stütze, auf der der Behälter steht, verlegt ist. Die erste Elektrode ist von einem Rohr 7 umgeben, das an seinem Boden offen ist und den Einlaß 8 besitzt, durch den ein Strom von Argon geleitet wird, um den unteren Teil der Elektrode und den Lichtbogen zu umgeben und sich dann auszubreiten und die Badoberfläche zu schützen, wie dies durch die Pfeile 9 gezeigt ist.
  • Diese Vorrichtung ist so durchgebildet, daß das inerte Gas sich über die Gesamtoberfläche der Schmelze verteilt und sie vor Oxydation schützt; wenn der Legierung nämlich die Möglichkeit gegeben wird, zu oxydieren, so kann sich eine Schlacke auf der Oberfläche der Schmelze bilden, die die Verflüchtigung der Verunreinigungen behindert. Wenn dagegen Verunreinigungen vorhanden sind, die viel leichter durch Oxydation als durch Verflüchtigung entfernt werden können, kann es wünschenwert sein, die Badoberfläche einer oxydierenden Atmosphäre, z. B. Luft, auszusetzen. Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die für diesen Zweck Verwendung finden kann.
  • Bei dieser Vorrichtung fließt der elektrische Strom über Verbindungen zu einer Elektrode 11 und der Schmelze 12. Die Elektrode ist von zwei konzentrischen Rohren 13 und 14 umgeben. Das inerte Gas tritt durch den Einlaß 15 ein, strömt in dem Raum zwischen dem Rohr 13 und der Elektrode 11 nach unten und bewirkt ein Einschnüren des Lichtbogens 16 mit entsprechender Steigerung der Plasmatemperatur. Das Gas tritt dann radial über die Oberfläche einer ringförmigen Zone der Schmelze, die den Lichtbogen umgibt. Diese Zone wird vor ihrer Oxydation durch das inerte Gas geschützt, das die Verunreinigungen entfernt, so wie sie bei der hohen herrschenden Temperatur verdampfen. Das die Verunreinigungen führende Gas wird durch den Raum zwischen den Rohren 13 und 14 zu dem Auslaß 17 abgeführt. Der Gasweg ist durch Pfeile 18 gezeigt. Das untere Ende des Rohres 14 ist erweitert, um die Geschwindigkeit des Abgases zu verringern, wodurch verhindert wird, daß das Lichtbogenplasma in den Raum zwischen den beiden Rohren gezogen wird.
  • Die Schmelze wird elektromagnetisch gerührt, so daß sie - wie durch die Pfeile 19 gezeigt - umläuft. Sie steigt unter dem Lichtbogen hoch und tritt zunächst in die Zone ein, in welcher die Oxydation durch das inerte Gas verhindert wird. Hier wird ihre Temperatur örtlich auf ein hohes Niveau erhöht, wodurch die Verunreinigungen schnell verflüchtigt werden und durch das Gas fortgespült werden. Das erhitzte Metall tritt nun unterhalb des argonbespülten Ringes aus und kommt in Berührung mit der umgebenden oxydierenden Atmosphäre, die einige der anderen Verunreinigungen unter Bildung einer Schlacke oxydiert.
  • Die auswärts gerichteten radialen Strömungen des flüssigen Metalls und des inerten Gases verhindern zusammen, daß die Schlacke die Oberfläche unterhalb des Lichtbogens bedeckt und die Verflüchtigung der dort vorhandenen Verunreinigungen verhindert.
  • Der Lichtbogen kann auch zwischen zwei Elektroden gezogen werden, die nicht in Berührung mit der Schmelze stehen, und das Lichtbogenplasma kann auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls oder Legierung durch einen Strom von inertem Gas geblasen werden. Es ist dann nicht erforderlich, eine elektrische Verbindung zur Schmelze herzustellen. Eine geeignete Einrichtung dieser Art ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
  • Bei dieser Einrichtung wird ein Lichtbogen 20 zwischen einer zentralen Elektrode 21, die senkrecht oberhalb der Oberfläche eines Metallbades 22 angebracht ist und dem unteren Ende eines metallischen Rohres 23 gezogen, das koaxial zur Elektrode angebracht und hiervon durch einen Isolator 24 isoliert ist. Das untere Ende des Rohres 23 ist mit einem Durchgang 25 für Kühlwasser ausgerüstet. Inertes Gas tritt durch den Einlaß 26 ein, tritt zwischen der Elektrode und dem Gasrohr 23 hindurch, bläst die äußere Zone 27 des Lichtbogens auf die Oberfläche der Schmelze und wird dann durch den Raum zwischen dem Rohr 23 und einem äußeren koaxialen Rohr 28 zu einem Auslaß 29 abgezogen.
  • Der indirekte Lichtbogen eines schwingenden Lichtbogenofens kann ebenfalls Verwendung finden, um die Legierungsoberfläche zu überhitzen. Bei Öfen dieser Art fließt eine Metallmasse durch die äußere Zone des Lichtbogens hin und her, anstatt daß der Lichtbogen auf das Metall geblasen wird.
  • Beispiel 4,5 kg einer flüssigen Legierung von folgender nomineller Zusammensetzung: 15% Cr, 159/o Co, 4% Mo, 4'% Ti, 5% Al, 0,20/a C, Rest Nickel mit geringen Mengen Bor, Zirkonium, Silicium, Mangan und Eisen, wurden in einen 4,5 kg fassenden Schaukelofen eingefüllt; die Oberfläche wurde mit Hilfe eines Wechselstromlichtbogens überhitzt, der zwischen zwei Elektroden oberhalb der Metalloberfläche gezogen wurde, während der Ofen geschwenkt wurde. Die Erhitzung wurde während 30 Minuten fortgesetzt, während Argon mit einer Gschwindigkeit von 151/min durch den Ofen geleitet wurde. Nach dieser Behandlung hatte das Bad eine Temperatur von 1840° C erreicht: die örtliche Temperatur unmittelbar unterhalb des Lichtbogens war erheblich höher.
  • Die in dieser Weise vorgenommene Erhitzung verringerte den Bleigehalt der Legierung von einem ursprünglichen Wert von 8 - 10-40/a auf weniger als 2 - 10-40/0.
  • Die Gehalte an Titan, Aluminium und Kohlenstoff wurden ebenfalls etwas durch die Erhitzung verringert; die ursprünglichen Gehalte waren 4,310l0 Ti, 5,90/a A1 und 0,18% C und die Endgehalte 4,201o Ti, 4,660/a Al und 0,16% C.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Reinigen von hitzebeständigen und kriechfesten Legierungen, deren Hauptbestandteil Nickel oder Nickel und Kobalt ist und die auch Chrom, Aluminium und Titan enthalten, wobei die beiden letztgenannten Elemente mit einem Teil des Nickels eine ausscheidungsfähige Phase bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der flüssigen Legierung durch Berührung mit dem Plasma eines elektrischen Lichtbogens in einer inerten Atmosphäre, vorzugsweise unter Argon, bei Atmosphärendruck örtlich auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes der Verunreinigungen erhitzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der flüssigen Legierung gebildete Bad durch Elektroinduktion gerührt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen zwischen einer Elektrode und der Oberfläche des Bades der flüssigen Legierung gezogen und von einem inerten Gasstrom, der gegen die Metalloberfläche gerichtet ist, umgeben wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen zwischen zwei Elektroden gezogen wird, die nicht in Berührung mit der flüssigen Legierung stehen, und das Plasma auf die Oberfläche des Schmelzbades durch einen inerten Gasstrom geblasen wird.
  5. 5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Badoberfläche einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt und erhitztes Metall veranlaßt wird, von dem erhitzten Teil der Oberfläche zu dem einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzten Teil zu fließen.
DEM43886A 1959-01-02 1960-01-02 Verfahren zum Reinigen von hitzebestaendigen und kriechfesten Nickel- oder Nickel-Kobalt-Legierungen Pending DE1120700B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990000205A1 (en) * 1988-06-30 1990-01-11 Norsk Hydro A.S Method for grain refining of metals

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1990000205A1 (en) * 1988-06-30 1990-01-11 Norsk Hydro A.S Method for grain refining of metals

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