DE1533202C3 - Use of a cobalt chrome tungsten alloy as a material for ductile precision welding rods - Google Patents
Use of a cobalt chrome tungsten alloy as a material for ductile precision welding rodsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung als Werkstoff für duk-tile Präzisionsschweißstäbe zur Herstellung von Schweißnähten, die hochtemperaturfest sein müssen.The invention relates to the use of a cobalt-chromium-tungsten alloy as a material for duk-tile precision welding rods for the production of Weld seams that have to be resistant to high temperatures.
Für bestimmte Zwecke, besonders bei Schweißnähten von Düsenmotor-Turbinenblättern aus einer hochtemperaturfesten Legierung von 56% Nickel, 14% Kobalt, 19% Chrom, 4,3% Molybdän, 3% Titan, 1,3% Aluminium, 1% Eisen, 0,7% Mangan und 0,4% Silicium, bei denen ein dauerndes Hämmern an den Schweißnähten der ineinandergreifenden Turbinenblätter stattfindet, sind hochtemperaturfeste duktile Legierungen erforderlich. Um solche Schweißnähte maschinell und gegebenenfalls automatisch herstellen zu können, müssen die verwendeten Schweißstäbe von geringem Durchmesser und sehr gleichmäßig und fehlerfrei bearbeitet sein, was praktisch nur durch Schleifen in einer spitzenlosen Schleifmaschine erfolgen kann. Dazu aber müssen die Schweißstäbe hinreichend duktil sein, da spröde Schweißstäbe bei einem solchen Schleifen zerbrechen.For certain purposes, especially for welding seams of jet engine turbine blades from one high temperature resistant alloy of 56% nickel, 14% cobalt, 19% chromium, 4.3% molybdenum, 3% Titanium, 1.3% aluminum, 1% iron, 0.7% manganese and 0.4% silicon, which are subject to constant hammering takes place at the welds of the interlocking turbine blades are high temperature resistant ductile alloys required. To machine such weld seams and, if necessary, automatically To be able to produce, the welding rods used must have a small diameter and machined very evenly and flawlessly, which is practically only possible by grinding in a centerless Grinding machine can be done. For this, however, the welding rods must be sufficiently ductile, since they are brittle Break welding rods during such grinding.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung als Werkstoff für duktile Präzisionsschweißstäbe zur Herstellung von Schweißnähten, die hochtemperaturfest sein müssen, zu verwenden.The invention is now based on the object of using a cobalt-chromium-tungsten alloy as the material for ductile precision welding rods for the production of weld seams that are resistant to high temperatures need to use.
Aus der USA.-Patentschrift 2 801165 ist eine Kobalt-Legierung mit 18,75 bis 23,25% Wolfram und 26 bis 30% Chrom bekannt, die jedoch praktisch nickelfrei ist. Diese Legierung zeigt bei 982° C eine Kurzzeit-Standfestigkeit von etwa 28,10 kp/mm2. Dieses Zeitstandverhalten ist für besonders hohe Anforderungen noch nicht ausreichend. Außerdem läßt sich diese Legierung nicht durch spitzenloses Schleifen zu Präzisionsschweißstäben verarbeiten, da sie zu spröde ist.A cobalt alloy with 18.75 to 23.25% tungsten and 26 to 30% chromium is known from US Pat. No. 2,801165, which, however, is practically nickel-free. This alloy shows a short-term stability of about 28.10 kp / mm 2 at 982 ° C. This creep behavior is not yet sufficient for particularly high requirements. In addition, this alloy cannot be processed into precision welding rods by centerless grinding because it is too brittle.
""Ferner sind aus den USA.-Patentschriften 2 030 342, besonders Anspruch 4, und 2 030 343, besonders Ansprüche 3 und 6, Schweißstäbe aus Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen bekannt, die jedoch nickelfrei und teilweise, nach der letztgenannten Patentschrift, auch borfrei sind sowie einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 1 % und Vanadiumgehalt von mindestens 1,5% aufweisen. Diese bekannten Schweißstäbe sind zur Herstellung harter und abriebfester Auftragsschweißungen bestimmt und für den Zweck der Erfindung wegen ungenügender Zeit-Standfestigkeit bei hoher Temperatur und ungenügender Duktilität nicht geeignet."" Are also from the USA. Patents 2,030,342, particularly claim 4, and 2,030,343, particularly claims 3 and 6, welding rods made of cobalt-chromium-tungsten alloys known, which, however, are nickel-free and in some cases, according to the last-mentioned patent, are also boron-free and have a carbon content of at least 1% and a vanadium content of at least 1.5%. These well-known Welding rods are intended for the production of hard and abrasion-resistant build-up welds and for the purpose of the invention because of insufficient long-term stability at high temperature and insufficient Ductility not suitable.
Der aus Anspruch 7 der genannten USA.-Patentschrift 2 030 342 bekannte Schweißstab aus 1 bis 4% Kohlenstoff, 10 bis 35% Chrom, 0,5 bis 15% Vanadium, 10 bis 30% Wolfram und/oder Molybdän, 0,1 bis 2,5% Bor, 0,1 bis 1% Mangan, 0,1 bis 1% Silicium, Rest Eisen, Nickel, Kobalt, jedoch Nickel und Eisen je nicht über 5%, ist ebenfalls für harte abriebfeste Auftragsschweißungen bestimmt. Über eine Eignung für den Zweck der Erfindung ist nichts bekannt.The welding rod known from claim 7 of said US Pat. No. 2,030,342 from 1 to 4% Carbon, 10 to 35% chromium, 0.5 to 15% vanadium, 10 to 30% tungsten and / or molybdenum, 0.1 to 2.5% boron, 0.1 to 1% manganese, 0.1 to 1% silicon, the remainder iron, nickel, cobalt, but nickel and iron each not exceeding 5%, is also intended for hard, wear-resistant build-up welds. Over suitability for the purpose of the invention is not known.
Die oben angegebene Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung einer Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung, bestehend aus 26 bis 30% Chrom, 18 bis 21% Wolfram, 4 bis 6% Nickel, 0,7 bis 1% Kohlenstoff, 0,005 bis 0,1 % Bor, 0 bis 1% Silicium, 0 bis 1% Mangan, 0 bis 3% Eisen, 0,75 bis 1,25% Vanadium, Rest Kobalt, worin das-Kobalt-Chrom-Verhältnis stets wenigstens 1,4:1 beträgt, als Werkstoff für duktile Präzisionsschweißstäbe zur Herstellung von Schweißnähten, die hochtemperaturfest sein müssen.The above-mentioned object is now achieved according to the invention by using a cobalt-chromium-tungsten alloy, consisting of 26 to 30% chromium, 18 to 21% tungsten, 4 to 6% nickel, 0.7 to 1% carbon, 0.005 to 0.1% boron, 0 to 1% silicon, 0 to 1% manganese, 0 to 3% iron, 0.75 to 1.25% vanadium, the remainder cobalt, in which the cobalt-chromium ratio is always at least 1.4: 1, as a material for ductile precision welding rods for the production of weld seams that have to be resistant to high temperatures.
Bevorzugt wird für den genannten Zweck eine Legierung verwendet, die aus 28% Chrom, 19,5%An alloy is preferably used for the stated purpose, which consists of 28% chromium, 19.5%
30, Wolfram, 5% Nickel, 0,85% Kohlenstoff, 0,05% Bor, 0,2% Silicium, 0,1% Mangan, 0,4% Eisen, 0,9% Vanadium and 45% Kobalt besteht.30, tungsten, 5% nickel, 0.85% carbon, 0.05% boron, 0.2% silicon, 0.1% manganese, 0.4% iron, 0.9% vanadium and 45% cobalt.
Wenn in der Legierung eine Höchstmenge an Chrom verwendet wird, muß die Mindestmenge an Kobalt 42% betragen, um das erwähnte Mindestverhältnis Kobalt-Chrom aufrechtzuerhalten. Wenn die Mindestmenge an Chrom verwendet wird, muß entsprechend die Mindestmenge an Kobalt 36,4% betragen. In der Praxis liegt also der Kobaltmindestbereich der Legierung zwischen 36,4 und 42%, der je nach den Mengen der anderen in der Legierung enthaltenen Bestandteile, hauptsächlich der Wolfram- ■ und Nickelmengen, über diesen Bereich hinaus erhöht werden kann.If a maximum amount of chromium is used in the alloy, the minimum amount must be Cobalt should be 42% in order to maintain the mentioned minimum cobalt-chromium ratio. If the The minimum amount of chromium is used, the minimum amount of cobalt must be 36.4%. In practice, the minimum cobalt range of the alloy is between 36.4 and 42%, the depending on the amounts of the other components contained in the alloy, mainly the tungsten ■ and amounts of nickel, can be increased beyond this range.
Es wurde gefunden, daß Höchstwerte der Kurzzeit-Standfestigkeit bei hoher Temperatur erhalten bleiben, wenn bei Erhöhung des Nickelgehalts der Legierung der Wolframgehalt verringert wird.It was found that the maximum values of the short-term stability remain at high temperature when increasing the nickel content of the Alloy's tungsten content is reduced.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung zeigt nicht nur gegenüber der eingangs erwähnten, aus der USA.-Patentschrift 2 801 165 bekannten Legierung eine erhebliche Steigerung der Kurzzeit-Standfestigkeit bei 982° C, nämlich auf mindestens 33,60 kp/mm2 gegenüber 28,10 kp/mm2 bei den bekannten Legierungen, sondern auch eine wesentliche Steigerung der Duktilität, so daß ihre Bearbeitung in einer spitzenlosen Schleifmaschine ohne jede Bruchgefahr möglich ist und daraus hergestellte Schweißnähte auch starker hämmernder Schlagbeanspruchung bei hohen Temperaturen widerstehen.The alloy to be used according to the invention not only shows a considerable increase in the short-term stability at 982 ° C., namely to at least 33.60 kp / mm 2 compared to 28.10, compared with the alloy known from the US Pat. No. 2,801,165 kp / mm 2 in the known alloys, but also a significant increase in ductility, so that they can be machined in a centerless grinding machine without any risk of breakage and weld seams made from them withstand even strong hammering impacts at high temperatures.
Die Steigerung der Kurzzeit-Standfestigkeit um wenigstens 20% ist überraschend im Hinblick auf den relativ geringen Nickelgehalt der Legierung und wahrscheinlich auf den angewandten verhältnismäßig hohen Chromgehalt in Verbindung mit der kleinen Nickelmenge zurückzuführen.The increase in short-term stability by at least 20% is surprising with regard to the relatively low nickel content of the alloy and probably proportionate to the applied high chromium content in connection with the small amount of nickel.
Es wurde gefunden, daß der Nickelbereich von 4 bis 6% der erfindungsgemäß zu verwendenden Le-It has been found that the nickel range from 4 to 6% of the materials to be used according to the invention
3 43 4
gierung für deren Duktilität oder Nichtsprödigkeit vorhandenen dunklen Phase erheblich kleiner ist alsalloy for the ductility or non-brittleness of which the dark phase present is considerably smaller than
außerordentlich kritisch ist. in den F i g. 1 und 2. Diese erfindungsgemäß zu ver-is extremely critical. in fig. 1 and 2. These according to the invention to be
Das wird erläutert mit Bezug auf die Schliffbilder. wendende Legierung war vollkommen frei vonThis is explained with reference to the micrographs. turning alloy was completely free of
Diese zeigen jeweils in 270facher Vergrößerung Sprödigkeit, zeigte eine hohe Duktilität, und keinerThese each show brittleness at a magnification of 270 times, showed high ductility, and none
F i g. 1 eine Legierung, die der erfindungsgemäß 5 der Schweißstäbe dieser Zusammensetzung zeigteF i g. 1 shows an alloy which the 5 according to the invention exhibited of the welding rods of this composition
bevorzugten Legierungszusammensetzung entspricht, beim Durchführen durch die spitzenlose Schleif-preferred alloy composition, when running through the centerless grinding
jedoch 10% Nickel und 40% Kobalt enthält, maschine irgendein Anzeichen von Bruch.however, if it contains 10% nickel and 40% cobalt, it will show any signs of breakage.
F i g. 2 eine Legierung entsprechend der erfin- Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß eine graue PhaseF i g. 2 an alloy according to the invention. 4 it can be seen that a gray phase
dungsgemäß bevorzugten Legierungszusammen- von ähnlicher Gesamtfläche wie die dunkle Phase inaccording to the preferred alloy together of a similar total area as the dark phase in
setzung, jedoch mit 7% Nickelgehalt und 43% Ko- io Fig. 2 vorliegt, in der jedoch eine feine Ausfällungsettlement, but with 7% nickel content and 43% colo Fig. 2 is present, in which, however, a fine precipitate
baltgehalt, gebildet ist, die ein Ansteigen der Härte verursacht,balt content, is formed, which causes an increase in hardness,
Fig. 3 eine Legierung entsprechend der erfin- die ihrerseits bewirkt, daß die Legierung insgesamt3 shows an alloy according to the invention, which in turn causes the alloy as a whole
dungsgemäß bevorzugten Legierungszusammen- eine geringere Schlagfestigkeit als die Legierung derAccording to the preferred alloy together a lower impact strength than the alloy of
setzung und F i g. 3 besitzt. Eine solche Legierung ist zwar duktil,setting and fi g. 3 owns. Such an alloy is ductile,
Fig. 4 eine Legierung entsprechend der erfin- 15 jedoch wegen dieser erhöhten Härte und daraus foldungsgemäß
bevorzugten Legierungszusammen- genden Sprödigkeit zur Herstellung von Schweißsetzung,
jedoch mit 3% Nickelgehalt und 47% Ko- stäben und Gußstücken kaum geeignet,
baltgehalt. Die Unterschiede zwischen den Legierungen der4 shows an alloy according to the invention, however, because of this increased hardness and the brittleness of the alloy, which is preferred according to this, for the production of welds, but with 3% nickel content and 47% rods and castings, hardly suitable,
balt content. The differences between the alloys of the
Aus Fig. 1 ist das Vorliegen einer übergroßen Fig. 1, 2, 3 und 4 wurden weiter verdeutlicht durchFrom Fig. 1 the presence of an oversized Fig. 1, 2, 3 and 4 have been further clarified by
Menge einer kontinuierlichen schwarzen oder dunklen 20 Prüfung der Legierungen mit einem Knoop-Eindruck-Amount of continuous black or dark 20 testing of the alloys with a Knoop impression-
Phase ersichtlich, die ein nadeiförmiges Carbid ist härteprüfer unter Verwendung einer 200 g-Belastung.Phase can be seen which is an acicular carbide hardness tester using a 200 g load.
und der Legierung zwar Abriebfestigkeit verleiht, Die Unterschiede der Knoop-Werte ergeben sich ausand although it gives the alloy abrasion resistance, the differences in the Knoop values result from
jedoch insofern außerordentlich nachteilig ist, als sie der folgenden Tabelle:however, it is extremely disadvantageous in that it is shown in the following table:
die Legierung spröde macht. _ . T, , -makes the alloy brittle. _. T,, -
Diese Sprödigkeit, welche die Legierung sowohl 25 Legierung Knoop-WertThis brittleness gives the alloy both 25 alloy Knoop value
. Diese Sprödigkeit, welche die Legierung sowohl 25. This brittleness, which makes the alloy 25
für die Herstellung von Auftragsschweißungen als ί, ί §· }_ for the production of build-up welds as ί, ί § · } _
auch von Gußstücken daraus unbrauchbar macht, £, ] S- ~ also makes castings from it unusable, £, ] S- ~
zeigt £ich auf folgende, recht drastische Weise. Aus ί, ί §· · ·; η<\λ shows £ i in the following quite drastic way. From ί, ί § · · ·; η <\ λ
der Legierung hergestellte Schweißstäbe wurden durch . -t11 g· 4 .. - Welding rods made of the alloy were made by. -t 1 1 g 4 .. -
eine spitzenlose Schleifmaschine hindurchgeführt, um 30 : Diese Knoop-Werte sind ein weiterer Hinweis auf sie zu schleifen und für Schweißzwecke brauchbar die Eignung oder Anpassungsfähigkeit der Legiezu machen. Wegen der Sprödigkeit der Schweißstäbe rangen für Verwendung für Schweißstäbe und kleine zerbrachen fast alle Stäbe beim Durchgang durch Gußstücke. Wie aus der Tabelle ersichtlich, war der die spitzenlose Schleifmaschine. Knoop-Wert der Legierung mit 10% Nickel zuA centerless grinding machine passed through to 30 : These Knoop values are another indication of how to grind them and to make the suitability or adaptability of the alloy useful for welding purposes. Because of the brittleness of the welding rods contested use for welding rods and small ones, almost all rods broke while passing through castings. As can be seen from the table, this was the centerless grinder. Knoop value of the alloy with 10% nickel
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Anteil der 35 niedrig. Mit 7 % Nickel war der Knoop-Wert bei
schwarzen oder dunklen Phase der Legierung zwar einem Optimum. Bei 3% Nickel stieg der Knoopetwas
geringer, jedoch noch erheblich und kontinuier- Wert bis zu einer unerwünschten Höhe an.
lieh ist, so daß diese Legierung ebenfalls spröde war Die Gesamtheit der obigen Prüfungen und Ergeb-From Fig. 2 it can be seen that the proportion of 35 is low. With 7% nickel, the Knoop value for the black or dark phase of the alloy was an optimum. With 3% nickel, the knoop rose a little less, but still considerably and continuously, up to an undesirable level.
borrowed, so that this alloy was also brittle. The entirety of the above tests and results
und die große Mehrzahl von Schweißstäben dieser nisse zeigt, daß optimale Ergebnisse vom Standpunkt Zusammensetzung, die durch die spitzenlose Schleif- 40 einer Kombination von Duktilität und Abriebfestigmaschine geführt wurde, bei ihrem Durchgang zer- keit in dem ziemlich engen und kritischen erfindungsbrach, gemäßen Bereich von 4 bis 6% Nickel erhaltenand the great majority of welding rods this nisse show that optimum results from the standpoint Composition made by the centerless grinding 40 a combination of ductility and abrasion resistance machine was led, in its passage through the rather narrow and critical inventive fallout, obtained in the appropriate range of 4 to 6% nickel
Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Fläche einer werden.From Fig. 3 it can be seen that the surface will be one.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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