DE1281685B

DE1281685B - Thermobimetall mit guter Korrosionsbestaendigkeit

Info

Publication number: DE1281685B
Application number: DE1960V0019732
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dieter Gras
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1960-11-30
Filing date: 1960-11-30
Publication date: 1968-10-31
Also published as: CH439765A; GB930569A

Description

Thermobimetall mit guter Korrosionsbeständigkeit Thermobimetalle werden vielfach für Zwecke ge- braucht, die eine gute Korrosionsbeständigkeit erfordern, z. B. als Regelorgan in Heißwasserspeichern.
Bekannte Bimetalle bestehen beispielsweise aus Nickel-Eisen-Legierungen, deren Nickelgehalt meistens zwischen 30 und 42% liegt. Legierungen dieser Art sind zwar bedeutend weniger rost- und korrosionsanfällig als etwa reines Eisen, können aber nicht schlechthin als korrosionsbeständig bezeichnet werden. Um Thermobimetalle mit besserer Korrosionsbeständigkeit herzustellen, hat man z. B. die aus Nickel-Eisen-Legierungen bestehenden Bimetallebeiderseits mit Nickel oder mit korrosionsbeständigen Legierungen plattiert. Diese Ausführungsart der Therinobimetalle ist jedoch insofern nicht befriedigend, als dabei einerseits die Schnittkanten der Bimetallstreifen. gegen einen Korrosionsangriff nicht geschützt sind und andererseits die spezifische Ausbiegung durch die Plattierung stark herabgesetzt wird. Unter spezifischer Ausbiegung wird die in Millimeter gemessene Ausbiegung eines Bimetallstreifens von 1 mm Dicke und 1 mm Länge bei einer Temperaturdifferenz von l' C verstanden.
Ein galvanischer Überzug der fertigen Teile, der vielfach zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit verwendet wird, schützt zwar die Schnittkanten, doch wird seine Schutzwirkung entscheidend beeinflußt von seiner Haftfestigkeit und Dichtigkeit. Außerdem verkleinert er ebenfalls die spezifische Ausbiegung in nur unvollkommen kontrollierbarer Weise.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, für die Seite mit dem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten eine Ch#rom-Eisen-Legierung und für die Seite mit dem höheren Ausdehnungskoeffizienten eine Chrom-Eisen-Nickel-Legierung zu verwenden. Derartige Thermobimetalle haben jedoch den Nachteil, daß sie eine sehr kleine spezifische Ausbiegung besitzen.
Es wurden auch bereits Thermobimetalle mit Komponenten aus Nickel-Eisen vorgeschlagen, die im Hinblick auf eine Erhöhung der Elastizitätsgrenze bei hohen Temperaturen noch einen Zusatz bis insgesamt 15% Kobalt, Chrom, Wolfram, Molybdän, Silizium, Aluminium, Mangan, Tantal und Vanadin enthalten können. Nach diesem bekannten Vorschlag bestehen beide Komponenten des Thermobimetalls aus den gleichen Grundstoffen Nickel und Eisen. Sie unterscheiden sich dadurch, daß das Verhältnis von Nickel zu Eisen für die Seite mit der höheren Ausdehnung kleiner als 0,3 und für die Seite mit der niedrigeren Ausdehnung größer als 0,3 ist.
Die nach diesem Vorschlag zu verwendenden Grund,legierungen können z. B. aus Eisen-Nickel-Legierungen mit 26 % Nickel oder mit 42 % Nickel bestehen. Die Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen ist jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend, z. B. gegenüber Wasser. Dem erwähnten Vorschlag war aber weder zu entnehmen, daß die Zugabe einiger im Hinblick auf die Erhöhung der Elastizitätsgrenze genannten Stoffe eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bewirken könnte, noch war angegeben, welche Stoffe in welcher Menge dazu geeignet seien.
Für eine Reihe von Verwendungszwecken ist es erwünscht, Thermobimetalle zur Verfügung zu haben, die eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit besitzen, z. B. gegen Wasser oder Wasserdampf, und bei denen außerdem die spezifische Ausbiegung größer ist, als die der bisher bekannten, einigermaßen korrosionsbeständigen Thermobimetalle.
Gemäß der Erfindung wird ein Thermobimetall, das bis mindestens 1501' C verwendbar ist und bis zu dieser Temperatur eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt, z. B. gegen Wasserdampf, dadurch geschaffen, daß die Seite mit dem. niedrigeren Ausdehnungskoeffizien.ten aus einer austenitischen Legierung aus 6 bis 1411/o Chrom, 5 bis 30% Nickel, Rest Kobalt und Eisen besteht, mit der Maßgabe, daß dann, wenn die Summe der Bestandteile außer Nickel mit xolo be- zeichnet wird, der Gehalt an Nickel und Kobalt zusammen zwischen dem 0,5fachen von x01o und dem 0,7fachen von x% liegt, und a) bei einem Gehalt an Nickel und Kobalt von dem 0,5fachen bis zum 0,55fachen von xo/o der Chromgehalt nicht über 11,5% und b) bei einem Gehalt an Nickel und Kobalt von über dem 0,55fachen von x % bis zum 0,6fachen von x01o der Chromgehalt nicht über 13% beträgt, und daß die Seite mit dem höheren Ausdehnungskoeffizienten aus einer austenitischen Legierung aus 11 bis 16,5 bzw. über 19 bis 25% Chrom, 0 bis 1011/o Kobalt, 13 bis 2211/e Nickel, Rest Eisen besteht, mit der Maßgabe, daß a) bei einem Chromgehalt von 11 bis 16,5% die Summe aus dem Kobaltgehalt und dem 5/3fachen Nickelgehalt höchstens gleich 40% ist, b) bei einem Chromgehalt von über 19 bis 25% die Summe aus dem doppelten Kobaltgehalt und dem 3fachen Nickelgehalt größer als 60% ist.
Die für die Zusammensetzung der Thermobimetallkomponenten angeführten Prozentgehalte bedeuten Gewichtsprozente.
Drei- und Vierstofflegiertingen der vorgenannten Art sind als Ausdehnungslegierungen bereits bekannt. Zum Beispiel sind zur Herstellung von Gegenständen mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten Legierungen aus 50 bis 60% Kobalt, 4 bis 12% Chrom und 30 bis 46% Eisen angegeben worden. Diese Legierungen sollen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Verarbeitbarkeit besitzen. Bei diesen Legierungen ist ferner auch schon vorgeschlagen worden, das Kobalt teilweise durch Nickel zu ersetzen.
Die Größe des Ausdehnungskoeffizienten für Legierungen der zuletzt genannten Art, d. h. für das Vierstoffsystem Kobalt--Mrom-Eisen-Nickel, war jedoch nur für den Temperaturbereich von 10 bis 501 C bekannt. Ob eine der vorgenannten Legierungen im Zusammenwirken mit einer anderen ein brauchbares Thermobilnetall. auch bei höheren Temperaturen ergeben würde, ließ sich nicht voraussagen, da die Kurve für die Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur im allgemeinen nicht geradlinig verläuft.
Eine solche Voraussage war vor allem deswegen nicht möglich, weil beim Aufbau eines Therinobimetalls die Differenz zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Bimetallkomponenten bei allen in Frage kommenden Gebrauchstemperaturen wichtig ist. Außerdem ist es bei der Herstellung des Thermobimetalls von entscheidender Bedeutung, ob sich die beiden Seiten des Thermobimetalls fest und sicher miteinander verbinden lassen.
Die Tatsache, daß trotz des Bekanntseins der vorstehenden Vierstofflegierungen diese nicht zur Herstellung von Thermobimetallen benutzt worden sind, darf als Beweis dafür angesehen werden, daß eine solche Maßnahme nicht nahegelegen hat; denn der Bedarf an Thermobimetallen mit guter Korrosionsbeständigkeit besteht bereits seit vielen Jahren, und es hätten anderenfalls schon lange die vorstehend genannten Legierungen als Bimetallkomponenten kombiniert sein müssen.
Das nach der Erfindung hergestellte Thermobimetall zeichnet sich dadurch aus, daß es bei guter Korrosionsbeständigkeit eine größere spezifische Ausbiegung als andere Thermobimetalle mit ähnlicher Korrosionsbeständigkeit besitzt. Es hat außerdem noch den Vorteil, daß sich seine beiden Komppnenten wegen ihres ähnlichen Aufbaues gut miteinander verbinden lassen. Die erfindungsgemäß hert' Orestellten 'fhermobimetallstreifen lassen sich gut walzen und verarbeiten.
Durch eine Kaltverformung können beide Seiten Ales Thermoblinetalls eine große Härte erhalten, was in vielen Fällen sehr erwünscht ist.
Nachstehend werden einige Beispiele für die Zusa ensetzung des erfindungsgemäßen Thermobimetalls angegeben.
Beispiel 1 Die Seite mit der niedrigen Ausdehnung besteht aus 11,9% Chrom, 44,6 % Kobalt, 9,9 O/o Nickel, Rest Eisen.
Die Seite mit der hohen Ausdehnung besteht aus 11,3 l)/o Chrom, 14,9 % Nickel, Rest Eisen. Beispiel 2 Die Seite mit der niedrigen Ausdehnung besteht aus 1011/o Chrom, 33%Kobalt, 15 % Nickel, Rest Eisen.
Die Seite mit der hohen Ausdehnung besteht aus 1211/9 Chrom, 4% Kobalt, 13'% Nickel, Rest Eisen. Beispiel 3 Die Seite mit der niedrigen Ausdehnung besteht aus 7,9119 Chrom, 25,5 % Kobalt, 20,0"/o Nickel, Rest Eisen.
Die Seite mit der hohen Ausdehnung besteht aus 14 % Chrom, 2'% Kobalt, 22 % Nickel, Rest Eisen. Beispiel 4 Die Seite mit der niedrigen Ausdehnung besteht aus 8'% Chrom, 29 % Kobalt, 17 0/,) Nickel, Rest Eisen. Die Seite mit der hohen Ausdehnung besteht aus 20 % Chrom, 10"/o Kobalt, 20 % Nickel, Rest Eisen.
Die spezifische Ausdehnung der in den vorstehenden Beispielen 1 bis 4 angegebenen erfindungsgemäßen Thermobimetalle liegt je nach der gewählten Zusammensetzung im Bereich von etwa 0,08 bis 0,11 - 10-4 OC-1.

Claims

Patentanspruch: Thermobimetall mit guter Korrosionsbeständigkeit bis mindestens 1501' C, d ad u r c h g e - kennzeichnet, daß die Seite mit dem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aus einer austenitischen Legierung aus 6 bis 14% Chrom, 5 bis 30'% Nickel, Rest Kobalt und Eisen besteht, mit der Maßgabe, daß dann, wenn die Summe der Bestandteile außer Nickel mit x"lo bezeichnet wird, der Gehalt an Nickel und Kobalt zusammen zwischen dem 0,5fachen von x Olo und dem 0,7fachen von x% liegt, und a) bei einem Gehalt an Nickel und Kobalt von dem 0,5fachen bis zum 0,55fachen von x01o der Chromgehalt nicht über 11.,5% und b) bei einem Gehalt an Nickel und Kobalt von über dem 0,55fachen von x01o bis zum 0,6-fachen von x01o der Chromgehalt nicht über 13% beträgt, und daß die Seite mit dem höheren Ausdehnungskoeffizienten aus einer austenitischen Legierung aus 11 bis 16,5 bzw. über 19 bis 25% Chrom, 0 bis 10% Kobalt, 13 bis 220/9 Nickel, Rest Eisen besteht, mit der Maßgabe, daß a) bei einem Chromgehalt von 11 bis 16,5% die Summe aus dem Kobaltgehalt und dem 5/3fachen Nickelgehalt höchstens gleich 4011/o ist, b) bei einem Chromgehalt von über 19 bis 25% die Summe aus dem doppelten Kobaltgehalt und dem 3fachen Nickelgehalt größer als 60 % ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 652 778; britische Patentschrift Nr. 553 180; USA.-Patentschriften Nr. 1652 556, 1991438.