DE1250642B

DE1250642B -

Info

Publication number: DE1250642B
Application number: DENDAT1250642D
Authority: DE
Priority date: 1958-11-13
Publication date: 1967-09-21
Also published as: US3046108A; GB897464A; BE584632A; CH401485A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.

C22c

DeutscheKl.: 40 b-19/04

Nummer: I 250 642

Aktenzeichen: M 43372 VI a/40 b

Anmeldetag: 12. November 1959

Auslegetag: 21. September 1967

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer nach der Warmformgebung oder einem zwischen 845 und 1200° C, vorteilhaft bei etwa 1060°C, durchgeführten Lösungsglühen zwischen etwa 650 und 735° C ausgehärteten Nickel-Chrom-Legierung zur Herstellung von Gegenständen und Teilen, die bei Gebrauchstemperaturen bis zu 700° C hohe Zugfestigkeits-, Streckgrenzen- und Verformungskennwerte sowie ein gutes Zeitstandverhalten haben müssen.

Aus der französischen Patentschrift 1 007 996 sind warmfeste, aushärtbare Nickel-Chrom-Legierungen mit 15 bis 25% Chrom, 15 bis 40°/₀ Nickel, 5 bis 30% Kobalt, 0,5 bis 7% Molybdän, 0,5 bis 10% · Wolfram, 1,0 bis 3% Titan und/oder Zirkonium, 1 bis 4% Niob und/oder Tantal, bis 1,5% Aluminium, bis 0,1 % Kohlenstoff und bis 0,1 % Stickstoff bekannt. ; Eine ähnliche aushärtbare Nickel-Chrom-Legierung mit 13 bis 27 % Chrom, 10 bis 35 % Kobalt, 1 bis 9 % Aluminium, 0,1 bis 5% Titan, Rest mindestens 30% Nickel, die auch noch Silizium, Kohlenstoff, Stickstoff, ao Eisen, Mangan, Molybdän, Wolfram, Tantal und Niob enthalten kann, ist in der französischen Patentschrift 55 100 beschrieben.

Eine kriechfeste Legierung mit 10 bis 25 % Chrom, 1,08 bis 4,0% Titan und 0,5 bis 4% Aluminium, Rest Nickel, die auch noch Kobalt, Eisen, Kohlenstoff, Silizium, Kupfer, Molybdän, Wolfram sowie Niob, Tantal, Vanadin, Zirkonium und Bor enthalten kann, ist aus der französischen Patentschrift 1 071 278 bekannt, während sich die schweizerische Patentschrift 267 448 auf eine warmfeste Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit 10 bis 30% Chrom, 2 bis 40% Nickel, 0,5 bis 7,5% Molybdän, 0,5 bis 10% Wolfram sowie mindestens ein Element der Gruppe III des Periodischen Systems der Elemente in einem Gehalt von 0,1 bis 3 %, bis 2% Mangan, bis 1 % Silizium, bis 1 % Kohlenstoff und bis 0,25% Stickstoff, Rest Eisen bezieht. Diese bekannte Legierung ist jedoch nicht ausscheidungshärtbar. Nach der USA.-Patentschrift 2 570 193 ist schließlich noch eine warmverformbare, kriechfeste und aushärtbare Nickel-Chrom-Legierung mit 10 bis 25% Chrom, 0,2 bis 1,5% Aluminium, 1,5 bis 3% Titan, bis 0,2% Kohlenstoff, 0,1 bis 3% Niob, bis 0,2% Zirkonium, 0,1 bis 20% Eisen, 0,05 bis 0,8% Silizium, Rest Nickel bei einem Gesamtgehalt an Aluminium, Titan und Sihzium von 2 bis 4,5 % bekannt.

Im allgemeinen besitzen die ausgehärteten Nickel-Chrom-Legierungen mit hoher Zugfestigkeit nur eine geringe Streckgrenze, während die jenigen Legierungen mit ausreichender Streckgrenze nur eine geringe Zähigkeit besitzen und bei Temperaturen von 650° C verspröden.

Verwendung einer ausgehärteten Nickel-Chrom-Legierung mit verbesserten
Festigkeitseigenschaften

Anmelder:

International Nickel Limited, London
Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:
Herbert Louis Eiselstein,
Huntington, W. Va. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. November 1958
(773 702)

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine aushärtbare Nickel-Chrom-Legierung zu schaffen, die bei Gebrauchstemperaturen bis 700° C hohe Zugfestigkeits-, Streckgrenzen- und Verformungskennwerte sowie ein gutes Zeitstandverhalten besitzt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Legierung mit 15 bis 23 % Chrom, 2 bis 6 % Molybdän, das teilweise durch Wolfram ersetzt sein kann, 3 bis 8% Niob, das höchstens zur Hälfte durch Tantal ersetzt sein kann, 0,4 bis 2,5% Aluminium und Titan mit mindestens 0,2% von jedem der beiden Elemente, 0,001 bis 0,02% Bor, 45 bis 65% Nickel, Rest, von Verunreinigungen abgesehen, Eisen vorgeschlagen. Während bei den bekannten Legierungen die Aushärtung auf der Anwesenheit von Aluminium und Titan beruht, gilt dies für die vorgeschlagene Legierung wegen ihrer geringen Gehalte an Aluminium und Titan nicht; vielmehr ist deren Aushärtbarkeit vom Niob- und Tantalgehalt bestimmt. Die guten Eigenschaften der vorgeschlagenen Legierung basieren auf der Feststellung, daß die bei Raumtemperatur gemessene Streckgrenze und Zugfestigkeit mit steigendem Nickelgehalt nicht etwa gleichmäßig und stetig ansteigen, sondern einen Maximalwert durchlaufen. Denselben Verlauf zeigen auch die Zeitstandfestigkeiten bei Temperaturen bis etwa 700° C

709 648/290

Da handelsübliches Niob zumeist mit Tantal vergesellschaftet ist, schließen die nachfolgend angegebenen Niobgehalte etwa 10 °/₀ Tantal ein. Legierungen, die kein Tantal enthalten oder bei denen die Hälfte des Niobgehaltes durch Tantal ersetzt ist, sind kerbzäh bei höheren Temperaturen.

Molybdän begünstigt die Warmfestigkeit, ist jedoch ohne Einfluß auf die Aushärtbarkeit und kann ganz oder teilweise durch gleiche Gehalte an Wolfram ersetzt werden. Da Wolframgehalte jedoch die Dehnung bei hohen Temperaturen beeinträchtigen, ist die vorgeschlagene Legierung vorzugsweise wolframfrei. Bor begünstigt dagegen die Dehnung bei Temperaturen von 700⁰C und mehr, während Zirkonium sich ebenfalls günstig auf die Dehnung auswirkt, außerdem desoxydierend und auf die Aushärtbarkeit fördernd wirkt. Da Zirkonium- und Borgehalte nur schwer zu bestimmen sind, beziehen sich die jeweiligen Zahlenangaben auf die Zusatzmenge dieser Elemente. Der Höchstgehalt für Silizium liegt bei 1 %, vorzugsweise ao bei 0,5 %, da andernfalls die Schmiedbarkeit der Legierung beeinträchtigt wird. Nach dem eingangs erwähnten Lösungsglühen ist die vorgeschlagene Legierung weich· sowie gut dehnbar und spricht besonders gut auf ein 4- bis 24stündiges Aushärten bei 650 bis 735 ⁰C an. Die Legierung kann vor dem Aus-

härten geglüht oder auch direkt aus der Temperatui der Warmverformung ausgehärtet werden.

Vorzugsweise enthält die vorgeschlagene Legierung Ii bis 23 °/₀ Chrom, 2 bis 4 °/₀ Molybdän, höchstens 30 % Eisen, 51 bis 56% Nickel und 0,005 bis 0,015% Bor.

Die hervorragenden Eigenschaften der vorgeschlagenen Legierung ergeben sich aus dem Diagramm dei Zeichnung, das sich auf Legierungen mit etwa 15% Chrom, 6% Niob, 3% Molybdän, 0,6% Aluminium, 0,6% Titan, 0,005% Bor und variablen Nickelgehalten, Rest Eisen bezieht. Die Proben wurden aus Schmiedestücken herausgearbeitet, 1 Stunde bei 1060° C lösungsgeglüht, in Wasser abgeschreckt und anschließend 16 Stunden bei 720⁰C geglüht sowie in Luft abgekühlt. Die Kurven A und B beziehen sich auf die Zugfestigkeit und Streckgrenze bei Raumtemperatur, während die Kurven C, D und E die 100-Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 650, 705 und 760° C wiedergeben.

Aus den Kurven ergibt sich, daß die maximale Festigkeit bei Raumtemperatur bei 53% Nickel liegt und eine weitere Steigerung des Nickelgehaltes zu einer Erhöhung der Zeitstandfestigkeit bei höheren Temperaturen führt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert:

Zahlentafel I

Legierung	7oC	%Fe	%Ni :	7oCr	%A1	%Ti	% Mo	«/ο Nb	VoB	%Si
1	0,07	28,55	45,96	14,58	0,59	0,52	2,93	6,16	0,005	0,27
2	0,05	13,19	52,85	20,69	0,68	0,69	5,91	5,24	0,005	0,33
3	0,04	18,36	55,46	14,91	0,59	0,59	3,00	6,39	0,006	0,29
4	0,05	11,93	58,44	21,06	0,60	0,68	2,13	4,42	0,004	0,34

Zahlentafel II

Wärmebehandlung	Anfängliches Erhitzen	Wiedererhitzen
I	Geschmiedet	650° C,	16 Stunden
II	Geschmiedet	705° C,	16 Stunden
III	843 °C, 1 Stunde A	690'C,	16 Stunden
IV	900°C, 1 Stunde A	705° C,	16 Stunden
V	1038°C, 1 Stunde A
VI	1038 °C, 1 Stunde A	650°C,	16 Stunden
'VII	1038° C, 1 Stunde A	705° C,	16 Stunden
VIII	1038 °C, 1 Stunde A '	732° C,	16 Stunden
TX	1095°C, !Stunde A	732°C,	16 Stunden

A = Wasserabschreckung.

Zahlentafel III

Eigenschaften bei Raumtemperatur

Legierung	Wärme	Streckgrenze, kg/mm^a	Zugfestigkeit	Dehnung	Einschnürung
behandlung	(0,02 "/ο)	<0,2°/₀)	kg/ram^a	7o	7o
I	129,0	149,0	157,0	14,5	19,0	■ 1	III	35,5	45,3	91,5	31,0	41,5
VII	88,6	102,0	133,0	17,0	31,0
II	126,0	141,0	153,0	10,0	31,5	■ (	V	39,0	46,3	103,0	41,0	50,5
II	146,0	163,0	167,0	15,0	36,5	■ ■ I	V	31,6	38,6	88,6	49,0	61,5
VII	105,0	118,0	143,0	23,0	47,5
II	122,0	137,0	149,0	14,0	38,5	■■ · I	V	29,2	36,5	91,5	47,0	63,5
IV	85,0	92,5	131,0	28,0	53,5

5

Zahlentafel IV

Legierung	W AL illC- behandlung	*' I Äff ηοΐΌ tni· ι ciiipcrdLur**
Ir ry im m 2 Kg/ UilIl	Si T q Tl η 7P1τ OLclllUiClL *νϊΉ ι ti ιΊίη Ol Ll IlUCll**	T^-IpfiTirin O¹ -LsdlliLUl^ /0	Th 1 η σ Vi ti i ΐ tmw 0/ /0
1	π	649	70,3	40,4	21,0	31,5
¹	TT 11	*aaq*	DJ,Z	1aa k	1 j,j	*j 1₉\j*
VII	649	63,2	141,7	15,5	23,5
II	649	70,3	205,4	19,5	31,5
VII	649	70,3	280,8	7,0	8,5
.3 <	VII	704	56,3	66,4	7,0	11,5
VII	732	45,6	42,3	8,5	15,0
VII	816	17,6	24,1	40,5	57,5
II	649	70,3	34,0	11,0	44,0	* {	IV	649	70,3	39,9	14,0	20,0

Ähnliche Beispiele von erfindungsgemäßen Legierungen mit Nickelgehalten im oberen Bereich und ihre Eigenschaften gehen aus den nachstehenden Zahlentafeln hervor.

Zahlentafel V

Legierung	%c	%Fe	7oNi	%Cr	%A1	VoTi	%Mo	%Nb	7oB	7»Si
5	0,04	12,02	61,39	15,04	0,74	0,59	3,00	6,56	0,005	0,23
6	0,04	7,97	64,40	15,33	0,65	0,67	3,16	7,10	0,004	0,30

Zahlentafel VI

	Wärme	Streckgrenze, kg/mm²	Zugfestigkeit	Dehnung	Einschnürung	Legierung	behandlung	(0,02%)	(0,2%)	kg/mm²	%	%
II	139,0	153,0	163,0	18,0	47,5	' (	V	32,3	39,0	90,7	52,0	66,0
VIII	95,6	108,0	140,0	26,0	47,0
II	147,0	164,0	175,0	14,0	43,5	• I	V	30,6	38,0	94,5	56,0	62,5
VIII	105,0	116,0	147,0	26,0	42,0

Zahlentafel VII

Legierung	Wärme behandlung	Temperatur ⁰C	Belastung kg/mm²	Standzeit Stunden	Dehnung %	Einschnürung %
II	649	70,3	81,5	12,5	44,0
5	IV	649	70,3	26,4	19,5	36,0
VII	649	70,3	295,0	3,0	6,5
VII	816	17,5	40,5	39,0	45,5
II	649	70,3	223,5	8,5	11,0	• I	VII	649	70,3	181,9	7,0	14,5
IX	816	11,9	281,9	28,0	31,0

Die Zahlentafeln zeigen, daß die vorgeschlagenen Legierungen eine sehr hohe Festigkeit und Dehnung miteinander verbinden.

Sie sind aushärtbar und besitzen bei Raumtemperatur im ausgehärteten Zustand eine Streckgrenze, die mindestens 50% über der Streckgrenze bei Raumtemperatur derselben Legierung im lösungsgeglühten Zustand liegt.

Die geringen Gehalte an Aluminium und Titan, die vorzugsweise insgesamt mindestens 0,75% betragen, tragen zur Aushärtbarkeit der Legierung und zur Erzielung einer hohen Festigkeit bei erhöhter Temperatur bei.

Beispielsweise war eine außerhalb der Erfindung liegende Legierung mit 0,07% Kohlenstoff, 18,26% Eisen, 53,42% Nickel, 20,95% Chrom, 0,024%

Claims

Aluminium, 0,041 °/0 Titan, 2,08 % Molybdän und 4,59% Niob'nicht aushärtbar und ergab bei Raumtemperatur eine (0,2 °/„)- Streckgrenze von nur 47,7 kg/mm2 und eine 100-Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 650° C von nur 52,6 kg/mma. Die vorgeschlagenen Legierungen sind durch ein einwandfreies Gefüge selbst nach längerer Belastung bei hoher Temperatur gekennzeichnet. Ihr Mikrogefüge besitzt bei üblicher Vergrößerung reine Korngrenzen ohne Ausscheidungen außer Karbiden. Patentansprüche:

1. Verwendung einer nach der Warmformgebung oder einem zwischen 845 und 1200° C, vorteilhaft bei etwa 1060° C, durchgeführten Lösungsglühen zwischen etwa 650 und 735° C ausgehärteten Nickel-Chrom-Legierung der Zusammensetzung: ^{, ;} 15 bis 23°/o Chrom, 2.bis 6% Molybdän, das teilweise durch Wolfram ersetzt sein kann, 3 bis 8 °/ ₀ ao Niob, das höchstens zur Hälfte durch Tantal ersetzt sein kann, 0,4 bis 2,5 °/₀ Aluminium und Titan mit mindestens 0,2% von jedem der beiden Elemente, 0,001 bis 0,02 % Bor, 45 bis 65 % Nickel,

Rest, von Verunreinigungen abgesehen, Eisen, zur Herstellung von Gegenständen und Teilen, die bei Gebrauchstemperaturen bis zu 700° C hohe Zugfestigkeits-, Streckgrenzen- und Verformungskennwerte sowie ein gutes Zeitstandverhalten haben müssen.

2. Verwendung einer Legierung nacti Anspruch 1, die jedoch 2 bis 4% -Molybdän, höchstens 30% Eisen, 51 bis 56% Nickel und 0,005 bis 0,015% Bor enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer, Legierung nach Anspruch 1 mit einem Nickelgehalt von 51 bis 56% für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die jedoch noch ι einzeln oder gemeinsam bis 1% Silizium und bis:l% Mangan enthält und der bis 0,5% Zirkon zugesetzt ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 267 448;
französische Patentschriften Nr. 55 100, 932 273, 996, 1071 278;
USA.-PatentschriftNr. 2 570 193.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 648/290 9.67 i5 Bundesdruckerei Rerlin