DE1533345C

DE1533345C - Tungsten based alloys

Info

Publication number: DE1533345C
Authority: DE
Inventors: Clayton D Port Washing ton Friedman Sam Great Neck N Y Dickinson (V St A)
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Publication date: 1971-04-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen auf Wolframbasis mit hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und einer niedrigen Übergangstem peratur vom duktilen zum spröden Zustand.The invention relates to tungsten-based alloys having high strength at increased strength Temperatures and a low transition temperature from the ductile to the brittle state.

Es ist bekannt, daß durch Zusatz von Rhenium zu Wolfram Legierungen erhalten werden können, deren Übergangstemperaturen für den Wechsel vom duktilen zum spröden Verhalten erniedrigt sind, aber die Seltenheit und der hohe Preis des Rheniums haben den Gebrauch dieser Werkstoffe auf bestimmte Halbzeugarten, z. B. als Blech, Rohr oder in anderen endgültigen Formen, beschränkt.It is known that by adding rhenium to tungsten alloys can be obtained whose Transition temperatures for the change from ductile to brittle behavior are lowered, but the The rarity and the high price of rhenium have made the use of these materials on certain types of semi-finished products, z. B. as sheet metal, pipe or in other final forms, limited.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, Legierungen mit einem relativ niedrigen Rheniumgehalt vorzusehen, die jedoch gleichzeitig niedrige Übergangstemperaturen für den Wechsel vom duktilen zum spröden Verhalten sowie eine, hohe Festigkeit .bei erhöhten Temperaturen und hohe Rekristallisationstemperaturen haben.It is therefore the aim of the invention to provide alloys with a relatively low rhenium content, the, however, at the same time low transition temperatures for the change from ductile to brittle behavior as well as high strength at elevated temperatures and have high recrystallization temperatures.

Gegenstand der Erfindung, mit der dieses Ziel erreicht wird, ist eine Legierung, bestehend aus 0,08 bis 0,4°/₀, vorzugsweise 0,1 bis 0,15 °/₀, Thorium, 0,003 bis 0,019 °/o, vorzugsweise 0,004 bis 0,019 °/₀ Kohlenstoff, 1,0 bis 7,0 % Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen.Object with the this object is achieved of the invention is an alloy consisting of 0.08 to 0.4 ° / _0, preferably 0.1 to 0.15 ° / _0, thorium, 0.003 to 0.019 ° /, preferably 0.004 to 0.019 ° / ₀ carbon, 1.0 to 7.0% rhenium, rest tungsten and unavoidable impurities.

Eine Vorzugsstellung genießt dabei eine Legierung aus 0,15 °/₀ Thorium, 0,01% Kohlenstoff, 1,0 °/₀ Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen, wie noch gezeigt wird.A preferred position thereby enjoys an alloy of 0.15 ° / ₀ thorium, 0.01% carbon, 1.0 ° / ₀ rhenium, rest tungsten and unavoidable impurities, as will be shown.

Durch Variation der Gehalte innerhalb der angegebenen Grenzen kann für eine gegebene Anwendung jeweils die beste Kombination von mechanischen Eigenschaften und guten Fertigungsmöglichkeiten erhalten werden.By varying the contents within the specified limits, it is possible for a given application the best combination of mechanical properties and good manufacturing options can be obtained.

Verglichen mit unlegiertem Wolfram, das nach dem gleichen Verfahren hergestellt wurde, sind die erfindungsgemäßen Legierungen allgemein fester bei 165O°C, sie haben höhere Rekristallisationstemperaturen und sind noch bei niedrigeren Temperaturen duktil. Insbesondere wird bei zahlreichen Legierungen bei Zimmertemperatur oder noch darunter eine vollkommene Duktilität festgestellt.Compared to unalloyed tungsten made by the same process, those are according to the invention Alloys generally stronger at 1650 ° C, they have higher recrystallization temperatures and are ductile even at lower temperatures. In particular, with numerous alloys Perfect ductility was found at room temperature or below.

Die Legierungen haben beispielsweise eins Zugfestigkeit bei 1650⁰C zwischen 16,00 und 29,50 k ;/mm², während der Vergleichswert für unlegiertes Wolfram bei 9,10 kg/mm² liegt. Die Übergänge vom duktilen zum spröden Verhalten liegen für rheniumhaltige Legierungen im Bereich von —25 bis +100⁰C im Vergleich zu 175° C bei unlegiertem Wolfram. Die Rekristallisationstemperaturen von unlegiertem Wolfram liegen zwischen 1450 und 1500⁰C, während die erfindungsgemäßen Legierungen Rekristallisationstemperaturen im Bereich von 1600 bis 1825°C aufweisen. Es wird angenommen, daß die hohen Festigkeiten und hohen Rekristallisationstemperaturen, die den erfindungsgemäßen Legierungen auf Wolframbasis eigen sind, auf die Bildung von einheitlich dispergierten Teilchen von Thoriumcarbid während der Fertigung mit Teilchengrößen vorwiegend im Bereich von 200 bis 1000 Ä zurückzuführen sind.The alloys have k example, one tensile strength at 1650 ⁰ C from 16.00 to 29.50; / mm ^2, while the comparison value for unalloyed tungsten 9.10 kg / mm ^2. The transitions from ductile to brittle behavior are for rhenium-containing alloys in the range of -25 to +100 ⁰ C compared to 175 ° C with unalloyed tungsten. The recrystallization temperatures of unalloyed tungsten are 1450-1500 ⁰ C, while alloys according to the invention recrystallization temperatures in the range of 1600 to 1825 ° C have. It is believed that the high strengths and high recrystallization temperatures inherent in the tungsten-based alloys of the present invention are due to the formation of uniformly dispersed particles of thorium carbide during manufacture with particle sizes predominantly in the 200-1000 Å range.

• ₅ Beispiel• ₅ example

Thorium, Kohlenstoff, Rhenium und Wolfram in Pulverform wurden zur Bildung einer einheitlichen Mischung vermengt und dann unter einem Druck von etwa 3500 kg/cm² zu einem Block gepreßt. Der BlockPowdered thorium, carbon, rhenium and tungsten were blended to form a uniform mixture and then pressed into a block ^{under a pressure of about 3500 kg / cm 2.} The block

ίο wurde dann bei einer Temperatur von etwa 2350⁰C näherungsweise 4 Stunden lang für eine gegenseitige Diffusion der verschiedenen Bestandteile unter Bildung einer festen Lösung von Thorium und Rhenium in Wolfram gesintert, während sich der, Kohlenstoff wahrscheinlich zwischen Wolframcarbid und einer festen Lösung von Kohlenstoff in Wolfram aufteilt. Der Block wird dann bei einer Temperatur von etwa 1850⁰C von 13 mm auf 7,5 mm Dicke geschmiedet und danach bei einer Temperatur von etwa 155O⁰C zu Blechen mit einer Dicke von etwa 1 mm ausgewalzt. Während des Fertigungsprozesses scheidet sich Kohlenstoff als feindispergiertes Thoriumcarbid ab.ίο was then sintered at a temperature of about 2350 ⁰ C for approximately 4 hours for mutual diffusion of the various constituents to form a solid solution of thorium and rhenium in tungsten, while the, carbon is likely between tungsten carbide and a solid solution of carbon in Tungsten splits. The block is then at a temperature of about 1850 ⁰ C by 13 mm to 7.5 mm thickness and subsequently forged rolled mm at a temperature of about 155o C to ⁰ sheets having a thickness of about. 1 During the manufacturing process, carbon is deposited as finely dispersed thorium carbide.

Obgleich bei der Herstellung der Bleche pulvermetallurgische Verfahren angewendet wurden, ist es klar, daß die Legierungspartner auch durch andere geeignete Verfahren, wie Lichtbogen-Gießverfahren unter vermindertem Druck, vereinigt werden können. Die Fertigung kann nach anderen Methoden ausgeführt werden, wie durch Strangpressen, Schmieden oder Ziehen zu Produkten gewünschter endgültiger Form.Although powder metallurgy in the manufacture of the sheets Procedures have been applied, it is clear that the alloying partner also by others suitable processes such as reduced pressure arc casting processes can be incorporated. Manufacturing can be carried out by other methods such as extrusion, forging or drawing into products of desired final shape.

Zugfestigkeit, Rekristallisatioristemperaturund Übergangstemperatur vom duktilen in den spröden Zustand wurden bei einer Anzahl von Legierungen bestimmt. Dabei wurde die Rekristallisationstemperatur durch Feststellung derjenigen Temperatur bestimmt, auf welche die Legierung für 1 Stunde aufgeheizt werden muß, damit die Faserstruktur vollkommen verschwindet und die Rekristallisation im wesentlichen vollständig ist. Dar Übergang vom duktilen zum spröden Verhalten, der über einen gewissen Temperaturbereich stattfindet, wurde in der Weise bestimmt, daß Proben von 25 mm Länge, 10 mm Breite und 1 mm Dicke bei verschiedenen Temperaturen über einen der vierfachen Blechdicke entsprechenden Radius um einen Winkel von 105° zu biegen versucht wurden, und es wurde die minimale Temperatur festgestellt, bei der die Probe nach einer geringen, aber wahrnehmbaren Biegung reißt (nicht duktil) und die minimale Temperatur, bei der die Probe, ohne zu reißen, um 105° gebogen wird (duktil).Tensile strength, recrystallization temperature and transition temperature ductile to brittle states have been determined on a number of alloys. The recrystallization temperature was determined by determining the temperature to which the alloy has to be heated for 1 hour so that the fiber structure disappears completely and the recrystallization is essentially complete. Dar transition from ductile to brittle behavior, which takes place over a certain temperature range, was determined in such a way that that samples of 25 mm length, 10 mm width and 1 mm thickness at different temperatures Tried to bend by an angle of 105 ° over a radius corresponding to four times the sheet metal thickness were, and it was determined the minimum temperature at which the sample after a low, but noticeable bending cracks (not ductile) and the minimum temperature at which the specimen can be without tear, is bent by 105 ° (ductile).

Die Kennwerte der Legierungen mit verschiedenen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden in der Tabelle zusammengefaßt. Ein Strich bedeutet in dieser Tabelle, daß die angegebene Eigenschaft bei der betreffenden Probe nicht bestimmt wurde.The characteristics of the alloys with different compositions according to the invention are shown in summarized in the table. In this table, a dash means that the specified property in the relevant sample was not determined.

Legierung
[Gewich tsprozent Jalloy
[Weight percent J CC. WW. Zugfestigkeit
bei 165O^UCtensile strenght
at 165O ^U C übergangste
duktil ■· spr
nicht duktilpassed over
ductile ■ · spr
not ductile mperatur
üde ["C]
duktiltemperature
üde ["C]
ductile Temperatur für
die Rekristallisation
in 1 StundeTemperature for
the recrystallization
in 1 hour ThTh Rere 0,0120.012 Restrest [kg/mm²][kg / mm ² ] Temperaturtemperature Temperaturtemperature roro 0,080.08 5,05.0 0,0190.019 Restrest 22,5022.50 6565 100100 1700 bis 17501700 to 1750 0,100.10 5,05.0 0,0100.010 Restrest —- -50-50 -25-25 —- 0,150.15 1,01.0 0,0090.009 Restrest 29,5029.50 1010 2525th 1800 bis 18251800 to 1825 0,150.15 3,03.0 0,0040.004 Restrest 27,5027.50 2525th 100100 1725 bis 17501725 to 1750 0,150.15 7,07.0 0,0030.003 Restrest 16,0016.00 <10<10 —- 1600 bis 16251600 to 1625 0,350.35 •5,0• 5.0 24,5024.50 -25-25 1010 1650 bis 16751650 to 1675

Wie den Ergebnissen zu entnehmen ist, haben diese Legierungen, die zumindest 1% Rhenium enthalten, eine hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, und sie sind bei niedrigen Temperaturen duktil. Alle der angegebenen Legierungen haben hohe Rekristallisationstemperaturen im Vergleich zu unlegiertem Wolfram. Für Anwendungen, bei denen ein hoher Schmelzpunkt gewünscht wird, hat sich die Zusammensetzung mit einem Minimum an Legierungsbestancteilen, mit dem die gewünschten mechanischen Eigenschaften erzielt werden können, als am meisten geeignet erwiesen.As can be seen from the results, these alloys, which contain at least 1% rhenium, high strength at elevated temperatures, and they are ductile at low temperatures. All of the The specified alloys have high recrystallization temperatures compared to unalloyed Tungsten. For applications where a high melting point is desired, the composition with a minimum of alloy components with which the desired mechanical Properties that can be achieved are found to be most suitable.

Claims

Patent claims:

1. Tungsten-based alloy with high strength at elevated temperatures and a low one Transition temperature from the ductile to the brittle state, consisting of 0.08 to 0.4%, preferably 0.1 to 0.15%, thorium, 0.003 to 0.019%, preferably 0.004 to 0.019%, carbon, 1.0 Up to 7.0% rhenium, the remainder tungsten and unavoidable impurities.

2. Alloy according to claim 1, consisting of 0.15% thorium, 0.01% carbon, 1.0% rhenium, Remainder tungsten and inevitable impurities.