DE1558787C - Verfahren zur Wärmebehandlung von Wolfram legierungen - Google Patents

Description

0 bis 10% Molybdän, 0 bis 2% Tantal, 0 bis 1% Niob, 0 bis 0,5% Zirkonium, einzeln oder zu mehreren, in einer Gesamtmenge bis zu 10%, Rest Wolfram, zwecks Verbesserung "der Warmverform-5 barkeit. Das Neue der Erfindung besteht darin, daß die Legierung mindestens 10 Minuten auf 1700 bis 1900° C, vorzugsweise 1800° C, erhitzt und dann mit einer konstanten Geschwindigkeit im Verlauf von einer Stunde oder einer kürzeren Zeit, vorzugs

befriedigend sind. Das Herstellen von Düsen durch io weise mit einer Geschwindigkeit von 8° C pro Mi-Gießen direkt ist ein schwieriges und langwieriges nute, auf 900° C abgekühlt wird, wobei das Erhitzen Verfahren. Es kommt noch hinzu, daß gegossenes und Abkühlen in einer nichtoxydierbaren Atmo-WoIfram sehr brüchig ist und sich schwer verarbeiten sphäre erfolgen.

läßt. Der übliche Kohlenstoffgehalt der Legierungen

Die Duktilität der Werkstücke wird verbessert, 15 liegt bei 0,01 bis 0,05%. Die erfindungsgemäß zu bewenn das Gußgefüge des Wolframs zerstört wird, und handelnde binäre Wolfram-Kohlenstoff-Legierung das Pressen hat sich bisher als die einzig zuverläs- wird durch den Zusatz von einem oder mehreren der sige Verarbeitungsmethode herausgestellt. Die hierbei weiteren vorstehend genannten Legierungsbestandentstehenden Produkte sind jedoch lange dünne teilen weiter verfestigt und kann daher bei sehr hohen Stangen, welche ungeeignet sind, um zu Blechen ge- 20 Arbeitstemperaturen eingesetzt werden, beispielsweise walzt oder geschmiedet werden zu können, in Raketendüsen, wenn sehr wirksame Antriebsmittel

Eine Schmiedebehandlung ist jedoch der am besten _ verwendet werden und die Beanspruchung besonders geeignete Verarbeitungsprozeß zur Herstellung von hoch ist. -

Rohblechen aus Gußrohlingen zum Walzen und zur . Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wird Herstellung von kompliziert geformten Gegenständen, 25 vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt, und wie beispielsweise Raketendüsen. Gegossenes reines zwar sowohl die Erwärmung als auch das Abkühlen. Wolfram kann bei Temperaturen unter 1700° C nicht Bei der Behandlungstemperatur würde eine sehr befriedigend geschmiedet werden, jedoch durch den rasche Oxydation auftreten, und demgemäß muß der Zusatz von geringen Mengen Kohlenstoff wird die Sauerstoff hierbei ausgeschlossen werden. Eine ge-Schmiedbarkeit des Wolframs so weit verbessert, daß 30 ringe Oxydation ist jedoch zulässig, eine Schmiedebehandlung bei wesentlich niedrigeren Die bevorzugte Glühbehandlung wird 30 Minuten

Temperaturen durchgeführt werden kann. Bei der lang bei 1800° C durchgeführt, und die bevorzugte optimalen Zusammensetzung, d.h. bei einem Kohlen- Abkühlungsgeschwindigkeit liegt bei 8⁰C pro Mistoffgehalt von 0,03 Gewichtsprozent kann Wolfram nute. Unter 900° C ist die jeweilige Abkühlungsbei einer Temperatur von 900° C geschmiedet wer- 35 geschwindigkeit unwichtig, da Kohlenstoff unterhalb den. Obwohl dies eine bemerkenswerte Verbesserung der angegebenen Temperatur nicht gut diffundiert, ist, bestehen hierbei jedoch folgende Nachteile: Der Erfolg der Behandlung hängt im wesentlichen

(a) Der Zusatz von 0,03 % Kohlenstoff zu Wolfram von der Abkühlungsgeschwindigkeit ab, da, wie noch verringert den Schmelzpunkt desselben von näher ausgeführt werden wird, anzunehmen ist, daß 3400° C auf etwa 2800° C. Bei Verwendung 40 die Teilchengröße der Carbide für die Schmiedbarder Produkte bei sehr hohen Temperaturen, wie keit der Legierung sehr wesentlich ist. Wenn eine zu

hohe Abkühlungsgeschwindigkeit angewendet wird, so wird eine große Anzahl von feinen Teilchen ausgeschieden, und dies ist unerwünscht, und eine sehr geringe" Abkühlungsgeschwindigkeit ist unwirtschaftlich. Es wurde gefunden, daß eine Zeitdauer von einer Stunde die höchste Abkühlungsgeschwindigkeit ist, bei der die gewünschte Verbesserung erzielt wird. Die Verbesserung der Schmiedbarkeit, welche

Wegen der unterschiedlichen Kohlenstoffver- 50 durch diese Behandlung erreicht wird, ist offenbar luste, welche beim Schmelzen auftreten, kann es auf das Vorhandensein einer Dispersion von Carbiden von einer Teilchengröße zurückzuführen, welche zu einer günstigeren Verteilung und Beweglichkeit von Versetzungen führen. Verhältnismäßig große

halten, und infolgedessen kann die Schmiedbar- 55 Teilchen von Wolframcarbid (1 bis 2 μ), die viele keit nachteilig beeinflußt werden. Versetzungen zur Folge haben, die möglicherweise

Es ist bekannt, daß Wolframlegierungen neben durch Unterschiede hinsichtlich der Wärmekontrak-Kohlenstoff noch gewisse Mengen an Molybdän, tion zwischen Wolfram und Wolframcarbid entstehen, Tantal und Niob enthalten können und daß durch sind offenbar verantwortlich für die bessere Schmieddiese Legierungszusätze die Eigenschaften der Wolf- 60 barkeit. Kleine Teilchen von weniger als 0,1 μ bilden ramlegierungen in noch zu beschreibender Weise ver- sich häufig bei den Versetzungen und verhindern

deren Bewegung, so daß hierdurch ein großer Widerstand gegenüber Verformung auftritt.

Die Wirkung der Wärmebehandlung gemäß der Erfindung besteht offenbar darin, daß die Entstehung der feinen Teilchen verhindert wird, indem diese in Lösung gebracht werden und der Kohlenstoff in großen Teilchen wieder ausgefällt wird. In diesem Falle

sie bei Raketen unter Einsatz von sehr wirksamen Treibmitteln auftreten, kann daher ein Schmelzen der betreffenden Werkstücke eintreten.

(b) Der Kohlenstoffbereich, innerhalb dessen Wolframlegierungen bei der bevorzugten Schmiedetemperatur von 1100⁰C schmiedbar sind, ist ziemlich eng, und er beträgt 0,015 bis 0,04%.

unter Umständen nicht möglich sein, die Zusammensetzung der Rohlinge bei der Herstellung derselben innerhalb dieser engen Grenzen zu

bessert werden können.

Hs wurde nun gefunden, daß die Schmiedbarkeit von Wolf'ramlegierungen durch eine entsprechende Wärmebehandlung verbessert werden kann.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Wolframlegierung, bestehend aus 0,006 bis 0,07% Kohlenstoff und gegebenenfalls

sind die Versetzungen nicht mehr blockiert und können sich daher freier bewegen.

In der französischen Patentschrift 1 369 196 ist bereits ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Wolframlegierungen beschrieben, welche 0.05% Kohlenstoff oder mehr enthalten, und zwar erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1370 bis 2185° C mit einer anschließenden Alterungsbehandlung bei 980 bis 1538° C. Zweck dieser Behandlung ist die Ausscheidung von feinen Kohlen-Stoffteilchen, die jedoch, wie oben ausgeführt wurde, für die weitere Verformung der Wolframlegierungen ungeeignet sind. Der Zweck des vorliegenden Verfahrens ist der, die Bildung feiner Abscheidungen von Kohlenstoff oder Karbid zu verhindern.

Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche eine Diagramm darstellt, aus der die Schmiedbarkeit von Wolframlegierungen mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten bei verschiedenen Temperaturen ersichtlich ist.

Der Einfluß der Wärmebehandlung auf die Schmiedbarkeit von Wolfram-Kohlenstoff-Legierungen ergibt sich aus der Zeichnung, wobei die Kurven die unteren Temperaturgrenzen mit Bezug auf den Kohlenstoffgehalt erkennen lassen, bei der Schmiedebehandlungen durchgeführt werden können. Die obere Kurve zeigt die Schmiedbarkeit von gegossenen Legierungen und die untere Kurve diejenige von Legierungen, welche gemäß der Erfindung einer Wärmebehandlung unterworfen worden sind. Legierungen. die bei Temperaturen oberhalb der entsprechenden Kurve geschmiedet werden, sind fehlerfrei und solche, die unterhalb derselben geschmiedet werden, sind brüchig.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wird eine 0,02% Kohlenstoff enthaltende Legierung beim Schmieden bei einer Temperatur von 600° C brechen, gleichgültig, ob sie wärmebehandelt oder gegossen ist. Wenn eine Wärmebehandlung stattgefunden hat, so läßt sich eine solche Legierung, ohne zu brechen, schmieden bei einer Temperatur von 800° C, jedoch würde eine entsprechende gegossene Legierung bei 800° C brechen. Bei einer Temperatur von 1200° C läßt die Legierung sich auch im Gußzustand befriedigend schmieden.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die untere Kurve einen fast linearen Verlauf aufweist, der sich von einem Kohlenstoffgehalt von 0,005 bis 0,04% Kohlenstoff erstreckt, wobei eine minimale Schmiedetemperatur von etwa 700° C vorliegt. Bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,04 % steigt die Kurve wieder an, und obwohl der genaue Verlauf derselben nicht festgestellt wurde, besteht Grund dafür, anzunehmen, daß die Grenze der Schmiedbarkeit bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,07% bei etwa 1100° C liegt. Bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten steigt die Kurve sehr steil an, und unter einem Kohlenstoffgehalt von 0,005 % wird die Legierung rasch nur bei sehr hohen Temperaturen schmiedbar. Der Kohlenstoff bereich, oberhalb dessen die gemäß der Erfindung behandelten Legierungen bei Temperaturen unter 1100° C geschmiedet werden können, beträgt 0,006 bis 0,07%, wodurch der bisher bekannte und als zulässig erachtete Bereich von 0,015 bis 0,04% ohne Wärmebehandlung um einen Faktor von etwa 2,6 ausgedehnt wird. Änderungen im Kohlenstoffgehalt sind also weniger ernsthaft.

Kohlenstoffgehalte über 0,04% werden bei Anwendungszwecken bei hohen Temperaturen, beispielsweise als Raketendüsen, nicht benötigt, da durch den erhöhten Kohlenstoffgehalt der Schmelzpunkt verringert wird. Durch die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung ist es möglich, Legierungen mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt und demgemäß einem sehr hohen Schmelzpunkt bei Temperaturen von etwa 800° C schmieden zu können.

Durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ist es also möglich, Gegenstände aus einer Wolframlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,006 bis 0,07%, beispielsweise Raketendüsen, dadurch herzustellen, daß das Werkstück zu der gewünschten Form bei einer Temperatur von etwa 1100° C ausgeschmiedet werden kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Wolframlegierung, bestehend aus 0,006 bis 0,07% Kohlenstoff und gegebenenfalls 0 bis 10% Molybdän, 0 bis 2 %~ Tantal, 0 bis 1% Niob, 0 bis 0,5% Zirkonium, einzeln oder zu mehreren, in einer Gesamtmenge bis zu 10%, Rest Wolfram, zwecks Verbesserung der Warmverformbarkeit, dadurchgekennzeichnet, daß die Legierung mindestens 10 Minuten auf 1700 bis 1900° C, vorzugsweise 1800° C, erhitzt und dann mit einer konstanten Geschwindigkeit im Verlauf von einer Stunde oder einer kürzeren Zeitspanne, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 8° C pro Minute, auf 900° C abgekühlt wird, wobei das Erhitzen und Abkühlen in einer nichtoxydierenden Atmospäre erfolgt.

2. Anwendung des Wärmebehandlungsverfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung eines schmiedbaren Gußrohlings, insbesondere zur Herstellung einer Raketendüse, aus einer Wolfram-» legierung der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen