DE1758721C - Nickel Chrom Legierung Ausscheidung aus 1295851 - Google Patents
Nickel Chrom Legierung Ausscheidung aus 1295851Info
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Description
ι 2
Die Erfindung betrifft eine Nickel-Chrom-Legie- Der Zusatz von Wolfram, Molybdän und Eisen
rung mit einem Hauptanteil an Nickel, einem erheb- hat den Zweck, die Legierung so nahe wie möglich
liehen Anteil an Chrom und einer Anzahl von zu- an das Eutektikum zu verschieben, ohne dabei die
sätzlichen Bestandteilen. Die Legierung nach der Er- Bildung einer merkbaren Menge von Chromkarbiden
findung hat besondere Bedeutung zur Herstellung 5 zur Folge haben. Es werden nämlich Eisenkarbide,
von Geräten für die Glasfaserherstellung, ζ. B. für Molybdänkarbide und Wolframkarbide bevorzugt
Zentrifugen. vor den Chromkarbiden gebildet. Jedoch werden die Durch das schweizerische Patent 284 504 bzw. den ersteren nicht in derselben Art und Weise durch das
im »Chemischen Zentralblatt«, 1954, S. 2486, hier- geschmolzene Glas angegriffen wie Chromkarbide,
über erschienenen Bericht ist eine Klasse von Legie- io Der Zusatz von Tantal soll weiterhin die Bildung von
rungen obiger Art bekanntgeworden, aus denen ther- Chromkarbiden unterdrücken. Jedoch hat sich hermisch
und mechanisch hoch beanspruchte Teile, ζ. B. ausgestellt, daß die Anwendung von mehr als 3%
Turbinenschaufeln, hergestellt werden können. Dabei Tantal schädlich ist. Wolfram-, Eisen- oder Molybsind
aber nur ganz grobe Grenzen für ganze Gruppen dänkarbide s<nd außerdem für eine hohe mechanische
von Bestandteilen angegeben worden, innerhalb 15 Festigkeit notwendig. Ferner ist der gen:.u ausgederen
noch eine unübersehbare Fülle von Möglich- wogene Gehalt von Kohlenstoff wichtig. Wenn nämkeiten
verbleibt. Hch mehr als 0,35 0Zo Kohlenstoff benutzt werden,
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, kann der Zusatz von Tantal die Bildung von Chromeine
Legierung zu schaffen, die sich vor allem für karbiden an der Kornstrukturgrenze nicht verhindern.
Geräte zur Glasfaserherstellung gut eignet. Es hat so Wird wiederum weniger als 0,1 °/o Kohlenstoff besieh
nämlich herausgestellt, daß ihre Widerstands- nutzt, können sich die Karbide von Wolfram, Eisen
fähigkeit gegenüber bestimmten Stoffen sich durch- und Molybdän nicht bilden, und das Material verliert
aus unterschiedlich zur allgemeinen Widerstands- seine Festigkeit.
fähigkeit gegenüber Oxydation verhält. Eine Chrom- Glasfasern können nach dem sogenannten Dreh-Nickel-Legieruno,
dio an sich gegen Oxydation sehr 95 oder Zentrifugalverfahren hergestellt werden. Bei
widerstandsfähig ist, braucht keineswegs notwen- dem Zentrifugalverfahren wird ein geschmolzener
digerweise ebenso widerstandsfähig gegenüber ge- Glasstrom bei einer Temperatur oberhalb der
schmolzenem Glas zu sein. Das liegt wohl daran, daß Schmelztemperatur in eine sich drehende Zentrifuge
der Angriff von geschmolzenem Glas in erster Linie eingeführt. Diese hat Umfangsöffnungen, durch die
durch deu Niederschlag von Chromkarbiden an den 30 das geschmolzene Glas in kleinen Strömen durch die
Korngrenzen erfolgt. Offensichtlich werden diese Fliehkraft herausgedrückt wird. Dis Glasströme
Chromkarbide durch Sauerstoff in Chromoxyde um- werden dann üblicherweise noch zu feinen Fasern gegewandelt,
und die letzteren werden durch das ge- schwächt. Wirtschaftlich und praktisch brauchbare
schmolzene Glas sehr leicht ausgeschwemmt, so daß Leistungen können jedoch nur erzielt werden, wenn
in diesem Zustand die Legierung dem geschmolzenen 35 mehrere tausend solcher Öffnungen in der Zentrifuge
Glas keinen ausreichenden Widerstand leisten kann. vorhanden sind und nur dann, wenn die Zentrifuge
Es hat sich weiter herausgestellt, daß nur ein genauer mit mindestens mehreren tausend Umdrehungen pro
Chromgehalt in Lösung im Nickel die Widerstands- Minute rotiert. Eine solche Einrichtung wird bei
fähigkeit der Gießform gegenüber dem Glas ver- einer Temperatur von mindestens 1093° C betrieben,
bessert. Um dieses Problem zu lösen, wird ein emp- 40 Die Legierung gemäß der Erfindung ist nun befindliches
Gleichgewicht des Chromgehaltes vorge- sonders vorteilhaft für diese Form von Zentrifugen
schlagen. Der letztere soll so hoch wie möglich sein, anwendbar, und sie kann ferner ganz allgemein in
ohne jedoch die merkbare Bildung von Chromkar- der Glasindustrie für zahlreiche Einrichtungen bebiden
an der Korngrenze zur Folge zu haben. Wenn nutzt werden, bei denen ein hoher Widerstand so-
t B. der Chromgehalt den angegebenen Wert von 45 wohl gegenüber geschmolzenem Glar als auch gegen-37°'o
überschreitet, ist es nicht mehr länger möglich, über Luft, ein geringes Materialwandern und eine
die Ausscheidung von Chromkarbiden zu verhindern, hohe Belastungsfähigkeit bei hohen Temperaturen
und der geschilderte Angriff des geschmolzenen Glases erforderlich sind.
findet ungehindert statt. Wird andererseits die untere Die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Legierung
Grenzevon 33° »Chrom unterschritten, so hat die Gieß- 50 besteht also aus 33 bis 37°'oChrom, 3 bis 3,5%
form nicht mehr die nötige Widerstandsfähigkeit. Wolfram, 2 bis 10°/o Eisen, 1 bis 3°/eTantal. 0,1 bis
Die Erfindung löst die eingangs gestellte Aufgabe 0,35"Vo Kohlenstoff, 3 bis 3,5°/o Molybdän und im
mit einer Nickel-Chrom-Legierung, bestehend aus 33 übrigen aus Nickel mit den üblichen herstellungs-
bis 37·'«Chrom, 3 bis 3.5° 0 Wolfram. 2 bis 10° 0 bedingten Verunreinigungen. Es sei hier ausdrück-
Eiscn, I bis 3"/· Tantal, 0,1 bis 0,35 °,o Kohlenstoff, ss lieh bemerkt, daß, sofern dies nicht anders angegeben
3 bis 3,5 «/ο Molybdän und den Rest Nickel mit üb- ist, alle Prozentzahlen, wie sie hier angegeben sind
liehen herstellungsbedingten Verunreinigungen. und auch in den Ansprüchen erscheinen, Gewichts-
Weiicrc vorteilhafte Zusätze und Ausgestaltungen prozente sind. Um das Gießen der Legierung zu erder
Erfindung können den Unteransprüchen entnom- leichtern, können nach einem weiteren Erfindungsmen
werden. 60 merkmal bis zu 5 Vo Silizium und/oder bis zu 5°/o
Diese Legierung hat den Vorteil einer hohen Mangan zusätzlich verwendet werden. Vorzugsweise
Widerstandsfähigkeit vor allem gegenüber dem gc- weist die Legierung zusätzlich zwischen 0,5 und
schmolzcnen Glas. Dabei hat die Verwendung von 1,5% Silizium auf. Wenn die Legierung Silizium in
Tuntal als Legierungsbestandteil den besonderen dt/ angegebenen Menge und ferner eine Menge von
Vorzug, daß Tantal eine willkürliche nichtsphärischc (Sj Mangan enthält, so sollen beide in einem Verhältnis
Karbidkonfiguration ergibt im Gegensatz zu der be- zueinander stehen, das dem molaren Verhältnis von
kunnten Verwendung von Niob, dessen Karbide viel Silizium zu Mangan von 3:1 bis 6:1 entspricht,
schnuller dazu neigen, sphärisch zu werden. Sehr geringe Mengen von anderen Elementen, wie
beispielsweise Bor, Vanadium, Aluminium, Titan, können die Eigenschaften der Legierung noch verbessern.
Die Nickelbasislegierung gemäß der Erfindung hat z. B. eine Zusammensetzung, wie sie in der folgenden
Tabelle angegeben ist.
Kohlenstoff
Silizium
Mangan
0,25 1,25
Zusammensetzung
Ni
Cr
W .
Fe
C .
Si .
Mn
Mo
Ta
Cr
W .
Fe
C .
Si .
Mn
Mo
Ta
Menge in Gewichtsprozent breiter Bereich
45 | bis | 55 |
33 | bis | 37 |
3 | bis | 3,5 |
2 | bis | 10 |
O, | Ibis | 0,35 |
0 | bis | 5 |
0 | bis | 5 |
3 | bis | 3,5 |
1 | bis | 5 |
Die Legierung gemäß der Erfindung kann nach den üblichen und bekannten Schmelzverfahren für
Nickelbasislegierungen hei gestallt werden aus Bestandteilen in einem möglichst reinen Zustand, um
Verschmutzungen auszuschließen und die endgültige Legierungszusammensetzung sorgfältig zu steuern.
Zweckmäßig werden die meisten Bestandteile in der Form von relativ reinen Metallen hinzugefügt, obgleich
auch Verbindungen o_!er Hauptlegierungen,
wie beispielsweise Ferrochrom, Ferromangan, Ferrosilizium
u. dgl. verwendet Wvfden können. Der Schmelzprozeß kann in einem neutralen Tiegel unter
einer Argonatmosphäre vor sich gehen, jedoch kann die Charge in geschmolzenem Zustand auch durch
Schlacke bekannter Art abgedeckt und geschützt werden. Andere und zusätzliche Bestandteile, wie
beispielsweise zusätzliche Chargen von Chrom, Mangan, Silizium, Wolfram, Molybdän, T?ntal
u. dgl. können bei Schmelztemperaturen oberhalb von 1480 bis 1540° C zugefügt werden. Gegebenenfalls
können diese Elemente auch mit der ursprünglichen Charge von Chrom und Nickel zugefügt werden. Die
Erwärmung wird dann fortgesetzt, und im allgemeinen erfolgt der Schmelzvorgang zwischen ungefähr
1555 und 1648° C, wenn der Guß erfolgt. Ferner kann ein geeignetes Spül- oder Verflüssigungsmittel
noch kurz vor dem Gießen hinzugefügt werden, um so der Schmelze die Fließbarkeit zu verleihen.
Aus dieser Legierung können nun z. B. Hauben, Zeiitrifugengehäuse oder -trommeln, Buchsen, Düsenträgergestelle
od. dgl. hergestellt werden. Die gegossene Legierung kann geschweißt und spanabhebend
bearbeitet werden.
Betspiel I
Nach dem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren wurde nun ein spezielles Ausführungsbeispiel
der Legierung nach einem weiteren Merkmal hergestellt. Sie bestand aus den folgenden Teilen:
Nickel 52
Chrom 34,3
Eisen 5
Wolfram 3
Molybdän 3
Tantal 1
Aus dieser Legierung wurden Hauben bzw. Trommeln für Vorrichtungen zur Herstellung von Glasfasern
im Zentrifugalverfahren gegossen und bearbeitet. Diese Trommeln hatten einen durchschnittlichen
äußeren Durchmesser von ungefähr 203 mm,
ίο und sie hatten mehrere tausend kleine öffnungen in
der im wesentlichen zylindrischen äußeren Umfangswand, die ungefähr 32 mm hoch und 3,2 bis 6,4 mm
breit war. Sie wurde von einer oberen konischen Wand gehalten, die sich nach innen bis zur Befesti-
XS gung an einer sich drehenden Hohlwelle einer Faserbildungsvorrichtung
erstreckt. Diese Gefäße hatten im Durchschnitt eine Lebensdauer von 107 Stunden.
Zum Vergleich wurden die gleichen Gefäße für die gleiche Vorrichtung aus der nachstehend angegebenen
ao üblichen Legierung C hergestellt. Sie hatten dann nur
eine durchschnittliche Lebensdauer von ungefähr 90 Stunden. Die Legierung C hatte folgende Bestandteile:
Nickel 62,45%
a5 Chrom 26,6%
Wolfram 5,55%
Eisen 3,3%
Kohlenstoff 0,25%
Silizium 1,25%
Mangan 1.1%
Die Legierung gemäß Beispiel I hatte beim Eintauchen in geschmolzenes Glas bei einer Temperatur
von 1204° C nach 2 Stunden einen Gewichtsverlust von 9,3%. Vergleichsweise hatte eine gegossene
Stange der Legierung C einen Gewichtsverlust von 0,7%.
Ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Legierung
wurde mit den folgenden Gewichtsprozenten hergestellt:
Nickel 48
Chrom 35
Eisen 8,25
Wolfram 3
Molybdän 3
Tantal 1
Kohlenstoff 0,25
Silizium 1,25
Mangan 0,25
Diese Legierung hatte einen geringeren Gewichtsverlust infolge Korrosion in bezug auf geschmolzenes
Glas und zusätzlich eine wesentlich verbesserte Bruchlebensdauer im Vergleich zu der üblichen Legierung
C.
Im allgemeinen ist ein solch hoher Chrom-Nickel-
und Molybdängehalt erforderlich, um den notwen-
digen Korrosionswiderstand zu erzeugen. Das Eisen in der Zusammensetzung scheint die Festigkeit zu erhöhen.
Chrom, Wolfram, Tantal und Eisen bilden Karbide, die beim Ausfällen die Festigkeit ergeben.
Ein Teil des Wolframs, des Tantals und des F.isens muß im Gefiige verbleiben. Mindestens 0,1% Kohlenstoff
ist notwendig, um die Karbide zu bilden. Bei mehr als 0,35«/0 Kohlenstoff ergibt sich ein zu großer
Verlust an Dehnbarkeit, und es ergeben sich dann
1 758 72!
Schäden in dem Rotationsgefäß, Tantal ergibt die bevorzugte,
willkürliche, nichtsphärische Karbidkonfiguration. Silizium bzw, Mangan sind für die Festigkeit
oder den Korrosionswiderstand nicht oder nur dann erforderlich, wenn das Metall gegossen werden
soll. Für gule Gießeigenschaften sollte — falls beide verwendet werden — das molare Verhältnis von
Silizium und Mangan mindestens 3:1 und nicht mehr als 6:1, vorzugsweise ungefähr 5:1, sein.
Die Herstellung und Auswertung einer Anzahl von experimentiel! hergestellten Legierungen, die mehr
oder weniger der verschiedenen Legierungsbestandteile aufwiesen, Ιιεί ergeben, daß die mit der Erfindung
angegebenen, begenztcn und ausgeglichenen Mengen notwendig sind, um die überragende Lebensdauer
und die ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit gegenüber Glas zu erzielen. Metallographische
Studien und Mikrogefügeanalysen der erfindungsgemäßen
Legierung unterstützen diesen Schluß.
Im allgemeinen hat diese Legierung eine den- *o
dritische Struktur von komplexen K&ibiden in einem austenitischen Gefüge aus Nickel, Chrom, Eisen und
Wolfram. Beim optimalen Kohlenstoffgehalt der Legierung von ungefähr 0,25% hat das Mikrogefüge
eine gleichmäßige, beliebige feine und nichtsphärische »5
Karbidausfällung, die gleichmäßig verteilt ist. Im Gegensatz hierzu wurden massive Primärkarbide und
lange fortlaufende, nadeiförmige Karbidteilchen in Legierungen mit höherem Kohlenstoffgehalt gefunden.
Bei geringeren Kohlenstoffgehalten ist das. ausgefällte Karbidgefüge feiner und weniger gleichmäßig
verteilt. Aus dem Studium der Mikiogefüge von Legierungen mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten hat
sich ergeben, daß der angegebene Kohlenstoffgehalt in einer optimalen Menge von karbidbildenden
Elementen wie Eisen, Chrom und Wolfram erhalten bleiben muß, um die mechanische Festigkeit und den
ausnahi. ssweise hohen Korrosionswiderstand bei hohen Temperaturen zu erzielen. Die Gegenwart von
Karbiden in dem Gefüge verstärkt die Legierung in einer Art. wie dies bei der Dispersionshärtung der
Fall ist. Ein optimaler Korrosionswiderstand gegenüber geschmolzenem Glas wird bei dem angegebenen
Kohlenstoffgehalt von ungefähr 0,25 °/o erzielt. Das Gefügematerial schützt sich selbst in bezug auf Luftoxydierung
und ist relativ undurchlässig gegen den Angriff von Glas. Wenn sich jedoch massive Karbide
bis zur Oberfläche erstrecken, so ergibt sich eine vollständige Desintegration solcher Karbide als Folge
der Glaskorrosion. Wenn derartige massive Karbide eine kontinuierliche Struktur um die Gefügekörner
bilden, so kann dieses Korn durch Korrosion der Karbide isoliert werden, und dieses Korn ist dann
einem raschen Erosions- und Korrosionsangriff von allen Seiten ausgesetzt.
Claims (7)
1. Nickel-Chrom-Legierung, bestehend aus 33 bis 37% Chrom, 3 bis 3,5% Wolfram, 2 bis 10%
Eisen, 1 bis 3% Tantal, 0,1 bis 0,35% Kohlenstoff, 3 bis 3,5% Molybdän und den Rest Nickel
mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung in an sich bekannter
Weise zusätzlich bis zu 5% Silizium enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung in an
sich bekannter Weise zusätzlich bis zu 5% Mangan enthält.
4. Legierung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Silizium und Mangan im
molaren Verhältnis von ungefähr 3:1 bis 6:1 enthalten sind.
5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus 52% Nickel,
34,3% Chrom, 5% Eisen, 3% Wolfram, 3% Molybdän, 1% Tantal, 0,25% Kohlenstoff,
1,25% Silizium und 0,2% Mangan.
6. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus 48% Nickel,
35% Chrom, 8,25% Eisen, 3% Wolfram, 3% Molybdän, 1% Tantal, 0,25% Kohlenstoff, 1,25% Silizium und 0,25% Mangan.
7. Verwendung einer Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 als Werkstoff
für thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Geräte zur Glasfaserherstellung, wie
z. B. Zentrifugen.
Family
ID=
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