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Hochtemperaturhartlot Die Erfindung betrifft ein durch den Zusatz
der Elemente Titan und Aluminium gehärtetes Hochtemperaturhartlot auf Ni-Cr-Pd-Si-Basis.
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Die Konstruktion komplizierterer; Belastungen ausgesetzter Bauteile
zum Betrieb bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise bis zu etwa 1093'C hat
das Bedürfnis nach Herstellungsverfahren verstärkt, bei welchen Blechformteile und
schwer schweißbare Werkstoffe hartgelötet werden. Bei Konstruktionen, die für Antriebssysteme
bestimmt sind, sind auch leichte Bauteile und schwer schweißbare Werkstoffe erforderlich
mit entsprechend hohen Arbeitsbeanspruchungen. Anwendungszwecke dieser Art haben
ein Bedürfnis nach Hochtemperaturhartloten geschaffen, die bei hoher Temperatur
höhere Festigkeit besitzen und mit den metallurgischen Eigenschaften der zu lötenden
Legierung des Basismetalls vereinbar sein müssen. Es ist bereits ein Hochtemperaturhartlot
zum Löten von Nickellegierungen bekanntgeworden, das aus 15 bis 400/0 Chrom, 5 bis
350/, Palladium und dem Rest Nickel besteht und dem gegebenenfalls noch ein Zusatz
an Eisen, Indium, Gold, Antimon, Tantal, Bor, Mangan, Silicium, Niob, Germanium,
Beryllium, Aluminium, Lithium oder Phosphor hinzugefügt werden kann.
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Durch die Erfindung soll ein verbessertes Hochtemperaturhartlot mit
erheblich verbesserter Oxydationsbeständigkeit und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen
geschaffen werden, das außerdem einer Ausscheidungshärtung zugänglich ist, die durch
eine gleichzeitig mit der normalen Vergütungsbehandlung herkömmlicher vergütbarer
Werkstoffe einhergehenden Wärmebehandlung bewirkt wird.
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Gemäß der Erfindung besteht das aushärtbare Hochtemperaturhartlot
aus 30 bis 35 °/o Chrom, 16 bis 19 °/o Palladium, 4 bis 6 °/o Silicium, 1,1 bis
3 °/q Titan, 1 bis 2,5 °/o Aluminium, Rest Nickel und üblichen Verunreinigungen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der
Zeichnung.
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Die Zeichnung ist eine graphische Darstellung der Festigkeitseigenschaften
eines mit einem Hartlot gemäß der Erfindung gelöteten Bauteils aus einer Hochtemperaturlegierung
auf Nickelbasis.
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Die Hartlote des Typs Ni-Cr-Pd und Ni-Cr-Pd-Si haben sich zwar für
bestimmte Anwendungsfälle als äußerst zweckmäßig erwiesen; jedoch hat sich beim
Bau von für Betrieb bei hoher Temperatur vorgesehenen Wärmeaustauschern und ähnlichen
Bauteilen, die aus schwer lötbaren Superlegierungen auf Nickelbasis hergestellt
werden, das Bedürfnis nach einem festen, oxydationsbeständigen Hochtemperaturhartlot
ergeben, welches zusammen mit der Superlegierung auf Nickelbasis ausscheidungshärtbar
ist und mit einer derartigen Superlegierung vergleichbar ist. Eine Nickellegierung,
die sich bei der Herstellung eines derartigen Wärmeaustauschers als vorteilhaft
erwiesen hat, ist die Ren6-41-Nickellegierung der General Electric Corp.; ihre bevorzugte
Zusammensetzung liegt in folgendem Bereich: 0,06 bis 0,12°/o C, 18 bis 20°/o Cr,
0,003 bis 0,0100/0 B, 10 bis 120/0 Co, 9 bis 10,501, Mo, 3,0 bis 3,3 °/o
Ti, 1,4 bis 1,6 °/o Al, mit dem Rest Nickel und einem Maximalgehalt von jeweils
etwa 0,5 für Si, Mn und Fe.
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Unerwarteterweise wurde festgestellt, daß die Zugabe von Aluminium
und Titan in einem bestimmten besonderen Bereich zu einem Hartlot auf Ni-Cr-Pd-Si-Basis
ein außergewöhnlich festes, oxydationsbeständiges Hartlot ergibt, welches mit der
genannten Rene-41-Nickellegierung als Werkstoff für Hochtemperaturbauteile vereinbar
ist. In der folgenden Tabelle sind solche Hartlote zusammengestellt, die im Verlauf
der Erforschung der Hartlote gemäß der Erfindung geprüft wurden.
| Zusammensetzung in °/o Erosion Pof- Scherfestigkeitsdaten |
| Beispiel (Rest Ni und Verunreinigungen) gegenüber Temperatur |
| Cr I Pd I Si I Ti I Al I Y Rene 41 (oC) Festigkeit (kg/cm2) |
| PD 43 *) 31 23 4 1 - - nein 954 63 |
| 46*) 30 -22 4 - 1 - nein 954 787 |
| 44*) 34,3 20,8 3,8 1,0 2,3 - ja 954 850 |
| 48*) 33 22 4,6 1,1 1,1 0,5 ja 927 1000 |
| 51 31;1 17,4 4,8 2;8 1,8 - nein 927 3370 |
| 52*) 31,4 21,0 4,7 2,3 0,9 - nein 927 1030 |
| *) Gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung. |
Sämtliche in dieser Tabelle dargestellten Hartlote besitzen eine Löttemperatur von
etwa 1177°C. Ein Vergleich der Beispiele PD 43 und 46 mit PD 44, 48 und 52 zeigt,
daß zwar Titan und Aluminium allein oder in bestimmten Kombinationen eine Verbesserung
der Festigkeit ergeben, daß jedoch die Probe PD 51 eine unerwartet hohe Festigkeit
zusammen mit einer ausgezeichneten Oxydationsbeständigkeit über 1000 Stunden bei
927°C und Fehlen einer Erosionswirkung gegenüber Rene 41 zeigt. PD 44 war das erste
ausscheidungsvergütete Hartlot der Reihe mit Zusatz von Titan und Aluminium zur
Erzielung der für eine derartige Härtung erforderlichen Ausscheidung in dem Hartlot.
Eine Mikroaufnahme der Struktur der Probe PD 44 im gelöteten Zustand zeigt die Ausscheidung
bzw. Ausfällung einer nadelförmigen Phase im Grundgefüge des Hartlotes. In gleicher
Weise enthielten auch die Proben PD 48 und 52 Aluminium- und Titan zur Erzielung
von Ausscheidungsvergütungseigenschaften. Aus der Tabelle ist offensichtlich, daß
die Probe PD 51 einen unerwarteten Hartungs- bzw. Vergütungsmechanismus aufweist.
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Die bevorzugte Zusammensetzung des Hartlotes gemäß der Erfindung,
dessen Festigkeitseigenschaften in der Zeichnung dargestellt sind, besteht aus 30
bis 33 °/o Chrom, 17 bis 18 °/ö Palladium, 4,4 bis 5 °/o Silicium, 2,7 bis 2,9 °/o
Titan, 1,7 -bis 1,9 °/o Aluminium, Rest Nickel. .
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In der Zeichnung sind die Festigkeitseigenschaften von Lötstellen
an Teilen aus der Legierung Rene 41 dargestellt, die durch Löten mit dem bevorzugten
Hartlot gemäß der Erfindung hergestellt sind.
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Die graphische Darstellung der Zeichnung gibt zwar sämtliche Festigkeitseigenschaften
des Hartlotes gemäß -der Erfindung mit der bevorzugten Zusammensetzung wieder; es
sei jedoch besonders -betont, daß das erfindungsgemäße Hartlot wesentlich fester
als bekannte Hochtemperaturhartlote ist, welche an Blechstoßverbindungen durchschnittliche
Zugfestigkeitswerte von etwa 3650 kg/cm2 bei Zimmertemperatur, 2740 kg/cm2 bei 843'C
und 2460 kg/cm2 bei 927'C besitzen. Es sei ferner bemerkt, daß die Scherfestigkeitseigenschaften
in der Zeichnung Belastungen wiedergeben, die auf die Prüfversuchs-Lötstelle ausgeübt
wurden. Sämtliche .Störungen traten jedoch im Grundmetall und -nicht in der- Lötstelle
auf, was die außerordentlich hohe Festigkeit des erfindungsgemäßen Hartlotes mit
der bevorzugten Zusammensetzung zeigt. .
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Die in der Tabelle gezeigten Hartlote wurden zunächst in Form von
100-g-Knöpfen durch Lichtbogenschmelzung mit sich nicht selbst verzehrenden Wolframelektroden
in einem Ofenfinit Kupferkokille hergestellt, der zunächst evakuiert -und sodann
zur Schmelzung wieder mit Helium gefüllt wurde. Sobald jedoch die Probe PD 51 in
ihrer Hochwertigkeit erkannt war, wurden Chargen von 680 kg zur Verwendung bei der
Hartlötung der Probestücke und nachgebildeter Bauteile mittels herkömmlicher Vakuuminduktionsschmelzverfahren
hergestellt. Das Löten wurde in einem Vakuumröhrenofen bei einem Vakuum von 4 .
10-4mm Hg oder weniger ausgeführt.