DE1258108B - Hochwarmfeste Niob-Tantal-Legierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche KI.: 40 b - 27/00

Nummer: 1 258 108

Aktenzeichen: F 29174 VI a/40 b

Anmeldetag: 12. August 1959

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft vier- bis sechskomponentige Legierungen auf der Basis von Niob und Tantal, wobei die anderen Legierungskomponenten Zirkonium, Wolfram, Molybdän und/oder Titan sind.

Die binären Systeme, also Niob-Tantal-Legierungen, sowie die ternären Systeme Niob—Tantal—Zirkonium sowie Niob—Tantal—Titan entsprechen hinsichtlich Warmfestigkeit und Dauerstandfestigkeit für viele Anwendungsgebiete nicht. Die mechanischen Eigenschaften ternärer Legierungen aus Niob—Tantal—Molybdän bzw. Wolfram, hergestellt auf pulvermetallurgischem Wege, wurden bereits untersucht, ebenso ternäre, im Lichtbogenofen erschmolzene Systeme von Niob und Titan mit Tantal, Zirkonium, Molybdän oder Wolfram.

Es wurden auch bereits hochschmelzende Sinterlegierungen für Hochtemperaturanwendung und Vakuumtechnik vorgeschlagen, die aus 10 bis 90°/₀ Tantal mit 90 bis 10 % Wolfram und/oder Molybdän und gegebenenfalls 10 bis 4O°/o Chrom, Vanadium, Niob, Titan, Zirkonium und Hafnium bestehen.

Abgesehen von der Tatsache, daß diese Legierungen auf dem Sinterwege hergestellt sind, entsprechen sie nicht den erfindungsgemäßen Niob-Tantal-Legierungen mit vier bis sechs Komponenten.

Die Erfindung betrifft somit hochwarmfeste Niob-Tantal-Legierungen, die aus 17 bis 67% Niob und 0,245 bis 5% Zirkonium und/oder 0,1 bis 1,5% Titan sowie aus 0,8 bis 30% Wolfram und/oder 0,4 bis 10% Molybdän, Rest 15 bis 70 ⁰A, Tantal bestehen. Der bevorzugte Gehalt von Zirkonium liegt bei 4% sowie der von Tantal bei 1 %· Die Summe an Wolfram und Molybdän soll vorzugsweise 30% ^mcnt übersteigen. Die erfindungsgemäßen hochwarmfesten Legierungen zeichnen sich durch besonders bemerkenswerte Zunderfestigkeit, also geringe Verzunderungstiefe bzw. günstige Oxydationsfestigkeit, sowie Warmfestigkeit bei Temperaturen von über 1000⁰C bei Versuchsdauer von 100 Stunden aus. Die Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden bei 1039 ⁰C liegt bei den erfindungsgemäßen Legierungen zwischen etwa 12,7 und 15,2 kg/mm². Unter gleichen Bedingungen wurden bisher bei ähnlichen Legierungen nur Werte von maximal 12,0 kg/mm² erreicht.

Abgesehen davon ist die Oxydationsbeständigkeit, ausgedrückt in der Verzunderungstiefe, wie erwähnt sehr gut. Nach 16 Stunden in strömender Luft beträgt die Verzunderungstiefe nur etwa 0,1 mm bei z. B. 1093⁰C.

Es zeigte sich, daß Zirkonium bei Niob-Tantal-Legierungen außerordentlich günstigen Einfluß auf die Warmfestigkeit hat. Übersteigt jedoch der Zir-HochwarmfesteNiob-Tantal-Legierungen

Anmelder:

Fansteel Metallurgical Corporation,

North Chicago, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte,

8000 München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Arthur Bruno Michael, Lake Forest, JIl.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. August 1958 (754 938),
vom 3. Juli 1959

koniumgehalt 5%, so wird keine positive Wirkung auf die Warmfestigkeit mehr beobachtet, sondern, im Gegenteil, es findet eine Abnahme der Warmfestigkeit statt. Bei erfindungsgemäßen Legierungen mit 1,65 % Zirkonium beträgt z. B. die Zeitstandfestigkeit bei 1093⁰C nach 100 Stunden 13,4 kg/mm².

Die Wirkungsweise des Titans in den erfindungsgemäßen Niob-Tantal-Legierungen entspricht weitgehend der des Zirkoniums. Optimale Ergebnisse erhält man mit etwa 0,44 % Titan. Eine solche Legierung besitzt eine Zeitstandfestigkeit nach 100 Stunden bei 1093⁰C von 13,4 kg/mm².

Bei erfindungsgemäßen Legierungen mit Zirkonium und Titan addieren sich deren Einzelwirkungen, so daß der Gehalt an Titan von 1 % bevorzugt wird. Andererseits kann auch der Zirkoniumgehalt für hervorragende Ergebnisse bei gleichzeitiger Anwesenheit von Titan auf 4% herabgesetzt werden.

Durch Zusatz von Wolfram und Molybdän erreicht man eine ungefähr parabolische Steigerung der Warmfestigkeit. Bei hohen Wolframgehalten von mehr als 32% Wolfram ist die Legierung zu hart und praktisch nicht mehr bearbeitbar. Bei Molybdängehalten von mehr als 10% steigt die Oxydationsgeschwindigkeit bei hohen Temperaturen unerwünscht stark an. Es ist daher zweckmäßig, die Summe der Gehalte an WoIf-

709 717/513

ram und Molybdän nicht über 30 % zu wählen. Davon sollen maximal 20 % Wolfram und 10 °/o Molydbän vorhanden sein.

Die erfindungsgemäßen Legierungen werden durch Einschmelzen von Vormetall oder Einschmelzmetall hergestellt. Das Einschmelzen geschieht zweckmäßigerweise in Lichtbogenofen. Als Einschmelzmetalle verwendet man z. B. 99,5°/„iges Tantal, 99,2%iges Niob, 99,8°/_oiges Zirkonium, 99,8%iges Titan, etwa 99°/_oig^es Wolfram und Molybdän.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Legierung aus 55,50% Niob, 31,50 % Tantal, 0,48 % Zirkonium, 8,01 % Wolfram, 4,18 % Molybdän und 0,33 % Titan zeigte in strömender Luft bei 1093⁰C nach 16 Stunden eine Verzunderungstiefe von 0,14 mm. Die 100-Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 1093⁰C betrug 15,2 kg/mm.

Beispiel 2

Eine Legierung aus 66,50% Niob, 16,33% Tantal, 0,58 % Zirkonium und 16,60% Wolfram zeigte in strömender Luft bei 1093⁰C nach 16 Stunden eine Verzunderungstiefe von 0,45 mm. Die 100-Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 1093⁰C betrug 13,0 kg/mm².

Beispiel 3

Eine Legierung aus 17,65% Niob, 70% Tantal, 0,45 % Zirkonium und 11,9 % Wolfram zeigte in strömender Luft bei 1093⁰C nach 16 Stunden eine Verzunderungstiefe von 1,1 mm. Die 100-Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 1093⁰C betrug 15,2 kg/mm².

Aus den Beispielen ist zu ersehen, daß die Oxydationsbeständigkeit und die Warmfestigkeit für die Legierungen im Vergleich zu reinem Niob mit einer Verzunderungstiefe von 1,05 mm und einer 100-Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 1093⁰C von 9j2kg/mm² sehr günstig sind.

Die binären Niob-Tantal-Legierungen sind bekanntlich hinsichtlich ihrer Warmfestigkeit und Zunderfestigkeit oder Oxydationsbeständigkeit nicht zufriedenstellend. Die ternären Niob-Tantal-Legierungen mit Zirkonium oder Titan besitzen bereits eine bessere Zunderfestigkeit und auch eine etwas erhöhte Warmfestigkeit. Die erfindungsgemäßen quaternären Legierungen und auch die Systeme mit fünf und sechs Legierungskomponenten nach der Erfindung (Nb + Ta + Zr und/oder Ti + W und/oder Mo) besitzen eine überragende Warmfestigkeit und eignen sich daher für Anwendungszwecke, wo in Verbindung mit hoher Zunderbeständigkeit auch hohe Arbeitstemperaturen bei großen Belastungen auftreten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochwarmfeste Niob-Tantal-Legierungen, bestehend aus 17 bis 67% Niob und 0,245 bis 5% Zirkonium und/oder 0,1 bis 1,5% Titan sowie aus 0,8 bis 30% Wolfram und/oder 0,4 bis 10% Molybdän, Rest 15 bis 70% Tantal.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkoniumgehalt 4% und der Titangehalt 1% nicht übersteigt.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Gehalte an Wolfram und Molybdän 30% nicht übersteigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Österreichische Patentschrift Nr. 201 297;

»Zeitschrift für Metallkunde (Metallforschung,
Bd. I)«, 37 (1946), S. 53 bis 56;

»Journal of the Institute of Metals«, 80 (1951/1952), November 1951, S. 143 bis 146;

»Report No. BMI—1143« vom 31. Oktober 1956.

709 717/315 12.67 © Bundesdruckerei Berlin