DE1160638B

DE1160638B - Cast nickel alloy with high heat resistance and resistance to oxidation

Info

Publication number: DE1160638B
Application number: DES73434A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Harold Thielemann
Original assignee: Sierra Metals Corp
Current assignee: Sierra Metals Corp
Priority date: 1960-04-11
Filing date: 1961-04-11
Publication date: 1964-01-02

Description

Nickel-Gußlegierung hoher Warmfestigkeit und Oxydationsbeständigkeit Die Erfindung betrifft eine Nickellegierung, und zwar eine Gußlegierung, die für höhere Betriebstemperaturen, wie sie z. B. bei Gasturbinen auftreten, geeignet ist.Cast nickel alloy with high heat resistance and resistance to oxidation The invention relates to a nickel alloy, namely a cast alloy which is used for higher operating temperatures, such as. B. occur in gas turbines, is suitable.

In den letzten Jahren wurden Gasturbinen für höhere Betriebstemperaturen geschaffen, da diese höhere Leistungen erlauben. Bei höheren Arbeitstemperaturen liefern die Gasturbinen größeren Druck bei gleichzeitig geringerem Brennstoffverbrauch je Druckeinheit.In recent years, gas turbines have been used for higher operating temperatures created because they allow higher performance. At higher working temperatures the gas turbines deliver higher pressure with lower fuel consumption at the same time per pressure unit.

Eines der ernstesten Probleme hierbei, welches die Entwicklung von Triebwerken für Flugzeuge mit höherer Leistung in gewissem Maße hemmt, ist die Materialfrage für die Konstruktion der Turbinenschaufeln und Leitflächen. Diese Werkstoffe für diese speziellen Bauteile müssen gegossene Werkstoffe mit engen Toleranzen sein und höchste Festigkeit und Oxydationsbeständigkeit bei den Temperaturen der Gasverbrennung bei gleichzeitiger hoher Temperaturwechselbeständigkeit, d. h. Widerstand gegen rasches Erhitzen und Abkühlen ohne Reißen, besitzen.One of the most serious problems here, which is the development of The question of materials is the question of materials that inhibits engines for aircraft with higher performance to a certain extent for the construction of the turbine blades and guide surfaces. These materials for these special components must be cast materials with tight tolerances and maximum strength and resistance to oxidation at gas combustion temperatures with high thermal shock resistance at the same time, d. H. Resistance against rapid heating and cooling without cracking.

Wegen der außerordentlich strengen Arbeitsbedingungen für beispielsweise Leitflächen wurde eine große Anzahl von Werkstoffen einschließlich Cermets, keramischen Werkstoffen und überzogenen Metalllegierungen untersucht. Fabrikationsschwierigkeiten und ungleichmäßige Eigenschaften - soweit hier bekannt - verhinderten die Einführung dieser Werkstoffe für großtechnische Anwendungen. Zur Zeit bestehen in Triebwerken die Leitflächen im allgemeinen aus Präzisionsgußteilen einer Kobaltlegierung, wobei diese Legierung bis zu Arbeitstemperaturen unter etwa 980°C und kurzzeitiger Überschreitung dieser Grenze zufriedenstellt. Bei diesen Temperaturen von etwa 980°C beginnt bei den bekannten Kobaltlegierungen bereits eine plastische Verformung, und die Oxydation ist bereits so ausgeprägt, daß die erwartete Lebensdauer dieser Konstruktionsteile wesentlich herabgesetzt wird.Because of the extremely strict working conditions for, for example Baffles became a large number of materials including cermets, ceramic Materials and coated metal alloys. Manufacturing difficulties and uneven properties - as far as is known here - prevented its introduction these materials for large-scale applications. Currently exist in engines the baffles are generally made from precision castings of a cobalt alloy, with this alloy up to working temperatures below about 980 ° C and briefly exceeding this limit satisfies. At these temperatures of around 980 ° C starts at the known cobalt alloys already have plastic deformation and oxidation is already so pronounced that the expected service life of these structural parts is significantly reduced.

Die normale Arbeitstemperatur von Triebwerken für eine Fluggeschwindigkeit mit einer Machzahl bis zu etwa 1,5 liegt für die Leitflächen der ersten Stufe bei etwa 980°C, und dies scheint die maximale Belastbarkeit von Kobaltlegierungen unter der herrschenden Dauerbeanspruchnung zu sein. Derartige Kobaltlegierungen sind unter dem Handelsnamen Vitallium und WI-52 bekannt, jedoch auch diese Legierungen haben unter diesen hohen Betriebstemperaturen eine relativ kurze Lebensdauer. Untersuchungen über die Arbeitstemperaturen derartiger Triebwerke während des Startens und der Beschleunigung zeigten, daß die Düsentemperatur kurzzeitig 1093°C übersteigt. Es zeigten sich auf diesen Leitflächen Stellen beginnenden Schmelzens und somit lokaler Überhitzungen bis etwa 1288'C, was ungefähr dem Schmelzpunkt der Kobaltgußlegierung entspricht.The normal working temperature of engines for an airspeed with a Mach number of up to about 1.5 is included for the guide surfaces of the first stage about 980 ° C, and this seems to be below the maximum load capacity of cobalt alloys to be the prevailing continuous stress. Such cobalt alloys are under known by the trade names Vitallium and WI-52, but also have these alloys a relatively short service life under these high operating temperatures. Investigations about the working temperatures of such engines during take-off and the Acceleration showed that the nozzle temperature briefly exceeded 1093 ° C. It Areas of incipient melting and thus more local were found on these conductive surfaces Overheating up to about 1288'C, which is roughly the melting point of the cast cobalt alloy is equivalent to.

Neuere Triebwerkskonstruktionen erfordern jedoch höhere Arbeitstemperaturen. Triebwerke für Fluggeschwindigkeiten mit einer Machzahl bis zu 4 erfordern Legierungen für durchschnittliche Arbeitstemperaturen der Düsen während der längsten Zeit von 1093'C und kurzzeitig von 1204°C und darüber. Es wurde gefunden, daß eine modifizierte Nickel-Wolfram-Legierung diese Anforderungen moderner Triebwerkskonstruktionen erfüllt.However, newer engine designs require higher operating temperatures. Engines for airspeeds up to Mach 4 require alloys for average working temperatures of the nozzles for the longest time of 1093'C and briefly from 1204 ° C and above. It was found that a modified Nickel-tungsten alloy meets these requirements of modern engine designs.

Binäre Nickel-Wolfram-Legierungen mit zwischen 25 und 45 °/o Wolfram haben einen Schmelzpunkt von etwas über etwa 1500°C. Diese Legierungen wurden von S y k e s und E 1 l i n g e r untersucht und die Ergebisse in Trans. ASM, 1940, S.619 bis 643, veröffentlicht. Eine weitere Arbeit über diese Nickel-Wolfram-Legierungen wurde in Doklady Akad, Nauk, 100, S. 73 bis 75, 1955, von K o r n i l o v und B u d -b e r g veröffentlicht. Trotzdem diese Nickel-Wolfram-Legierungen einen hohen Schmelzpunkt besitzen, sind sie doch wegen ihrer geringen Warmfestigkeit und geringen Oxydationsbeständigkeit nicht verwendbar. Die sehr geeigneten erfindungsgemäßen Nickel-Wolfram-Legierungen besitzen einen Schmelzpunkt in der Nähe des Schmelzpunktes von reinem Nickel. Diese Legierungen haben auch hohe Festigkeit und gute Oxydationsbeständigkeit für praktische Arbeitstemperaturen von ungefähr 1010 bis 1093"C und darüber. Diese Legierungen besitzen weitere Eigenschaften, die sie als Träger für die Aufbringung von Überzügen auf deren Oberfläche, beispielsweise zur Erhöhung der Oxydationsbeständigkeit, geeignet machen. Diese Überzüge können Metalle oder Legierungen sein, die die erforderliche Oxydationsbeständigkeit besitzen und höher, z. B. über 1093°C, schmelzen, jedoch allein für Turbinen wegen ihrer geringen Festigkeit nicht verwendbar sind, wie z. B. Chrom, Chrom-Nickel, Chrom-Aluminium, Plati-i und Platin-Rhodium-Legierungen.Binary nickel-tungsten alloys with between 25 and 45% tungsten have a melting point of a little over about 1500 ° C. These alloys were examined by S ykes and E 1 linger and the results were published in Trans. ASM, 1940, pp.619-643. Another work on these nickel-tungsten alloys was published in Doklady Akad, Nauk, 100, pp. 73 to 75, 1955, by K ornilov and B ud-berg. Although these nickel-tungsten alloys have a high melting point, they cannot be used because of their low heat resistance and low oxidation resistance. The very suitable nickel-tungsten alloys according to the invention have a melting point close to the melting point of pure nickel. These alloys also have high strength and good oxidation resistance for practical working temperatures of approximately 1010 to 1093 "C and above. These alloys have other properties which make them suitable as carriers for the application of coatings to their surface, for example to increase the oxidation resistance. These coatings can be metals or alloys that have the required resistance to oxidation and melt higher, e.g. above 1093 ° C, but cannot be used solely for turbines because of their low strength, such as e.g. chromium, chromium-nickel, Chrome-aluminum, Plati-i and platinum-rhodium alloys.

Die erfindungsgemäße Nickellegierung besteht aus 20 bis 3511/11 Wolfram, 2 bis 10 °/11 Chrom, 0,5 bis 8 °/11 Tantal, 1 bis 6 % Aluminium, 0,1 bis 311/11 Titan, 0,1 bis 0,511/11 Kohlenstoff, 0,001 bis 1,011/11 Zirkonium und gegebenenfalls bis 0,2511/11 Bor und/oder bis 1,011/11 Mangan und/oder bis 511/11 Molybdän und/oder bis 511/11 Eisen und/oder bis 15 % Kobalt und/oder bis 311/11 Niob, Rest im wesentlichen Nickel. Der Kobaltgehalt darf jedoch 2511/11 der Gesamtmenge Nickel -t- Kobalt, der Niobgehalt 5011/11 des Tantalgehalts nicht übersteigen.The nickel alloy according to the invention consists of 20 to 3511/11 tungsten, 2 to 10 ° / 11 chrome, 0.5 to 8 ° / 11 tantalum, 1 to 6 % aluminum, 0.1 to 311/11 titanium, 0.1 to 0.511 / 11 carbon, 0.001 to 1.011 / 11 zirconium and optionally to 0.2511 / 11 boron and / or up to 1.011 / 11 manganese and / or up to 511/11 molybdenum and / or up to 511/11 iron and / or up to 15 % cobalt and / or until 311/11 niobium, The remainder essentially nickel. However, the cobalt content must not exceed 2511/11 of the total amount of nickel -t- cobalt and the niobium content 5011/11 of the tantalum content.

Der Ausdruck »im wesentlichen Nickel« bedeutet Nickel allein oder Nickel und Verunreinigungen, die jedoch die charakteristischen Eigenschaften der Legierung nicht wesentlich ändern.The term "essentially nickel" means nickel alone or Nickel and impurities, however, the characteristic properties of the Do not change the alloy significantly.

Von den wichtigsten aufgeführten Legierungselementen ist Wolfram in den angegebenen Mengen für die gewünschte hohe Warmfestigkeit und metallurgische Stabilität von Bedeutung.Of the main alloying elements listed, tungsten is in the specified amounts for the desired high heat resistance and metallurgical Stability matters.

Chrom ist in den angegebenen Mengen für die nötige Oxydationsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Legierung wichtig. Enthält die Legierung unter 211J11 Chrom, so erreicht sie nicht die gewünschte Oxydationsbeständigkeit, enthält die Legierung über 1011/11 Chrom, so werden die Hochtemperatur-Festigkeitseigenschaften der Legierung nachteilig beeinflußt. Daher wird ein Chromgehalt zwischen 3 und 611/11 vorgezogen.Chromium is in the specified amounts for the necessary resistance to oxidation the alloy according to the invention is important. If the alloy below 211J11 contains chrome, so it does not achieve the desired resistance to oxidation, the alloy contains above 1011/11 chromium, so will the high temperature strength properties of the alloy adversely affected. Therefore a chromium content between 3 and 611/11 is preferred.

Tantal dient sowohl zur Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit als auch der Warmfestigkeit der Legierung. Eine theoretische Erklärung für diese Wirkung des Tantals ist, daß der hoch liegende Schmelzpunkt von Tantaloxyd Ta.O;, die Stabilität und den Schmelzpunkt von Wolframoxyd W03, das sich auf der Oberfläche der Legierung bildet, erhöht. Die Wirkung geht dahin, die Oxydationsbeständigkeit der Legierung bei Temperaturen über 982'C wesentlich zu verbessern. Ein Tantalgehalt von etwa einem Zehntel des Wolframgehalts wird im Hinblick auf die Oxydationsbeständigkeit vorgezogen. Es wurde gefunden, daß es nötig ist, den Tantalgehalt der Legierung im oben angegebenen Bereich in Übereinstimmung mit der Löslichkeitsverminderung durch Zusatz weiterer Legierungselemente oder Veränderung der Mengenverhältnisse der Legierungspartner zu variieren. Es wird Tantal in Mengen zwischen 2.75 und 501, in der Legierung vorgezogen.Tantalum is used to improve both the oxidation resistance and the high-temperature strength of the alloy. A theoretical explanation for this effect of tantalum is that the high melting point of tantalum oxide Ta.O; increases the stability and the melting point of tungsten oxide WO3, which forms on the surface of the alloy. The effect is to improve the oxidation resistance of the alloy at temperatures above 982'C significantly. A tantalum content of about one tenth of the tungsten content is preferred for reasons of resistance to oxidation. It has been found that it is necessary to vary the tantalum content of the alloy in the range specified above in accordance with the reduction in solubility by adding further alloying elements or changing the proportions of the alloying partners. Tantalum is preferred in the alloy in quantities between 2.75 and 501.

Molybdän ist in der erfindungsgemäßen Legierung nicht dem Wolfram äquivalent. Wolfram kann durch Molybdän nur in geringen Mengen ersetzt werden ohne schädliche Verringerung der Oxydationsbeständigkeit der Legierung. Molybdän kann bis maximal 5 °/11 der Legierung ausmachen, wird jedoch vorzugsweise so nieder wie möglich gehalten.In the alloy according to the invention, molybdenum is not the same as tungsten equivalent to. Tungsten can only be replaced by molybdenum in small quantities without detrimental reduction in the alloy's resistance to oxidation. Molybdenum can make up to a maximum of 5 ° / 11 of the alloy, but is preferably as low as kept possible.

Bei einigen Legierungsarten konnte Tantal und Niob als äquivalent erkannt werden. Diese beiden Elemente sind jedoch bei den erfindungsgemäßen Legierungen nicht äquivalent. Wenn Niob vorhanden ist, kann es nicht mehr als 50°/o des vorhandenen Tantals ersetzen ohne schädlichen Einfluß auf die Oxydationsbeständigkeit; während Niob bis zu 311/11 zugesetzt werden kann, übersteigt der bevorzugte Niobgehalt nicht 1,5°/o.With some types of alloys, tantalum and niobium could be considered equivalent be recognized. However, these two elements are in the alloys of the present invention not equivalent. If niobium is present, it cannot exceed 50 per cent of what is present Tantalum substitutes without damaging the resistance to oxidation; while Niobium can be added up to 311/11 does not exceed the preferred niobium content 1.5%

Innerhalb der angegebenen Grenzen sind Aluminium und Titan hinsichtlich der Erhöhung der Härte und Festigkeit der Legierung sehr wirkungsvoll. Eine Erklärung für diese Wirkung des Aluminiums und Titans ist, daß die Verbesserung der Härte und Festigkeit auf der Abscheidung einer kubischflächenzentrierten primären y-Phase von Ni3(A1,Ti) aus der festen Lösung der Nickellegierung nach dem Abkühlen beruht. Diese ;-Phase kann sowohl als Agglomerat auf den Grenzen des dendritischen Korns wie auch als disperse Phase im Korn selbst erscheinen. Der Aluminiumgehalt der Legierung liegt vorzugsweise zwischen 3 und 511/11, der Zirkoniumgehalt vorzugsweise zwischen 0,1 und 0.60/,.Within the stated limits, aluminum and titanium are in terms of is very effective in increasing the hardness and strength of the alloy. An explanation for this effect of aluminum and titanium is that the improvement in hardness and strength on the deposit of a face centered cubic primary y phase of Ni3 (A1, Ti) is based from the solid solution of the nickel alloy after cooling. This; phase can both act as an agglomerate on the boundaries of the dendritic grain as well as appear as a disperse phase in the grain itself. The aluminum content of the alloy is preferably between 3 and 511/11, the zirconium content preferably between 0.1 and 0.60 / ,.

Das Verhältnis Aluminium zu Titan ist nicht kritisch, soweit nur die Warmfestigkeit interessiert. Es können jedoch andere wichtige Eigenschaften, wie Korngröße, Bruchdehnung, Haftfestigkeit einer Oxydschicht auf der Oberfläche, Oxydationsbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit, durch Änderung des Verhältnisses Aluminium zu Titan verändert werden. Insbesondere ein Gehalt von 1,5°/o Titan mit etwa 311/11 Aluminium ist für die Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit durch Entstehung einer festhaftenden Oxydschicht außerordentlich nützlich. Ist jedoch mehr als etwa 2.5 °/11 Titan bei 311/11 Aluminium vorhanden. erleidet die Legierung schwere Oberflächenrisse bei der Prüfung auf Kriechfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit. Darüber hinaus kann die Legierung - wenn der Titangehalt den Aluminiumgehalt übersteigt - zu schlechte Hochtemperatureigenschaften besitzen.The ratio of aluminum to titanium is not critical, as far as only that Interested in heat resistance. However, it can have other important properties, such as Grain size, elongation at break, adhesive strength of an oxide layer on the surface, resistance to oxidation and thermal shock resistance, by changing the ratio of aluminum to Titan can be changed. In particular a content of 1.5% titanium with about 311/11 Aluminum is created to improve resistance to oxidation an adherent oxide layer extremely useful. However, is more than about 2.5 ° / 11 titanium present in 311/11 aluminum. the alloy suffers severe surface cracks when testing for creep resistance and thermal shock resistance. About that In addition, the alloy can - if the titanium content exceeds the aluminum content - have too poor high temperature properties.

Es wurde gefunden, daß Kohlenstoff unter 0.511111 zur Einstellung der Korngröße der Legierung anscheinend durch Bildung von hochschmelzenden Karbiden von Nutzen ist. Ein höherer Kohlenstoffgehalt macht die Legierung spröde. Es wird daher ein Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0.211/11 bevorzugt.It has been found that carbon is below 0.511111 for adjustment the grain size of the alloy appears to be due to the formation of refractory carbides is useful. A higher carbon content makes the alloy brittle. It will therefore a carbon content of 0.1 to 0.211 / 11 is preferred.

Bor und Zirkonium in Mengen bis zu etwa 0,25°,J11 bzw. 111/11 verbessern den K oriiverband. Die besten Ergebnisse werden mit einem Gewichtsverhältnis Zirkonium zu Bor = 4 : 1 erhalten, das ist das stöchiometrische Verhältnis der stabilen Verbindung ZrB.. Zirkoniuin hat sichtlich eine zusätzliche Wirkung auf die Verbesserung der Haftfestigkeit und Feuerfestigkeit von oxydischen Schutzschichten, die sich auf der Legierung bei erhöhten Temperaturen bilden. Bor hat die gegenteilige Wirkung und setzt die Oxydationsbeständigkeit der Legierung herab. Es ist daher wichtig, daß - wenn Bor in der erfindungsgemäßen Legierung vorhanden ist - der Borgehalt nicht wesentlich ein Viertel des Zirkoniumgehaltes übersteigt, wenn Oxydationsbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit von Wichtigkeit sind. Boron and zirconium in amounts up to about 0.25 °, J11 and 111/11 improve the coriiver bond. The best results are obtained with a weight ratio of zirconium to boron = 4: 1, that is the stoichiometric ratio of the stable compound ZrB .. Zirconia has an additional effect on improving the adhesive strength and fire resistance of protective oxide layers on the alloy form elevated temperatures. Boron has the opposite effect and reduces the alloy's resistance to oxidation. It is therefore important that, when boron is present in the alloy according to the invention, the boron content does not substantially exceed a quarter of the zirconium content, if oxidation resistance and thermal shock resistance are important.

Um den Schmelzpunkt der Legierung so hoch wie möglich und eine optimale Oxydationsbeständigkeit bei hoher Temperatur zu erhalten, soll der Restgehalt im wesentlichen Nickel sein. Es kann jedoch Nickel teilweise durch Kobalt ersetzt werden, doch darf der Kobaltgehalt 25 0/0 des Gesamtgehaltes von Nickel Kobalt nicht übersteigen. Trotzdem Kobalt keine der mechanischen Eigenschaften der Nickel-Wolfram-Legierung kritisch beeinflußt, zeigt es doch gewisse sowohl nützliche wie schädliche Wirkungen - abhängig von den Bedingungen - auf diese Eigenschaften. Es wurde beobachtet, daß bei Legierungen mit mehr als etwa 5 % Kobalt die Bruchdehnung bei der Warmfestigkeitsprüfung etwas höher ist, und diese Eigenschaft kann bei speziellen Anwendungen wichtig sein. Sind jedoch mehr als 15 0/0 Kobalt in der Legierung enthalten, so ist dies sowohl hinsichtlich der Warmfestigkeit als auch der Oxydationsbeständigkeit schädlich, und auch die Bruchzähigkeit beim Dauerstandversuch bei erhöhten Temperaturen ist wesentlich erhöht.To keep the melting point of the alloy as high as possible and optimal To maintain resistance to oxidation at high temperatures, the residual content in the essential nickel. However, nickel can be partially replaced by cobalt, but the cobalt content must not exceed 25% of the total cobalt content of nickel. Even so, cobalt does not have any of the mechanical properties of the nickel-tungsten alloy critically influenced, it exhibits certain beneficial as well as harmful effects - depending on the conditions - on these properties. It was observed that for alloys with more than about 5% cobalt, the elongation at break in the high-temperature strength test is slightly higher, and this property can be important in special applications. However, if the alloy contains more than 15% cobalt, this is both harmful in terms of heat resistance as well as resistance to oxidation, and also the fracture toughness in the fatigue test at elevated temperatures significantly increased.

Wie oben bereits erwähnt, kann die Legierung bis etwa 5111, Molybdän enthalten. Es wird jedoch vorgezogen, nicht mehr als 2 0/0 Molybdän in der Legierung zu haben. Silizium und Mangan sollten so wenig wie möglich vorhanden sein, da beide Elemente sowohl den Schmelzpunkt wie auch die Warmfestigkeit der Legierung herabsetzen. Eisen bringt keinen nützlichen Effekt und scheint aber bei einem Gehalt unter 5 0/0 nicht schädlich zu sein. Ist jedoch über 5 % Eisen vorhanden, wird die Warmfestigkeit herabgesetzt und der Korngrenzenbruch begünstigt.As mentioned above, the alloy can contain up to about 5111, molybdenum contain. It is preferred, however, not to have more than 2% molybdenum in the alloy to have. Silicon and manganese should be present as little as possible, since both Elements reduce both the melting point and the high-temperature strength of the alloy. Iron does not have a beneficial effect and appears to be below 5 0/0 not to be harmful. However, if more than 5% iron is present, the high temperature strength will decrease and the grain boundary breakage is favored.

Es wurde auch gefunden, daß die Mengenverhältnisse der Legierungselemente Wolfram, Chrom, Tantal, Niob, Titan und Aluminium im Rahmen der äquivalenten Löslichkeit variiert werden können, um jedes Element innerhalb der breitesten angegebenen Grenzen zugeben und damit die optimalen Eigenschaften erhalten zu können. Da obige Aufzählung der Elemente Niob einschließt, muß darauf geachtet werden, daß sich diese Diskussion auf die Warmfestigkeit bezieht und nicht die Tatsache ändert, daß der schädliche Einfluß von Niob auf die Oxydationsbeständigkeit der Legierung deren Niobgehalt begrenzt, der in einer Legierung mit den gewünschten Festigkeits- und Oxydationsbeständigkeitseigenschaften bei Temperaturen wzischen 982 und 1093°C oder höher zulässig ist. Man muß die Rolle des Niobs beachten, weil das Problem der Entwicklung großer Festigkeit, ohne jedoch Sprödigkeit mit sich zu bringen, weniger schwierig war als das Problem der Entwicklung einer Kombination von Legierungselementen, welche durch ihr Zusammenwirken die Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 1093°C verbessern. Liegt der »äquivalente Löslichkeitsfaktor« zwischen 60 und 71, hat dieses metallurgische Material eine gute Warmfestigkeit und Stabilität, ohne jedoch spröde zu sein. Der Auivalente Löslichkeitsfaktor« berechnet sich aus folgender Gleichung: 1 - 0/0 Cr + 1,1 - 0/0 W + 1,2 - 0/0 Ta + 3,4 - 0/0 Nb + 4,3 . 0/0 Ti + 6 . 0/0 Al Selbstverständlich garantiert dieser äquivalente Löslichkeitsfaktor allein noch keine minimale Bruchfestigkeit, da auch die anderen metallurgischen Faktoren mitsprechen. Der äquivalente Löslichkeitsfaktor ist jedoch nützlich bei der Ausrechnung der Legierungszusammensetzung, wie beobachtet werden konnte, wenn Veränderungen der Gehalte verschiedener wichtiger Legierungselemente ausgeglichen werden sollen. Optimale Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen werden erhalten, wenn der äquivalente Löslichkeitsfaktor gegen die höhere Grenze obigen Bereichs, d. h. zwischen 65 und 68 liegt. Liegt der äquivalente Löslichkeitsfaktor unter 60, besitzt die Legierung keine ausreichende Härte für die geforderten Hochtemperatureigenschaften. Liegt der äquivalente Löslichkeitsfaktor bei etwa 71 und darüber, ist die praktische Grenze der Legierbarkeit erreicht.It was also found that the proportions of the alloying elements Tungsten, chromium, tantalum, niobium, titanium and aluminum within the framework of the equivalent solubility can be varied to each item within the broadest stated limits admit and thus to be able to obtain the optimal properties. Because the above list which includes the elements niobium, care must be taken to avoid this discussion relates to the heat resistance and does not change the fact that the harmful Influence of niobium on the oxidation resistance of the alloy, its niobium content limited that in an alloy with the desired strength and oxidation resistance properties is permitted at temperatures between 982 and 1093 ° C or higher. You have to do the role of niobium, because the problem of developing great strength, without however Bringing brittleness was less difficult than the problem of development a combination of alloying elements which, through their interaction, increase the resistance to oxidation improve at temperatures up to 1093 ° C. Is the "equivalent solubility factor" between 60 and 71, this metallurgical material has good heat resistance and stability without being brittle. The equivalent solubility factor «is calculated results from the following equation: 1 - 0/0 Cr + 1.1 - 0/0 W + 1.2 - 0/0 Ta + 3.4 - 0/0 Nb + 4.3. 0/0 Ti + 6. 0/0 Al Of course, this guarantees equivalent Solubility factor alone does not have a minimum breaking strength, as the others do too metallurgical factors have a say. However, the equivalent solubility factor is useful in calculating alloy composition, as will be observed could if changes in the contents of various important alloying elements should be balanced. Optimal properties of the alloys according to the invention are obtained when the equivalent solubility factor against the higher limit above range, d. H. is between 65 and 68. Is the equivalent solubility factor below 60, the alloy does not have sufficient hardness for the required high-temperature properties. If the equivalent solubility factor is about 71 and above, the practical one is Alloyability limit reached.

Bei der Herstellung der Legierung kann das übliche Vakuumschmelzen und -gießen angewandt werden. Im allgemeinen wird es vorgezogen, die aktiveren Metalle, wie Aluminium, Bor und Zirkonium, als letzte in die Schmelze einzubringen. Wenn die Legierung geschmolzen und die exakte Gießtemperatur erreicht ist, so erfolgt der Abguß; nach dem Auskühlen auf Raumtemperatur werden die Formen entfernt.The usual vacuum melting can be used in the manufacture of the alloy and pouring can be used. It is generally preferred to use the more active metals, such as aluminum, boron and zirconium, to be added last to the melt. if the alloy has melted and the exact casting temperature has been reached the cast; after cooling to room temperature, the molds are removed.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert; die Prozentangaben sind Gewichtsprozente. Beispiel l 1800g Legierung, enthaltend 25 % W, 5 % Cr, 5 0/0 Ta, 3,25 % Al, 2,25 % Ti, 0,15'/,C, 0,100/,Zr, 0,025 % B, Rest im wesentlichen Ni, wurden in einem Magnesia-Tiegel erschmolzen, indem in die Nickelschmelze Wolfram und Tantal zugegeben und nach völliger Mischung dieser Vorlegierung Chrom, Aluminium, Titan, Bor, Zirkonium und Kohlenstoff zugesetzt wurden. Nachdem die Schmelze vollständig ausgegast hat und die Gießtemperatur erreicht war, wurde sie in die Formen abgegossen.The invention is illustrated by the following examples; the percentages are percentages by weight. Example 1 1800g alloy containing 25% W, 5% Cr, 5 0/0 Ta, 3.25% Al, 2.25% Ti, 0.15%, C, 0.100%, Zr, 0.025% B, balance essentially Ni, were melted in a magnesia crucible by adding tungsten to the nickel melt and tantalum are added and, after this master alloy has been completely mixed, chromium, aluminum, Titanium, boron, zirconium and carbon were added. After the melt completely has outgassed and the casting temperature was reached, it was poured into the molds.

Dabei wurden sechs Prüfstäbe in einer Form aus einer Zr02-Si02-A1203-Masse gegossen. Die Prüfstäbe waren 7,6 cm lang mit einem Durchmesser von 0,64 cm.Six test rods were made from a Zr02-Si02-A1203 mass in a mold poured. The test bars were 7.6 cm long with a diameter of 0.64 cm.

Die Prüfstäbe dienten zur Bestimmung der größten Festigkeit und Dehnung bei Raumtemperatur sowie der Festigkeit bei 982, 1038 und 1093'C und schließlich der Oxydationsbeständigkeit. Die Versuchsergebnisse sind in der den Beispielen folgenden Liste zusammengestellt.The test bars were used to determine the greatest strength and elongation at room temperature and the strength at 982, 1038 and 1093'C and finally the resistance to oxidation. The test results are in that following the examples List compiled.

Beispiel II 1800 g einer Legierung, enthaltend 28 % W, 5 0/0 Cr, 3 % Ta, 3,250/,Al, 20/,Ti, 0,15 % C, 0,12 % Zr, 0,03 % B, Rest im wesentlichen Ni, wurden in einem Magnesia-Tiegel erschmolzen, in dem einer Nickelschmelze zuerst Wolfram und Tantal und nach guter Durchmischung Chrom, Aluminium, Titan, Bor, Zirkonium und Kohlenstoff zugegeben wurden. Nach Ausgasen der Schmelze und Erreichen der Gießtemperatur wurde die Legierung in die Formen abgegossen.Example II 1800 g of an alloy containing 28% W, 5 0/0 Cr, 3 % Ta, 3.250 /, Al, 20 /, Ti, 0.15% C, 0.12% Zr, 0.03% B, remainder essentially Ni, were melted in a magnesia crucible, in which a nickel melt first Tungsten and tantalum and, after thorough mixing, chromium, aluminum, titanium, boron, zirconium and carbon were added. After outgassing the melt and reaching the casting temperature the alloy was poured into the molds.

Wie im Beispiel I angegeben, wurden wieder sechs Prüfstäbe mitgegossen. Die erhaltenen Werte sind ebenfalls in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Beispiel III 1800g Legierung, enthaltend 280/,W, 511/,Cr, 3 0/0 Ta, 3,50/,Al, 1,50/,Ti, 0,150/,C, 0,120/,Zr, 0,03'/a B, Rest im wesentlichen Ni, wurden in einem Magnesia-Tiegel erschmolzen, in dem einer Nickelschmelze zuerst Wolfram und Tantal und dann Chrom, Aluminium, Titan, Bor, Zirkonium und Kohlenstoff zugegeben wurden. Nach Ausgasen der Schmelze und Erreichen der Schmelztemperatur wurde die Legierung in die Formen abgegossen.As indicated in Example I, six test rods were again cast. The values obtained are also summarized in the table below. Example III 1800g alloy containing 280 /, W, 511 /, Cr, 3 0/0 Ta, 3.50 /, Al, 1.50 /, Ti, 0.150 /, C, 0.120 /, Zr, 0.03 ' / a B, remainder essentially Ni, were melted in a magnesia crucible in which first tungsten and tantalum and then chromium, aluminum, titanium, boron, zirconium and carbon were added to a nickel melt. After outgassing the melt and reaching the melting temperature, the alloy was poured into the molds.

Wie im Beispiel I angegeben, wurden auch hier sechs Prüfstäbe mitgegossen. Die mit diesen erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in der folgenden Tabelle aufgeführt.As indicated in Example I, six test rods were also cast here. The results obtained with these are also shown in the following table.

Beispiel IV 1800 g einer Legierung, enthaltend 28 % W, 5')/o Cr, 3,25 Ta, 5 0/, Al, 1, 5 % Ti, 0,150/,C, 0,12 % Zr, 0,03')/, B, Rest im wesentlichen Nickel, wurden, wie im Beispiell angegeben, erschmolzen. Es wurden auch hier wieder sechs Prüfstäbe mitgegossen und den gleichen Untersuchungen unterzogen. Prüfung 1 Beispiel l Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Äquivaltenter Löslichkeitsfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67,2 67,5 66,9 67,2 bei Raumtemperatur ............................ Festigkeit, kg/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113,5 105,0 97,4 106,5 Dehnung, 0/, .. ... .. ...... .... . ...... .... .. .. 2,3 3,0 1,5 0,76 Zeitstandfestigkeit bei 982°C unter einer Belastung von 17,5 kg/mm2 in Stunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266,5 108,3 179,5 153,4 Dehnung, 0/, ................................ 3,0 2,3 1,5 1,5 Zeitstandfestigkeit bei 1038°C unter einer Belastung von 14,0 kg/mm2 in Stunden . . . . . . . . . . . . . .. . . . 77,4 72,3 131,1 87,7 Dehnung, 0/0 ................................ 3,8 2,3 2,3 1,5 12,5 kg/mm2 in Stunden . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . 167,1 167,9 251,6 150,4 Dehnung, 0/, ....... .......... .. ... .. .... .... 4,6 2,3 2,3 0,8 Zeitstandfestigkeit bei 1093°C unter einer Belastung von 10,5 mm2 in Stunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29,9 24,0 50,2 28,2 Dehnung, 0/0 .... . .... ... .... . .. ... .. . ... .. .. 3,0 1,5 4,6 1,5 8,75 kg/mm' in Stunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85,0 82,3 109,4 75,6 Dehnung, 0/, .. .... ........ . ......... .. ...... 3,2 3,8 1,5 1,5 Relative Oxydationsbeständigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . gut gut gut gut Example IV 1800 g of an alloy containing 28% W, 5 ') / o Cr, 3.25 Ta, 50 /, Al, 1.5% Ti, 0.150 /, C, 0.12% Zr, 0.03 ') /, B, remainder essentially nickel, were melted as indicated in the example. Here, too, six test rods were cast and subjected to the same tests. Test 1 Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Equivalent solubility factor. . . . . . . . . . . . . . . . . . 67.2 67.5 66.9 67.2 at room temperature ............................ Strength, kg / mm2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.5 105.0 97.4 106.5 Elongation, 0 /, .. ... .. ...... ..... ...... .... .. .. 2.3 3.0 1.5 0.76 Creep rupture strength at 982 ° C under a load of 17.5 kg / mm2 in hours. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266.5 108.3 179.5 153.4 Elongation, 0 /, ................................ 3.0 2.3 1.5 1.5 Creep rupture strength at 1038 ° C under load of 14.0 kg / mm2 in hours. . . . . . . . . . . . . ... . . 77.4 72.3 131.1 87.7 Elongation, 0/0 ................................ 3.8 2.3 2.3 1.5 12.5 kg / mm2 in hours. . . . . ... . . . . . ... . . . . . . 167.1 167.9 251.6 150.4 Elongation, 0 /, ....... .......... .. ... .. .... .... 4.6 2.3 2.3 0.8 Creep rupture strength at 1093 ° C under load of 10.5 mm2 in hours. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.9 24.0 50.2 28.2 Elongation, 0/0 ..... .... ... ..... .. ... ... ... .. .. 3.0 1.5 4.6 1.5 8.75 kg / mm 'in hours. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.0 82.3 109.4 75.6 Elongation, 0 /, .. .... ......... ......... .. ...... 3.2 3.8 1.5 1.5 Relative resistance to oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . good good good good

Claims

Claims: 1. Nickel cast alloy with high heat resistance and oxidation resistance, consisting of 20 to 35 ') / o tungsten, 2 to 100 / ,, preferably 3 to 6') /, chromium, 0.5 to 80 / ,, preferably 2.75 to 50 / 0 tantalum, 1 to 60/0, preferably 3 to 501, aluminum, 0.1 to 3 ') /, titanium, 0.1 to 0.50 / 0, preferably 0.1 to 0.20 / 0 carbon, 0.001 to 1.0% zirconium and optionally up to 0.25% boron and / or up to 1 ') /, manganese and / or up to 1 ') /, silicon and / or up to 5 molybdenum and / or up to 5 ') / o Iron and / or up to 15 ') /, cobalt and / or up to 3') /, niobium, remainder nickel including the usual impurities, the cobalt content 25 0 /, the sum nickel -f- cobalt and the niobium content 500 (, des Tantalum content does not exceed.

2. Nickel alloy according to claim 1, characterized in that an equivalent Solubility factor calculated from the equation 1 - 0 /, Cr -I- 1.1 -% W '1.2. o / oTa = 3.4. "/ a Nb 4.3. 0/0 Ti @_ 6, o / o Al between 60 and 71, preferably is between 65 and 68.