DE1608110A1 - Hochtemperaturlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hoohtenperaturlegierungen und Erzeugnisse daraus.

Es bestand dauernd ein Bedarf für Legierungen mit hoher Krlechfestiglcelt« Die Gebiete der Bauteile für Hochtemperaturöfen, wie Strahlungs röhren und Wellen oder Waisen» Oasturbinen, StIBhlbletewtt», Schmelztiegel, Brennkraftmaschinen und Abgasturbolader sind nur einige der Anwendungsgebiet i solcher Materialien» Bisher wurden verschiedene Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen und Anwendungsgsbleten vorgeschlagen, Jedoch haben alle diese Legierungen im allgemeinen einige Nachtelle» Eine Legierung,

209803/0364

die erfolgreich bsi vielfältigen Anwendungebeispielen verwendet wurde, bei denen Widerstandsfähigkeit gegenüber hoher Belastung und Kriechen wesentlich war, insbesondere in Verbindung mit Korrosionsfestigkeit in Sauerstoff* ist In der US-Patentschrift 2 54p. 107 beschriebenvuna Befindet sich unter dem Warenzeichen *22H^H im Handel. Die breite Zusammensetzung der *22H"«Legierung liegt bei 40 - 60 % Nickel, 4 - 6,5 % Wolfram, 22 - ^ %, Chrom und 0,55 bis 0,75 £ Kohlenstoff, wobei der Best im wesentlichen Elsen ist.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält diese Bestandteile, jedoch weist sie engere Bereiche der Nick·!«, Wolf rau- und Chromgehalte auf, wobei der Nickelgehalt von 40 % bis 55 -%» der Wolfrangehalt von 4£ bis 6 £ und der Chromgehalt von 22 % bis 33 % beträgt, und sie ist gekennzeichnet durch wenigstens 0,2Ji Hangan, bis zu 2 % Silicium und 1 bis 6,5 % Kobalt. Ihe Mangangehalt ist vorzugsweise nicht größer als

Die vorliegende Legierung ist der "22-H*-Legierung bei den Kriechgrenzspannungswerten bei etwa 1 095*C (2000* P) und beim Anwachsen der Bruchlastzeit bei Temperatur«! oberhalb 1150*0 (2100* F) merklich Oberlegen. Zum Beispiel liegt bei etwa 1095*C die Kriechgrenzspannung bzw.

209809/0364

Dauerstandfestigkeit (1 % Längenänderung in 10 000 Stunden) für die 22H-Legierung bei etwa 73,8 kg/cm² (1 050 psi), während sie für die erfindungsgemäße Legierung Dei etwa

112.5 kg/cm² (1 600 psi) liegt. Bei etwa 1150*C versagte bzw» brach das Probestück aus der 22H-Legierung unter einer Last you etwa 49,2 kg/cm (700 psi) nach 1 200 Stunden, während die erfindungsgemäße Legierung über 3 080 Stunden geprüft wurde und noch in Takt blieb, als der Test abgebrochen wurde» Die Dauerstandfestigkeit bei etwa 1040*C (1900* F) zur Erzeugung einer 1 j&lgen längenänderung in

10 000 Stunden liegt für die 22H-Legierung bei 84,4 kg/cm² (1 200 psi) und für die erfindungsgesnäße Legierung bei

140.6 kg/cm (2000 psi). Auf diese Weise kann die vorliegende Legierung einen einzigartigen Ausgleich von Belastungswiderstand zu Längenänderung bei erhöhten Temperaturen aufweisen.

Eigenschaften, die bei Materialien für diesen Zweck wichtig sind, sind Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxydation und Stabilität der Form unter Last. Während die Temperaturen ansteigen, neigen die Metalle dazu, leichter zu verbrennen bzw« auszuglühen und auch eine größere plastische Deformation oder Kriechen über einen Zeltraun aufzuweisen. Viele Metalle, die bei hohen Temperaturen ganz fest oder beständig

209809/0364

sein können, können selbst leicht korrodierenden oder oxydierenden Atmosphären bei solchen Temperaturen nicht ausgesetzt werden, ohne daß sie schnell verbraucht sind, während andere Zusammensetzungen, die gegenüber Ausglühen widerstandsfähig sind, keine Festigkeit aufweisen«

Die Korrosion von Legieren in heißen Gasen 1st selbstverständlich abhängig von der Atmosphäre ebenso wie von der Legierung» Das Verhalten von Metallen, die konstant auf hoher Temperatur gehalten werden, ist kennzeichnenderweise ein fortschreitendes Verschmelzen der Oberfläche bei einer praktisch konstanten Geschwindigkeit, die in Zentimeter JSlnbrand pro Jahr gemessen wird.,

Das Verhalten von Probemetallen unter konstanter Beanspruchung unter der Elastizitätsgrenze bei hoher Temperatur 1st durch drei Phasen der Deformation gekennzeichnet, nämlich:

1. Eine Periode der inneren Spannungsverteilung, dl· in einer relativ kurzen Zeit stattfindet und durch eine anfänglich hohe und abnehmende Defoflaatlonsgesohwlndlgfeelt gekennzeichnet ist. Diese Phase besteht aus elastischem und

209809/0364

160811Q

plastischem Fließen,

2 ο Ein© Periode konstanter DeformatlonsgeSchwlndlgkelt, die über lange Zeiträume andauert» Dieses Phänomen 1st

In der Metallurgie *ls Kriechen bekannt, und es wird ge-

pro Stunde wöhalich durch eine LängenänderungVimter einer gegebenen Spannung gemessen, obwohl es das gleiche Kennzeichen an«* derer Deformationen lato Es wird im folgenden vorgezogen, Probestücke beim Biegens anstatt unter direkter Spannung zu vergleichen, und das Kriechen durch Winkelausschläge pro Stunde auszudrucken»

J>. Eine zum Schluß ©teigende Deforaationageschwlndigkeit, die zu einer Einschnürung und zum Bruch führt«

Die Deformatlonsgeschwlndigkeit pro Zeiteinheit in der Phase 2 ist ein geeignetes Maß der Festigkeit oder Formbeständigkeit dee Materials unter Last und Temperatur» Es 1st üblich, die zulässige Einheitsbeanspruohung für ein be* sonderes Metall bei einer besonders hohen Temperatur auf der Basis des bei dieser Temperatur als zulässig betrachteten Kriechens auszuwählen., Die Zeit bis zum Erreichen

bis zum Kriechen des Kriechens und zum Durchlaufen der verschiedenen Phas"eTHV ist wichtig* und sie wird durch das Material, die Temperatur und Belastung oder Elnheltabeanspruchung beeinflußt·

200809/0364

Die erfinaungsges&ße Legierung hat eine hohe mechanische Festigkeit* sie «reist geringes Kriechen auf und ebenso eine hohe Korrosionsbeständigkeit bei sehr hohen Temperaturen in GfuBzustand ohne Wärmebehandlung, AltershErtung oder irgendeine dergleichen Behandlungen. Das Material kann Jedoch weiterhin bearbeitet und behandelt werden, wenn, es er» wünscht 1st. BIe erflndungsgea&ee Legierung 1st in dieser Hinsicht anderen bekannten Legierungen bei niedrigeren Teaperaturen gleich oder tiberlegen, ihre relativen Vorteile und ihre Überlegenheit konaafc jedoch bei höheren Temperaturen auffallend sum Ausdruck, für die sie besonders geeignet ist, ZoB. bei Tempera türen von etwa 1260°C (2300* F). Sie 1st eine Nickellegierung» die als wesentliche Legierungsbestandteile Chrom, Wolfram, Kobalt und Kohlenstoff enthält,, wobei der Best im wesentlichen Bisen zusammen mit den gesteuerten Mengen an Hangan und Siliciue und den gewöhnlichen Verunreinigungen in üblichen Mengen 1st. Es wurde festgestellt, daß Kobaltzusätze, die bisher als schädlich betrachtet wurden, in dem erfindungsgemäßen tm@m Bereich tatsächlich nützlich sind. Insbesondere größere Mengen von Kobalt verursachen eine Veraprödung der Legierung bein KUhlen von hohen Temperaturen, während geringere Mengen die Korrosionsfestigkeit reduzieren, ohne daß sie Irgendeine bedeutsame Verbesserung auf anderen Gebieten beeinflussen·

209809/0384

Die erf indungegeaäSe Legierung würde In einer bevorzugten Ausführungsfona die folgende Zueaanensetsung aufweisen:

Kohlenstoff	0,45
Hangen .	1*25
Silicium	0,75
Nickel	48,0
Chrom	27,0
Wölfra»	5*0
Kobalt	5,0
Eisen	Best mit üblichen Verunreinigungen

Die Einzigartigkeit der ©rfindtingsgemäSen Legierung kann vielleicht am Besten anhand der folgenden Versuchsdaten verständlich gemacht «erden, wobei dl« erflndungegemäSe legierung nit der 22H-»Legiertmg verglichen wird:

TKEBSlSM 1

BruohspannungjBwerte

Kriechge« T5ffiper>tur Spanming i

22H 1150 *C 49*2 kg/cm² 0,0024 £/St. 1 270 Std.

(2100 ·Ρ) (700 pel)

Erf in-

1150 "·0 4Q,ÖHg/ca^Ä 0,0003 */St. y _.

L*gie-(2100 ·») (700 pel) Kein Bruch,

Ve reuah abgebrochen

2Ö9809/036A

TABELLE II

Zusammensetzung Legierung C Kb Si Nl Cr W Co

0,57

3U08

26,1 6,16

erfin-

dungegfän« -

Leglertmg 0,60 0,33 1*07 51*0 25,7

6,10

Be wurden Versuchsreihen gefahren, um die Wirkung der verschiedenen Kbtoaltkonzentrationen zu prüfen, während der Best der Legierung praktisch konstantgehalten wurde«, Die Ergebnisse sind nachfolgend aufgeführt und in der Zeichnung dargestellts

TABBlJLE III

Co Teeperatur Kragannlast	Radians/Std·
(US-Kinheiten)
— 12050C (S200 0V) 500	0,000100
2,4 12O5*C (2200 0F) 5OO	0,000044
4,5 1205*C (2200 *V) 500	0,000050
5,8 1205*C (22Ö0 *F) 500	0,000056
8,0 1205*C (2200 "F) 500	0,000050

209809/0364

Werte der Tabelle III nach "Standard-Cantilever-Creep-Test" ASOSI E-139 (Prüfverfahren* bei deia ein Ausleger belastet wird).

209809/0364

Claims (3)

PATENTANSPRUCHS

1. Legierung mit neuen Kriech- und Bruchlasteigenschaften bei sehr hohen Temperaturen in Bereich von etwa 1Q95*C und darüber alt 0,35 % bis 0,75* Kohlenetoff, 40 % bis 55 % Nickel, 22 % bis 33 % Chrom, 4 % bis 6 £ Wolfram und Elsen mit gewöhnlichen Verunreinigungen in den Üblichen Mengen, gekennzeichnet durch »nigstens 0,2 % Hangan, 0 bis 2 % Slliolun und 1 % bis 6,5 % Kobalt.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi der Gehalt an Kohlenstoff 0,45 £, an Mangan 1,25 %· an Silicium 0,75 %· en Nickel 48 Ji, an Chrom 27 ^, an Wolfram 5 % und an Kobalt 3 % beträgt.

3. Verwendung einer Legierung mit 0,35 % ^bis 0*75 % Kohlenstoff, wenigstens 0,2 % Mangan» bis am 2 % Silicium, 40 % bis 55 % Nickel, 22 % bis 33 % Chrom, 4 % bis 6 * Wolfram, 1 Ji bis 6,5 £ Kobalt, wobei der Best Elsen mit gewähnlichen Verunreinigungen In üblichen Mengen ISt₁In einem feuerfesten Gufimetallofenteil.

BAD ORiQlNAL 209809/0364