DE1758010A1

DE1758010A1 - Hochwarmfeste Legierungen mit Anteilen an Rhenium und Hafnium

Info

Publication number: DE1758010A1
Application number: DE19681758010
Authority: DE
Inventors: Dr Dietrich Merz; Dr Heinrich Winter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-03-20
Filing date: 1968-03-20
Publication date: 1970-12-10

Description

Das bekannte Verfahren der Ausscheidungshärtung hat sich in einzelnen Fällen auch für die Herstellung warmfester Werkstoffe als geeignet erwiesen. Als Beispiel kann man die sogenannten Superlegierungen auf Nickelbasis nennen, deren hohe Festigkeit auch bei hohen Temperaturen durch die Ausscheidung der gamma -Phase Nitief3 (Al, Ti) erzielt wird.

Die durch diese Phase ausgehärteten Legierungen beherrschen heute weitgehend das Feld der hochwarmfesten Werkstoffe, z.B. in Düsentriebwerken. Oberhalb von ca. 1050°C aber haben diese Legierungen keine ausreichende Festigkeit mehr - da die gamma-Phase in Lösung geht -, und man muß auf dispersionsgehärtete Werkstoffe vom Typ TD-Nickel zurückgreifen, die allerdings relativ teuer und im unteren Temperaturbereich weniger fest sind.

Es wurde nun gefunden, dass man brauchbare Warmfestigkeitswerte von Superlegierungen, die auf dem Schmelzwege, also unter Vermeidung von kostspieligen pulvermetallurgischen Arbeitsverfahren hergestellt wurden, auch oberhalb von etwa 1050°C erhält, wenn sie erfindungsgemäß Re und Hf im Gewichtsverhältnis von etwa 1,7 : 1 bis 2,5 : 1 enthalten.

Auf diese Weise scheidet sich nach dem Erstarren der Legierung neben der erwähnten gamma-Phase zusätzlich die Phase Retief2Hf in der Matrixe aus, die bis zu Temperaturen von etwa 1200°C und darüber beständig ist.

Die auf der Phase Retief2Hf beruhende Aushärtung beschränkt sich nicht auf Legierungen auf Nickelbasis sondern es kommen als Basismetalle auch Platinmetalle, Metalle der Gruppe IVa und VIa des periodischen Systems, sowie neben den Metallen der Eisengruppe auch Cu, Ag und Au in Frage. In Superlegierungen auf Nickelbais mit Anteilen (in Gew.-%) von 3 bis 15 Cr, 1 bis 7 Al, bis zu 18 Co bis zu 5 Mn, bis zu 5 Ti, bis zu 2 Zr, bis zu 12 Mo, bis zu 15 W, bis zu 3 V, bis zu 5 Nb, bis zu 15 Ta, bis zu 3 Y und/oder seltene Erden, bis zu 1 C, bis zu 1 Si, bis zu 0,5 B, bewirken kombinierte Zusätze von Re und Hf im Gewichtsverhältnis von etwa 2 : 1 und einem Gesamtgewicht besonders zwischen 1 und 5 Gew.-% die Ausscheidung von feinsten Retief2Hf-Teilchen; damit wird eine wesentliche Steigerung der Festigkeit, insbesondere der Zeitstandfestigkeit über die Lösungstemperatur der aushärtenden Phasen etwa vom Typ gamma hinaus, also über 1050°C, bis zu Temperaturen von etwa 1200°C, erzielt.

Die erfindungsgemäße Legierung mit (in Gew.-% 7 Cr, 5 Al, 7 Co, 1 Ti, 0,2 Zr, 4 Mo, 3 W, 1 V, 1,5 Nb, 7 Ta und 0,10 C, 0,005 B, Rest Ni, weist im Gusszustand bei 1150°C eine 100-h-Zeitstandfestigkeit von etwa 5 kp/mmhoch2 auf. Sie lässt sich durch einen kombinierten Zusatz von 2 Gew.-% Re und 1 Gew.-% Hf auf Kosten von Ni auf einen Wert von etwa 10 kp/mmhoch2 steigern.

Ähnliche Erfolge konnten mit kombinierten Zusätzen von Re und Hf auch an Superlegierungen auf Kobaltbasis erzielt werden.

In Legierungen auf Titanbasis bewährt sich gleichfalls ein kombinierter Zusatz von Re + Hf; so konnten die Duktilität bei Raumtemperatur und die Zeitstandfestigkeit bei 800°C der Legierung Ti-15-5Al-18Nb durch einen kombinierten Zusatz von (in Gew.-%) 3 Re und 1,5 Hf wesentlich verbessert werden. Bei einer Belastung von 7 kp/mmhoch2 betrug die Dehnung im 100-h-Versuch bei 800°C nur 0,05 %.

Ähnliche Effekte wurden in Legierungen auf Niobbasis erzielt, wie bereits in der Patentanmeldung B 96 220 Vla/40b für die Legierung Nb 20 Ta 12 W 0,36 Y 7Re 3Hf ausführlich dargelegt wurde. Legierungen dieser Art können erstmals bei Temperaturen um 1500°C als Material für Turbinenschaufeln dienen.

Ein starker Anstieg der Warmfestigkeits-, insbesondere aber der Zeitstandswerte, wurde in Tantallegierungen erreicht; so wurde in der erfindungsgemäßen Legierung (Angaben in Gew.-%) Ta 15Nb 0,1 Zr durch einen kombinierten

Zusatz von 5 Re und 2,5 Hf die Zeitstandfestigkeit im Temperaturbereich von 1200°C bis 1700°C um ein Mehrfaches gesteigert.

Legierungen auf Molybdän- und Wolframbasis können gleichfalls mit großem Vorteil durch kombinierte Zusätze von Re und Hf in ihrer Zeitstandfestigkeit verbessert werden. Das Gewichtsverhältnis Re : Hf muß möglichst etwa 2 : 1 und der gesamte Zusatz möglichst zwischen 1 und 12 Gew.-% betragen. Das gleiche gilt für Legierungen auf der Basis von Zirkon, Chrom, Vanadium, Gold, Kupfer und Platinmetallen.

Claims

1. Durch Hochtemperaturaushärtung warm- und kriechfeste Legierungen auf der Basis von Ni, Co, Ti, Zr, V, Ta, Cr, Mo oder W sowie Cu, Au oder den Platinmetallen, dadurch gekennzeichnet, dass sie Re und Hf in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1,7 : 1 und 2,5 : 1 in einer Gesamtmenge von 1 bis 12 Gew.-% enthalten.

2. Legierungen auf Nickelbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) 3 bis 15 Cr, 1 bis 7 Al, bis zu 18 Co+Mn+Fe, bis zu 5 Ti, bis zu 2 Zr, bis zu 12 Mo, bis zu 15 W, bis zu 3 V, bis zu 7 Nb, bis zu 15 Ta, bis zu 2 Y und/oder Seltene Erden, bis zu 2 C, bis zu 1 Si und/oder bis zu 0,5 B enthalten.

3. Legierungen auf Kobaltbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 35 Cr, bis zu 5 Al, bis zu 30 Ni+Mn+Fe, bis zu 5 Ti, bis zu 2 Zr, bis zu 12 Mo, bis zu 25 W, bis zu 3 V, bis zu 7 Nb, bis zu 25 Ta, bis zu 2 Y und/oder Seltene Erden, bis zu 2 C, bis zu 1 Si und/oder bis zu 0,5 B, enthalten.

4. Legierungen auf Titanbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 25 Al, bis zu 25 Zr, bis zu 12 V, bis zu 30 Nb, bis zu 12 Ta, bis zu 7 Cr, bis zu 12 Mo, bis zu 15 W, bis zu 15 Sn, bis zu 45 Ni, bis zu 17 Co, bis zu 7 Fe, bis zu 5 Mn, bis zu 5 Cu, bis zu 2 Y und oder Seltene Erden und/oder bis zu 2 C+B+Si enthalten.

5. Legierungen auf Zirkonbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 20 Al, bis zu
<NichtLesbar>
bis zu 12 V, bis zu 30 Nb, bis zu 12 Ta, bis zu 7 Cr, bis zu 12 Mo, bis zu 15 W, bis zu 15 Sn, bis zu 25 Ni+Co+Fe+Mn, bis zu 7 Cu, bis zu 2 Y und/oder Seltene Erden und/oder bis zu 2 C+B+Si enthalten.

6. Legierungen auf Vanadiumbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 49 Nb, bis zu 49 Ta, bis zu 25 Ti, bis zu 25 Zr, bis zu 25 Cr bis zu 25 Mo bis zu 20 WQ bis zu 30 Fe+Co+Ni+Mn, bis zu 15 Al, bis zu 12 Sn, bis zu 2 Y und/oder Seltene Erden und/oder bis zu 2 C+B+Si enthalten.

7. Legierungen auf Tantalbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 25 Mo, bis zu 35 W, bis zu 49 Nb, bis zu 15 Ti, bis zu 5 Zr, bis zu 10 V, bis zu 3 Al, bis zu 2 Y und/oder Seltene Erden, bis zu 12 Fe+Co+Ni und/oder bis zu 3 Si+B+C+N enthalten.

8. Legierungen auf Chrombasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 45 Fe, bis zu 45 Co, bis zu 45 Ni, bis zu 25 V+Nb+Ta, bis zu 15 Ti+Zr, bis zu 25 Mo+W, bis zu 5 Y und Seltene Erden und/oder bis zu 2 C+B+Si+N, enthalten.

9. Legierungen auf Kupferbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 7 Cr, bis zu 5 V, bis zu 7 Ti, bis zu 7 Zr, bis zu 3 Be, bis zu 30 Fe+Co+Ni, bis zu 3 Si, bis zu 2 B, bis zu 1 N, und/oder bis zu 1 C enthalten.

10. Legierungen auf Molybdänbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 45 Ta, bis zu 35 W, bis zu 45 Nb, bis zu 12 Ti, bis zu 7 Zr, bis zu 10 V, bis zu 2 Al, bis zu 12 Fe+Co+Ni, bis zu 3 Si+B+C+N, bis zu 2 Y und/oder Seltene Erden enthalten.

11. Legierungen auf Wolframbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie (in Gew.-%) bis zu 35 Mo, bis zu 15 Cr, bis zu 5 V, bis zu 45 Nb, bis zu 45 Ta, bis zu 5 Zr, bis zu 5 Ti, bis zu 25 Fe+Co+Ni, bis zu 3 Y und/oder Seltene Erden, bis zu 5 Th und/oder bis zu 3 C+B+Si enthalten.

12. Legierungen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Verformung unterhalb der Erholungs- oder Rekristallisationstemperatur, auch oberhalb der Erholungstemperatur erhöhte Festigkeitseigenschaften insbesondere verbesserte Kriechfestigkeit, aufweisen.