DE1278740B

DE1278740B - Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung

Info

Publication number: DE1278740B
Application number: DEJ22467A
Authority: DE
Inventors: Clarence George Bieber; Murray Tennant Stewart
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1961-10-10
Filing date: 1962-10-06
Publication date: 1968-09-26
Also published as: NL284163A; NL124041C; CH415065A; GB957139A; US3220829A; BE623451A

Description

BUNDESSEPUBLiK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C22c

Deutsche Kl,: 40 b-19/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 78 740.5-24 (J 22467)

6. Oktober 1962

26. September 1968

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung zur Herstellung von Gegenständen, die Temperaturen bis zu 75O⁰C ausgesetzt sind, eine hohe Streckgrenze und gute Bildsamkeit bei Raumtemperatur sowie hohe Bruchfestig* keit bei höheren Temperaturen erfordern, wie beispielsweise Gasturbinenläufer, Preßdüsen, Flugzeugteile und Ausrüstungen für Papierfabriken.

Es sind bereits üiöbhaltige Nickel-Chrom-Legierungen bekannt, die durch Ausscheidung einer niobreichen Phase gehärtet und ohne weiteres an Luft erschmolzen werden können. So ist aus der französischen Patentschrift 1232 729 eine Legierung aus mindestens 25% Nickel mit 10 bis 35% Chrom, 2 bis 12% Niob, höchstens 0,1% Kohlenstoff, höchstens 0,5 % Silizium, höchstens 0,5% Mangan, bis 12% Wolfram, bis 16% Molybdän sowie einem oder mehreren der folgenden Elemente, je bis 40% Kobalt, 40% Eisen, 0,1% Bor, 0,1% Zirkonium und 1% Beryllium bekannt. Diese Legierung besitzt bereits eine gute Festigkeit und Bildsamkeit bei Raumtemperatur sowie gute Bruchfestigkeit bei höheren Temperaturen, wenn der Eisengehalt unter 5% liegt und der Gesamtgehalt an Molybdän und Wolfram mindestens 8% beträgt, Eine Legierung dieser Art ist auch in der deutschen Patentschrift 726 682 beschrieben und eignet sich für die Herstellung von Gegenständen, die bei hohen Temperaturen mechanisch hoch beansprucht werden.

Die Erfindung beruht nun auf der Feststellung, daß die bekannten Legierungen dann, wenn sie kein Wolfram, wesentlich weniger Molybdän und mindestens 5 % Kobalt enthalten, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Temperaturen bis 750⁰C bessere technologische Eigenschaften besitzen. Erfindungsgemäß wird daher für den eingangs erwähnten Verwendungszweck eine Nickel-Chrom-Legierung vorgeschlagen, die aus 10 bis 20% Chrom, 5 bis 20% Kobalt, 6 bis 10% Niob, 0,5 bis 3,5 % Molybdän, bis 0,25% Kohlenstoff, bis 12% Eisen, bis 0,1% Bor, bis 0,5% Zirkonium, bis 1% Vanadin, bis 1% Silizium,, Rest Nickel und ersejirnelzungsbedingte Verunreinigungen besteht.

Da sich im handelsüblichen Niob im allgemeinen auch geringe Mengen Tantal befinden, kann die Legierung auch Tantal enthalten, das mit dem Niob zusammen eingeführt wird, jedoch dem Niobgehalt zugeschlagen wird.

Um die angestrebte Verbesserung der Eigenschaften zu erreichen, ist es wesentlich, daß die Gehalte an Molybdän, Niob und Kobalt innerhalb der angegebenen Grenzen liegen. Molybdän in Anteilen von mehr als 0,5 % ergänzt die härtende Wirkung des Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung

Anmelder:

International Nickel Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwalt,

4000 Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:

Murray Tennant Stewart, Fanwood, N. J.;

Clarence George Bieber,

Roselle Park, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St, v. Amerika vom 10. Oktober 1961 (144 069)

Niobs; die Legierung sollte daher vorzugsweise mindestens 2,5 %, aber nicht mehr als 3,5 % Molybdän enthalten, damit eine ausreichende Bildsamkeit der Legierungen bei Raumtemperatur gewährleistet ist. Das für die Härtung wesentliche Element ist das Niob. Bei den angegebenen Molybdängehalten sind mindestens 6% Niob erforderlich, vorzugsweise beträgt der Niobgehalt jedoch 7 bis 9 %. Damit die Bildsamkeit bei Raumtemperatur und die Zugfestigkeit nicht beeinträchtigt werden, darf der Niobgehalt jedoch 10% nicht überschreiten. Kobaltgehalte über 5% verbessern die Bruchfestigkeit der Legierung, die deshalb vorzugsweise 12 bis 16% Kobalt enthält. Die vorteilhafte Wirkung des Kobalts ist überraschend, da sich aus Vergleichsversuchen mit den bekannten kobalthaltigen und kobaltfreien Legierungen, die einen höheren Gehalt an Molybdän aufweisen, ergab, daß Kobalt eine ungünstige Wirkung auf die Bruchfestigkeit der Legierungen ausübt.

Um die Legierung oxydationsfest zu machen, muß sie mindestens 10%; vorzugsweise 12 bis 16% Chrom enthalten. Das Eisen wird durch die für das Einbringen der übrigen Elemente, insbesondere des Niobs, benötigten Ferrolegierungen eingetragen. Mit steigendem Eisengehalt verschlechtert sich die Festigkeit der Legierung bei Raumtemperatur und ihre Bildsamkeit. Die Legierung soll daher vorzugsweise nicht mehr als 4% Eisen enthalten. Wegen der Affinität des Niobs zum Kohlenstoff soll der Kohlenstoffgehalt niedrig gehalten werden, da nur freies Niob die härtenden Ausscheidungsphasen bildet. Darüber hinaus führt ein höherer Kohlenstoffgehalt zu einer Ver-

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schlechterung der Bildsamkeit bei Raumtemperatur und der Bearbeitbarkeit. Der Kohlenstoffgehalt beträgt daher vorzugsweise höchstens 0,05 %·

Bor und Zirkonium verbessern die Bruchzähigkeit. Die Legierung soll daher vorzugsweise 0,0001 bis 0,01 °/o B°r und höchstens 0,05 % Zirkonium enthalten. Silizium wird im allgemeinen zur Desoxydation eingeführt, und zwar als Kalzium—Silizium; der Siliziumgehalt soll vorzugsweise 0,3 % nicht übersteigen.

Wesentlich ist, daß die Legierungen praktisch kein Titan und Aluminium enthalten, da diese Elemente einen sehr schädlichen Einfluß auf die Gießeigenschaften ausüben; ihr Gesamtgehalt darf daher 0,1% nicht übersteigen.

Die Legierung besitzt beste Eigenschaften nach einem Lösungsglühen und Aushärten. Das Lösungsglühen umfaßt im allgemeinen ein 1- bis 8stündiges Glühen bei 1095 bis 1150⁰C und das Aushärten ein lOOstündiges und gegebenenfalls auch noch längeres Glühen bei 595 bis 815° C. Das Aushärten kann ganz oder teilweise beim Abkühlen der Legierung im Ofen oder durch langsames oder stufenweises Abkühlen im angegebenen Temperaturbereich erfolgen. Wenn nach dem Erstarren genügend Niob in fester Lösung verblieben ist, kann das vor dem Aushärten sonst erforderliche Lösungsglühen entfallen. Gute Werte wurden durch ein 4stündiges Lösungsglühen bei 112O⁰C erzielt, dem sich eine der folgenden Aushärtungsbehandlungen anschloß:

(1) löstündiges Glühen bei 730⁰C mit anschließender Luftabkühlung auf Raumtemperatur (Wärmebehandlung A),

(2) 16stündiges Glühen bei 730° C, Abkühlen auf 565⁰C mit 28⁰C je Stunde und Luftabkühlung auf Raumtemperatur (Wärmebehandlung B), oder

(3) 16stündiges Glühen bei 730°C, Abkühlen auf 565°C mit 14°C je Stunde und Luftabkühlung auf Raumtemperatur (Wärmebehandlung C).

In nachstehender Tabelle I sind als Beispiel die Legierungen 1 bis 4 gemäß der Erfindung angegeben, so die an Luft vergossen wurden. Bei der Vergleichslegierung 5 handelt es sich um eine den Legierungen nach dem französischen Patent ähnliche Legierung.

Tabelle I

Legie	Cr	Co	Fe	Mo	W	Nb	B	Zr	Ni
rung	(7o)	(%)	(%)	(%)	(7o)	(7o)	(Vo)	(Vo)	(7o>
1	14,45	15	3,3	3,20	_	8,5	0,01**	0,05**	Rest*
2	12,45	7	10,2	2,91	—	8,28	0,01**	0,05**	Rest*
3	10	15	4	3	—	9,5	0,01**	0,05**	Rest*
4	14,6	14,4	3,42	3,0	—	8,0	—	—	Rest*
5	20,0	—	2,0	6,0	2,5	6,5	—	—	Rest*

* Rest enthält noch geringe Anteile an Kohlenstoff, Silizium und Mangan.
** Nachträglich zugeben.

Tabelle Π veranschaulicht die mechanischen Eigenschaften von Gußproben nach der in der zweiten Spalte .angegebenen Wärmebehandlung:

Tabelle II

Legie rung	Wärme behandlung	Versuchs temperatur	0,2% Streckgrenze	Zugfestigkeit	Dehnung (25 mm Meßlänge)	Einschnürung
		(°Q	(kg/mm²)	(kg/mm²)	<%)	(·/·>
1	B	R. T.	126,0	133,9	8	18
2	A	R. T.	108,0	118,4	13	27
1	B	650 .	99,0	106,7	6	13
3	A	R. T.	110,3	123,0	7	17
4	C	R. T.	122,8	132,2	11	19
4	B	425	87,0	98,0	9	29
5	*	R. T.	51,3	66,2	10	—

* 8 Stunden bei 1080° C lösungsgeglüht, an Luft abgekühlt, dann 16 Stunden bei 800⁰C ausgehärtet und an Luft abgekühlt. R. T. = Raumtemperatur.

Die Ergebnisse von Zeitstandversuchen an Gußproben bei höheren Temperaturen veranschaulicht

Tabelle III

Legie rung	Wärme behandlung	Versuchs temperatur	Belastung	Stunden	Dehnung (25 mm)	Einschnürung
		CQ	(kg/mm*)		(7o)	(7o)
1	B	730	42,2	139,8	9,6	20
1	B	730	35,1	499,3	37,9	52
2	A	730	42,2	117,8	4	12
2	A	730	42,2	286,6	28	48
4	B	650	66,7	251	2,4	7
5	*	730	42,2	12	5	—
5	*	650	50,2	100	—	—

Wie in Tabellen.

Ein Vergleich der in den Tabellen II und III verzeichneten Werte der Legierungen 1 bis 4 mit den Werten der Legierung 5 ergibt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen der Legierung 5 gegenüber, die kein Kobalt und 6% Molybdän plus Wolfram enthält, sowohl bezüglich der Festigkeit bei Raumtemperatur als auch bei höheren Temperaturen weit überlegen sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung, bestehend aus

10 bis 20% Chrom,

5 bis 20% Kobalt,

6 bis 10% Niob,

0,5 bis 3,5% Molybdän,
bis 0,25% Kohlenstoff,
bis 12% Eisen,
bis 0,1% Bor,
bis 0,5% Zirkon,

bis 1 % Vanadin,

bis 1 % Silizium,
Rest Nickel und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,

zur Herstellung von Gegenständen, die Temperaturen bis zu 75O⁰C ausgesetzt sind, eine hohe Streckgrenze und gute Bildsamkeit bei Raumtemperatur sowie hohe Bruchfestigkeit bei höheren Temperaturen erfordern, wie beispielsweise Gasturbinenläufer, Preßdüsen, Flugzeugteile und Ausrüstungen für Papierfabriken.

2. Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung nach Anspruch 1, die aus 12 bis 16 % Chrom, 12 bis 16% Kobalt, 7 bis 9% Niob, 2,5 bis 3,5% Molybdän, höchstens 0,05% Kohlenstoff, nicht mehr als 4 % Eisen, 0,0001 bis 0,01 % Bor, höchstens 0,05% Zirkonium, höchstens 0,3% Silizium, Rest Nickel besteht, für den Zweck nach Anspruch 1.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 726 682;
französische Patentschrift Nr. 1 232 729.