DE1802947A1

DE1802947A1 - Nickel based alloy

Info

Publication number: DE1802947A1
Application number: DE19681802947
Authority: DE
Inventors: Boesch William Joseph
Original assignee: Special Metals Corp
Current assignee: Special Metals Corp
Priority date: 1967-10-16
Filing date: 1968-10-14
Publication date: 1969-06-26
Also published as: GB1196714A; FR1596607A; CA921733A; SE342260B

Description

Legierung auf der Grundlage von Nickel. Nickel-based alloy.

Die vorliegende Erfindung betrifft Legierungen, insbesondere Legierungen auf der Grundlage von Nickel vorzugsweise für die Verwendung bei hohen Temperaturen, welche eine optimale Kombination an Korrosionsfestigkeit in der Hitze, Bruchfestigkeit (strength), Ktechfestigkeit und Phasenstabilität aufweisen.The present invention relates to alloys, particularly alloys based on nickel preferably for use at high temperatures, which is an optimal combination of corrosion resistance in the heat, breaking strength (strength), Ktechfastness and phase stability.

Bekanntlich besitzen Nickellegierungen eine Beständigkeit gegenüber Korrosion bei hohen Temperaturen, oder aber Bruchfestigkeit bei hohen Temperaturen oder aber Kriechfestigkeit und unter einigen Legierungen kann auch eine spezielle sein, die neben einer der oben angegebenen Eigenschaften auch gleichfalls gute Phasenstabilität bei langzeitigem Erhitzen auf hohe Tempera turen zeigt. Jedoch gibt es bisher keine einzige Legierung mit einer optimalen Kombination an Korrosionsfestigkeit in der Hitze, Bruchfestigkeit, Kriechfestigkeit und Phasenbeständigkeit.It is known that nickel alloys are resistant to Corrosion at high temperatures, or breaking strength at high temperatures or else creep resistance and among some alloys can also be a special one be which, in addition to one of the properties given above, also have good phase stability with long-term heating to high tempera doors shows. However there So far there has not been a single alloy with an optimal combination of corrosion resistance in the heat, breaking strength, creep resistance and phase resistance.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Legierung mit dieser optimalen Kombination an Eigenschaften, die wirtschaftlich hergestellt werden kann.The object of the invention is therefore to create an alloy with this optimal combination of properties that can be produced economically can.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer wirtschaftlich herstellbaren Legierung mit optimaler Kombination der genannten Eigenschaften, wenn während längeren Zeitdauerns die Einwirkung schwerer Belastung bei erhöhten Temperaturen erfolgt.Another object of the invention is to provide a economically producible alloy with an optimal combination of the properties mentioned, if for longer periods of time the exposure to heavy loads at increased Temperatures takes place.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen Fig. 1 eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Schwefelungserosionsversuchen mit einer erfindungsgemäßen Legierung im Vergleich zu zwei handelsüblichen Legierungen und Fig. 2 eine Strichdarstellung der Ergeirisse von Schwefelun6S-erosionsversuchen mit einer erfindungsgemäßen Legierung im Vergleich zu 5 handelsüblichen Be- Legierungen.In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawings, namely, Figure 1 is a graphical representation of the results of sulfur erosion tests with an alloy according to the invention compared to two commercially available alloys and FIG. 2 shows a line representation of the results of sulfur erosion tests with an alloy according to the invention compared to 5 commercially available Alloys.

Gegenstand der Erfindung ist eine Legierung einer Zusammensetzung zwischen etwa 12 und etwa 20 Gew.-% Chrom, etwa 10 und etwa 20 Get.-% Kobalt, etwa 1,5 und etwa 7 Gew.-% Titan, etwa 1,5 und etwa 4 Bew.-% Aluminium, etwa 2 und etwa 4 Gew.-% Molybdän, etwa 0,05 und etwa 3 Gew.-% Wolfram, etwa 0,02 und etwa 0,15 Gew.-% Kohlenstoff und etwa 0,005 und etwa 0,03 Gew.-% Bor, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel mit zufälligen Verunreinigungen besteht.The invention relates to an alloy of a composition between about 12 and about 20 wt% chromium, about 10 and about 20 wt% cobalt, about 1.5 and about 7 wt .-% titanium, about 1.5 and about 4 wt .-% aluminum, about 2 and about 4 wt% molybdenum, about 0.05 and about 3 wt% tungsten, about 0.02 and about 0.15 Wt% carbon and about 0.005 and about 0.03 wt% boron with the remainder essentially consists of nickel with incidental impurities.

Außer den oben aufgeführten Elementen kann die Legierung noch bis zu etwa 0,75 Gew.-% Mangan und/oder bis zu etwa 0X2 Gew.-% Yttrium oder eine der seltenen Erden, vorzugsweise Cer oder Lanthan enthalten.In addition to the elements listed above, the alloy can also contain up to to about 0.75% by weight manganese and / or up to about 0X2% by weight yttrium, or one of the contain rare earths, preferably cerium or lanthanum.

Der Titangehalt ist erfindungsgemäß auf eine Menge zwischen etwa 1,5 und 7 % und der Aluminiumgehalt auf eine Menge zwischen etwa 1,5 und 4 % beschränkt. Es wird bevorzugt nicht nur die angegebenen Grenzwerte für Titan und Aluminium sondern auch einen Gesamtgehalt von Titan plus Aluminium von etwa 6 bis 9,5 % und ein Verhältnis von Titan zu Aluminium von etwa 1 : 1 bis 4 t 1 einzuhalten.According to the invention, the titanium content is set to an amount between approximately 1.5 and 7% and the aluminum content limited to an amount between about 1.5 and 4%. It is preferred not only to the specified limit values for titanium and aluminum but also a total titanium plus aluminum content of about 6 to 9.5% and a ratio from titanium to aluminum of about 1: 1 to 4 t 1 must be adhered to.

Der Gehalt an Titan und Aluminium kann in verschiedener Hinsicht wichtig sein. Es zeigt sich, daß bei steigendem Verhältnis von Titan zu Aluminium und/oder bei anwachsendem Gehalt an Titan plus Aluminium die Bruchfestigkeit der Legierung bis zu einem Prozentgehalt dieser Elemente anwächst, bei dem schädliche Titan- oder Aluminium enthaltede Phasen in Form massiver oder eutektischer Gammaprimärphasen (Gamma primer oder Etaphasen bei der Anfangswärmebehandlung entstehen. Die Bildung eutektischer Gammaprimärphasen wird verstärkt, wenn der Aluminiumgehalt hoch ist und weiterhin ein hoher Gesamtgehalt an Titan plus Aluminium besteht. Die Bildung von Etaphasen wird verstärkt, wenn der Titangehalt hoch ist und weiterhin ein hoher Gesamtgehalt an Titan plus Aluminium besteht. Es ist dann offensichtlich notwendig, das Verhältnis von Titan zu Aluminium sowie den Gesamtgehalt an Titan plus Aluminium auf denjenigen Bereich einzuschränken, bei dem die maximale Wirkung von Titan und Aluminium hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften erreicht -wird, der jedoch außerhalb des Bereiches liegt, in dem schädliche Titan oder Aluminium enthaltende Phasen während der Verfestigung oder bei der Anfangewärmebehandlung entstehen.The content of titanium and aluminum can be important in several ways be. It is found that with an increasing ratio of titanium to aluminum and / or with an increasing content of titanium plus aluminum, the breaking strength of the alloy up to a percentage of these elements increases in which harmful titanium or Aluminum-containing phases in the form of massive or eutectic gamma primary phases (Gamma primer or etaphases arise during the initial heat treatment. The formation Eutectic gamma primary phases are enhanced when the aluminum content is high and there is still a high total titanium plus aluminum content. The education Etaphases are amplified when the titanium content is high and continues to be high Total titanium plus aluminum content. It is then obviously necessary the ratio of titanium to aluminum and the total content of titanium plus aluminum to the area where the maximum effect of titanium and Aluminum in terms of strength properties is achieved, but outside of it of the range in which harmful titanium or aluminum-containing phases during solidification or initial heat treatment.

Der Titan- und Aluminiumgehalt beeinflußt auch die Bildung schädlicher Phasen, wie diese oder /u-Phasen, nach längerer Einwirkung erhöhter Temperaturen. Die Bildung dieser Phasen wird verstärkt, wenn der Gehalt an Titan plus Aluminium in einer stark chromhaltigen Legierung hoch ist.The titanium and aluminum content also affects the formation of harmful substances Phases like these or / u phases, after prolonged exposure to increased Temperatures. The formation of these phases is intensified when the titanium content plus aluminum is high in an alloy with a high chromium content.

Daher sollte der Gehalt an Titan und Aluminium so eingeschränkt werden, damit auch nach längerer Einwirkung erhöhter Temperaturen die Bildung dieser Phasen sowie die Bildung der eutektischen Gammaprimär- und Etaphase während der Verfestigung oder bei der Anfangswärmebehandlung vermieden werden.Therefore, the content of titanium and aluminum should be restricted in such a way that thus the formation of these phases even after prolonged exposure to elevated temperatures as well as the formation of the eutectic gamma primary and etaphase during solidification or avoided in the initial heat treatment.

Schließlich wird angenommen, daß der Titan- und Aluminiumgehalt eine direkte Wirkung auf die Sulfidierungsbeständigkeit derart ausübt, daß ein hoher Aluminiumgehalt die Beständigkeit nachteilig beeinflußt, während das Titan diese verstärkt.Finally, it is believed that the titanium and aluminum content are one has a direct effect on the sulfidation resistance such that a high The aluminum content adversely affects the durability, while the titanium affects it reinforced.

Es wurde gefunden, daß die optimale Korrosionsfestigkeit in der Hitze, Bruchfestigkeit, Kriechfestigkeit und Phasen -beständigkeit vorzugsweise bei einem Verhältnis von Titan zu Aluminium von etwa 1,9 : 1 bis 2,5 s 1 und einem Gesamtgehalt an Titan plus Aluminium von etwa 7,5 bis 8,5 erhalten werden wenn andere Legierungselemente in ausgewählten Mengen vorliegen.It has been found that the optimal corrosion resistance in the heat, Breaking strength, creep resistance and phase resistance preferably in one Ratio of titanium to aluminum of about 1.9: 1 to 2.5 s 1 and a total content of titanium plus aluminum from about 7.5 to 8.5 are obtained when other alloying elements are available in selected quantities.

Der Chromgehalt der erfindungsgemäßen Legierung liegt im Bereich von etwa 12 bis 20 . Es wurde gefunden, daß bei steigendem Chromgehalt die Korrosionsfestigkeit der Legierung in der Hitze wächst,während sich die Bruchfestigkeit vermindert. Umgekehrt führt eine Verminderung des Chromgehaltes zu erhöhter Bruchfestigkeit und reduzierter Korrosionsfestigkeit in der Hitze. Veränderungen der Bruchfestigkeit hängen direkt von der Erhöhung oder Verminderung der Solvustemperatur der Gammaprimärphase in der Gammaphase ab, wenn der Chromgehalt vermindert bzw. erhöht wird. Ist eine gute Bruchfestigkeit sekundär gegenüber guter Korrosionsfestigkeit in der Hitze, so wird ein hoher Chromgehalt bevorzugt, während ein niedriger Chromgehalt im Falle einer Bevorzugung der Bruchfestigkeit gegenüber der Eorrosionsfestigkeitin der Hitze zweckmäßig ist. Die Legierung weist die optimale Bruchfestigkeit und Korrosionsfestigkeit in der Hitze bei dem bevorzugten Chromgehalt von etwa 15 bis etwa 18 % auf, wobei weitere Legierungselemente, insbesondere Wolfram in den hier angegebenen Mengen anwesend sind.The chromium content of the alloy according to the invention is in the range of about 12 to 20. It has been found that the higher the chromium content, the higher the corrosion resistance the alloy grows in the heat, while the breaking strength decreases. Vice versa A reduction in the chromium content leads to increased breaking strength and reduced Corrosion resistance in the heat. Changes in breaking strength are directly related from the increase or decrease in the solvus temperature of the gamma primary phase in the gamma phase decreases when the chromium content is reduced or increased. Is a good one Breaking strength secondary to good heat corrosion resistance, so will a high chromium content is preferred, while a low chromium content in the case of one Preferring break resistance to heat erosion resistance is appropriate is. The alloy exhibits the optimal breaking strength and corrosion resistance in the heat at the preferred chromium content of about 15 to about 18%, with others Alloying elements, in particular tungsten, are present in the amounts specified here are.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält einen Wolframgehalt von etwa 0,05 bis etwa 3,0 %. Es wurde gefunden, daß Wolfram innerhalb bestimmter Grenzen die Bruchfestigkeit der Legierung erhöht, ohne die Bildung schädlicher Phasen zu unterstützen.The alloy according to the invention contains a tungsten content of about 0.05 to about 3.0%. Tungsten has been found to be within certain limits the breaking strength of the alloy is increased without the formation of harmful phases support.

Daher wird auch durch Zugabe von Wolfram der Verlust an Bruchfestigkeit aufgrund einer Verminderung des Gehaltes an Titan und Aluminium oder einer Erhöhung des Chromgehaltes aufgewogen. Jedoch muß die Wolframzugabe genau geregelt werden, da dieses Element, wenn es in einer chromreichen Legierung in höheren Prozentgehalten vorliegt, die Bildung-der s'chadlichenbc/-oder Phasen begünstigt. Zie erfindungsgemäßen Legierungen besitzen optimale Eigenschaften bei einem Wolframgehalt im Bereich von etwa 1,5 bis 2,0 %.Therefore, the addition of tungsten also reduces the loss of breaking strength due to a decrease in the content of titanium and aluminum or an increase outweighed the chromium content. However, the addition of tungsten must be precisely regulated, because this element is in higher percentages when it is in a chromium-rich alloy exists that favors the formation of the harmful or phases. Ze invention Alloys have optimal properties with a tungsten content in the range of about 1.5 to 2.0%.

Der Kobaltgehalt der erfindungsgemäßen Legierungen liegt etwa im Bereich von etwa 10,0 bis 20,0 %. Ist eine gute Bruchfestigkeit die primäre Bedingung und liegen die übrigen Legierungselemente in Mengen, die dieser Bedingung entgegenkommen, so bewirkt der Kobaltgehalt eine steigende Erhöhung der Bruchfestigkeit, die dem in den angegebenen Grenzen vorliegenden Kobaltgehalt proportional ist. Andererseits scheint das Kobalt mit wachsendem Gehalt die Bruchfestigkeit zu vermindern, wenn die Korrosionsfestigkeit in der Hitze von ausschlaggebender Bedeutung ist, und die übrigen Legierungselemente in dazu günstigen Mengen vorliegen. Daher wird zur Erhaltung der optimalen Bruchfestigkeit, Korrosionsfestigkeit in der Hitze, Kriechfestigkeit und Phasenbeständigkeit das Kobalt vorzugsweise in Mengen von etwa 13,0 bis etwa 18,0 % verwendet. Erfindungsgemäß wird Bor in Mengen von etwa 0,005 bis etwa 0,03 % zwecks Verbesserung des Zeitstandverhaltens und Duktilität der Legierung verwendet. Die optimale Kombination an Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen, Bruchfestigkeit, Kriechfestigkeit und Phaßenbeständig-keit wurde bei einem Borgehalt von etwa 0,018 bis 0,022 % festgestellt.The cobalt content of the alloys according to the invention is approximately in the range from about 10.0 to 20.0%. Good breaking strength is the primary condition and if the remaining alloying elements are in quantities that meet this requirement, so the cobalt content causes an increasing increase in the breaking strength, which the cobalt content present in the specified limits is proportional. on the other hand the cobalt seems to decrease the breaking strength with increasing content, if Corrosion resistance in the heat is of paramount importance, and the other alloying elements are present in quantities that are favorable for this. Hence, it is used for conservation the optimal breaking strength, corrosion resistance in the heat, creep resistance and Phase stability the cobalt preferably in amounts of about 13.0 to about 18.0 % used. According to the invention, boron is used in amounts of about 0.005 to about 0.03% for the purpose Used to improve the creep behavior and ductility of the alloy. the optimal combination of corrosion resistance at high temperatures, breaking strength, Creep resistance and phase resistance were measured at a boron content of approximately 0.018 up to 0.022% found.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält etwa 2,0 bis etwa 4,0 % Molybdän, daß die Bruchfestigkeit und Bearbeitbarkeit der Legierung beeinflußt, Es zeigte sich bei einem niedrigeren Molybdängehalt als 1,5 % eine drastische Verminderung der Bruchfestigkeit der Legierung. Bei einem höheren Molybdängehalt als 6,0 % entstanden-ernsthafte Probleme hinsichtlich der Bearbeitbarkeit aufgrund nicht identifizierter Bestandteile, die an den Korrosionegrenzen auftraten. Ohne genaue Grenzwerte festlegen zu wollen ist festzustellen, daß Molybdänzugaben im etwa Bereich von 2,0 bis etwa 4,0 % zu verstärkter Bruchführt festigkeit und Verarbeitbarkeit der Legierung, und offenbar werden die optimalen Eigenschaften im Bereich von etwa 2,5 bis etwa 3,5 % Molybdän erhalten.The alloy according to the invention contains about 2.0 to about 4.0% molybdenum, that affects the breaking strength and machinability of the alloy, It showed If the molybdenum content is lower than 1.5%, there is a drastic reduction the breaking strength of the alloy. If the molybdenum content was higher than 6.0%, serious ones emerged Problems with machinability due to unidentified components, that occurred at the corrosion limits. Without wanting to set precise limit values It is found that molybdenum additions range from about 2.0 to about 4.0 percent Increased fracture leads to strength and workability of the alloy, and apparently the optimal properties will be in the range of about 2.5 to about 3.5% molybdenum obtain.

Der Kohlenstoffgehalt der erfindungsgemäßen Legierung liegt im Bereich von etwa 0,02 bis etwa 0,15 , wobei dieser Bestandteil das Zeitstandverhalten der Legierung direkt beeinflußt. Mit wachsendem Kohlenstoffgehalt verbessert sich gleichfalls das Zeitstandverhalten, jedoch bewirkt eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes gleichfalls eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit der Legierung. Die optimalen Eigenschaften werden bei einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,12 % erhalten.The carbon content of the alloy according to the invention is in the range from about 0.02 to about 0.15, this component being the creep behavior of the Alloy directly affected. It also improves with increasing carbon content the creep behavior, however, also causes an increase in the carbon content a deterioration in the machinability of the alloy. The optimal properties are obtained at a carbon content in the range from about 0.05 to about 0.12%.

Zur Vergrößerung der Oxydationsbeständigkeit der Legierung können bis zu etwa 0,75 % Mangan und/oder bis zu etwa 0,2 Yttrium oder seltene Erden, insbesondere Csr oder Lanthan, zugegeben werden.To increase the oxidation resistance of the alloy you can up to about 0.75% manganese and / or up to about 0.2 yttrium or rare earths, in particular Csr or lanthanum may be added.

Die folgende Tabelle I zeigt den allgemeinen und den bevorzugten Bereich der Bestandteile der erfindungsgemäßen Legierung auf, Tabelle I Chemische Zusammensetzung (Gew.-) Element Allgemeiner Bereich Bevorzugter Bereich Chrom 12 - 20 15 - 18 Kobalt 10 - 20 13 - 18 Titan 1,5 - 7 4 - 6,5 Aluminium 1,5 - 4 2 - 3 Molybdän 2 - 4 2,5 - 3,5 Wolfram 0,05 - 3 1,5 - 2 Kohlenstoff 0,02 - 0,15 0,05 - 0,12 Bor 0,005 - 0,03 0,018 - 0,022 Mangan 0,00 - 0,75 0,00 - 0,5 Yttrium 0,00 - 0,2 0,00 - 0,1 seltene Erden 0,00 - 0,2 0,00 - 0,1 Nickel Rest ' Rest Ti:A1 1:1 - 4:1 1,9:1 - 2,5:1 Ti+A1 6 - 9,5 7,5 - 8,5 Die erfindungsgemäße Legierung kann mittels bekannter Verfahren in technischem Rahmen verschmolzen und in Gußform verwendet oder zu normalen sValzprodukten heißverarbeitet und wärmebehandelt werden, wobei die gewünschten mechanischen Eigenschaften erhalten werden. Eine geeignete Wärmebehandlung zur Verbesserung der Legierungseigenschaften bei Temperaturen bis zu etwa 980°C ist die folgende: 1. 4-stündiges Erhitzen auf etwa 11750 C 2. Abkühlen auf Raumtemperatur an der Luft 3. 4-stündiges Erhitzen auf etwa 10800 C 4. Abkühlen auf Raumtemperatur an der Luft 5. 24-stündiges Erhitzen auf etwa 8450 C 6. Abkühlen auf Raumtemperatur an der Luft 7. 16-stUndiges Erhitzen auf etwa 7600 C 8. Abkühlen auf Raumtemperatur an der Luft Die erfindungsgemäße Legierung wurde durch schmieden aus einem Gußblock direkt zu einem Turbinenläufer von etwa 100 cm Durchmesser geformt. Weiterhin kann die Legierung für Kompressorscheiben oder für Laufschaufeln für Kompressoren und Turbinen und kann mit gutem Erfolg sowohl zu gegossenen als auch zu geschmiedeten Turbinendrehschaufeln verformt werden. Die Legierung kann außerdem für Flachmaterialien verwendet werden, die verstärkten Drücken ausgesetzt sind.The following Table I shows the general and preferred ranges of the constituents of the alloy according to the invention, Table I Chemical composition Element (by weight) General range Preferred range Chromium 12 - 20 15 - 18 Cobalt 10 - 20 13 - 18 titanium 1.5 - 7 4 - 6.5 aluminum 1.5 - 4 2 - 3 molybdenum 2 - 4 2.5 - 3.5 Tungsten 0.05 - 3 1.5 - 2 Carbon 0.02 - 0.15 0.05 - 0.12 Boron 0.005 - 0.03 0.018 - 0.022 Manganese 0.00 - 0.75 0.00 - 0.5 Yttrium 0.00 - 0.2 0.00 - 0.1 rare earths 0.00 - 0.2 0.00 - 0.1 nickel remainder 'remainder Ti: A1 1: 1 - 4: 1 1.9: 1 - 2.5: 1 Ti + A1 6 - 9.5 7.5 - 8.5 The alloy according to the invention can be produced by means of known processes fused in a technical framework and used in mold or hot-processed and heat-treated into normal rolled products, whereby the desired mechanical properties can be obtained. Appropriate heat treatment to improve the alloy properties at temperatures up to approx. 980 ° C is as follows: 1. Heating to about 11750 C for 4 hours 2. Cooling to room temperature in air 3. Heating to about 10800 C for 4 hours 4. Cooling to room temperature in air 5. Heating to about 8450 C for 24 hours 6. Cooling to room temperature in air 7. Heating to about 7600 C for 16 hours 8. Cooling to room temperature in the air The alloy according to the invention was forged through Formed from a cast block directly into a turbine runner with a diameter of about 100 cm. Furthermore, the alloy can be used for compressor disks or for rotor blades for compressors and turbines and can be both cast and forged with good success Turbine rotating blades are deformed. The alloy can also be used for flat materials used that are exposed to increased pressures.

Zur Verarbeitung der Legierung zu Flachmaterialien wurde diese Je erneutem Erhitzen einer dreimaligen Verformung unterworfen im Vergleich zu schwächeren nicht erfindungsgemäßen Legierungen mit einer normalen Zusammensetzung von 15w0 ffi Chrom, 18,5 % Kobalt, 3,3 % Titan, 4,3 % Aluminium, 5,0 % Molybdän, 0,06 % Kohlenstoff, 0,03 ç Bor und dem Rest Nickel.In order to process the alloy into flat materials, this was used re-heated to three times deformation compared to weaker ones Alloys not according to the invention with a normal composition of 15w0 ffi chromium, 18.5% cobalt, 3.3% titanium, 4.3% aluminum, 5.0% molybdenum, 0.06% carbon, 0.03 ç boron and the remainder nickel.

Darüberhinaus kann die erfindungsgemäße Legierung in einem Verfahren mit inerten Gasen geschweißt werden.In addition, the alloy according to the invention can be used in one process be welded with inert gases.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wurden zahlreiche Legierungen, deren Bestandteile innerhalb der erfindungsgemäßen allgemeinen Konzentrationsbereiche vorliegen, geschmolzen und untersucht. Sämtliche Proben mechanischer Unter -suchungen wurden wie oben beschrieben wärmebehandelt. Tabelle II gibt die chemische Analyse untersuchter repräsentativer Chargen an, wobei die Chargen der Gruppe I im, und die Chargen der Gruppe TI außerhalb des erfindungegemäßsn Bersiohes liegen. In der Tabelle III sind die entsprechenden Werte von Zeitstandversuchen angegeben.To further explain the invention, numerous alloys, their constituents within the general concentration ranges according to the invention present, melted and examined. All samples of mechanical investigations were heat treated as described above. Table II gives the chemical analysis examined representative batches, the batches of group I in, and the batches the group TI outside the scope of the invention lie. Table III shows the corresponding values from creep tests specified.

Tabelle II Chargen- Cr Co Ti Al Mo W C B Ni Ti:Al Ti:Al Nummer Gruppe I 2735 18,0 15,2 4,93 2,62 2,97 1,5 0,06 0,019 Rest 1,9:1 7,55 2858 18,0 15,0 5,0 2,5 3,0 1,5 0,06 0,02 Rest 2:1 7,5 2814 18,3 15,2 4,93 2,5 2,95 1,5 0,07 0,019 Rest 1,9:1 7,43 5167 18,1 15,2 5,10 2,49 3,1 1,47 0,07 0,021 Rest 2:1 7,59 3142 15,1 18,1 6,00 2,44 2,92 1,16 0,11 0,019 Rest 2,5:1 8,44 3143 15,0 18,1 6,00 2,42 2,90 1,85 0,11 0,018 Rest 2,5:1 8,42 Gruppe II 2734 18,0 15,2 5,10 2,62 3,02 0 0,05 0,020 Rest 1,9:1 7,72 3134 15,2 18,2 6,00 2,38 2,94 0 0,11 0,021 Rest 2,5:1 8,38 2728 18,0 15,2 5,06 2,60 3,03 0 0,08 0,018 Rest 1,9:1 7,66 Tabelle III Nummer der Temp, Bruchfes- Stand- Dehnung R.A Chargen (°C) tigkeit zeit (%) (%) (KSI) (Std.) Gruppe 1 2735 732 90 272,2 11,6 14,5 870 45 129,9 12,0 15,1 982 20 49,2 11,7 13,1 2858 870 45 10a,4 10,6 15,8 982 20 57,2 12,8 13,8 2814 732 90 300,2 10,9 15,0 870 45 162,5 7,8 ° 10,2 982 20 82,2 6,8 10,5 5167 982 20 70t3 13,2 18,8 3142 760 92 86,9 11,8 16,9 3143 760 92 110,8 11,1 15,9 Gruppe II 2734 870 45 54,8 13,5 15,3 982 20 29,3 14,5 13,4 3134 760 92 69,6 12,5 18,0 2728 982 20 18,0 17,3 16§9 Beachtenswert ist, daß die Chargen der Gruppe 1, mit erfindunggemäßer chemischer Zusammensetzung, beträchtlich längere Standzeiten als die Proben der Gruppe II, welche im wesentlichen mit vergleichbaren Chargen der Gruppe I identisch sind, + = Querschnittsverminderung mit der hauptsächlichen Ausahme, daß sie kein Wolfram besitzen. Die erfindungsgemäßen Legierungen besitzen eine Standzeit von wenigstens 50 Std. wenn sie bei 9820 C einer Belastung von 1400 kgZcm2 ausgesetzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wie sie aus Anspruch 3 hervorgeht, wird sogar eine Standzeit von mindestens 110 Std. bei einer Belastung von 3150 kg/cm und einer Temperatur von etwa 8700 C erreicht. Legierungen nach Anspruch 5 besitzen eine Standzeit von mindestens 100 Std. bei einer Belastung von 6440 kg/cm² und 760°C, während sie gleichzeitig gute Korrosionsfestigkeit in der Hitze aufweisen.Table II Batch Cr Co Ti Al Mo WCB Ni Ti: Al Ti: Al number Group I. 2735 18.0 15.2 4.93 2.62 2.97 1.5 0.06 0.019 remainder 1.9: 1 7.55 2858 18.0 15.0 5.0 2.5 3.0 1.5 0.06 0.02 remainder 2: 1 7.5 2814 18.3 15.2 4.93 2.5 2.95 1.5 0.07 0.019 remainder 1.9: 1 7.43 5167 18.1 15.2 5.10 2.49 3.1 1.47 0.07 0.021 remainder 2: 1 7.59 3142 15.1 18.1 6.00 2.44 2.92 1.16 0.11 0.019 remainder 2.5: 1 8.44 3143 15.0 18.1 6.00 2.42 2.90 1.85 0.11 0.018 remainder 2.5: 1 8.42 Group II 2734 18.0 15.2 5.10 2.62 3.02 0 0.05 0.020 remainder 1.9: 1 7.72 3134 15.2 18.2 6.00 2.38 2.94 0 0.11 0.021 remainder 2.5: 1 8.38 2728 18.0 15.2 5.06 2.60 3.03 0 0.08 0.018 remainder 1.9: 1 7.66 Table III Number of the temp, breaking strength stand- strain RA Batch (° C) activity time (%) (%) (KSI) (std.) Group 1 2735 732 90 272.2 11.6 14.5 870 45 129.9 12.0 15.1 982 20 49.2 11.7 13.1 2858 870 45 10a, 4 10.6 15.8 982 20 57.2 12.8 13.8 2814 732 90 300.2 10.9 15.0 870 45 162.5 7.8 ° 10.2 982 20 82.2 6.8 10.5 5167 982 20 70t3 13.2 18.8 3,142 760 92 86.9 11.8 16.9 3,143 760 92 110.8 11.1 15.9 Group II 2734 870 45 54.8 13.5 15.3 982 20 29.3 14.5 13.4 3,134 760 92 69.6 12.5 18.0 2728 982 20 18.0 17.3 16§9 It is noteworthy that the batches of group 1, with the chemical composition according to the invention, have considerably longer service lives than the samples of group II, which are essentially identical to comparable batches of group I, + = cross-sectional reduction with the main exception that they do not contain tungsten . The alloys according to the invention have a service life of at least 50 hours if they are exposed to a load of 1400 kgZcm2 at 9820C. In a preferred embodiment of the invention as it emerges from claim 3, a service life of at least 110 hours at a load of 3150 kg / cm and a temperature of about 8700 ° C. is even achieved. Alloys according to claim 5 have a service life of at least 100 hours at a load of 6440 kg / cm² and 760 ° C, while at the same time they have good corrosion resistance in the heat.

b Tabelle IV zeigt an Hand von Ver,suchsergtnissen einer erfindungsgemäßen Legierung, nämlich 5 Schmiedeproben des Typs 5167, die wie oben näher beschrieben wärmebehandelt und einem entsprechenden Test unterworfen wurden, typische Kriechwerte. b Table IV shows, on the basis of test results, one according to the invention Alloy, namely 5 forging samples of the type 5167, which are as described in more detail above heat treated and subjected to an appropriate test, typical creep values.

Tabelle IV Temp. (O C Bruchfestigkeit Kriechwerte 949 14,5 0,015 % Dehnung in t65 Std. Table IV Temp. (O C Break Strength Creep Values 949 14.5 0.015 % Elongation in t65 hours

1,0 % Dehnung in 500 Std. 1.0% elongation in 500 hours

Bruch nach 861, 2 Std. bei 11,6 % Dehnung und 16,5 % R.A. Break after 861, 2 hours at 11.6% elongation and 16.5% R.A.

982 16,0 0,4 % Dehnung in 30 Std.982 16.0 0.4% elongation in 30 hours

1,0 % Dehnung in 87 Std.1.0% elongation in 87 hours

Bruch nach 172,6 Std. bei 11,4 % Dehnung und 17,0 % R.A.Break after 172.6 hours at 11.4% elongation and 17.0% R.A.

Neben den obigen Eigenschaften besitzen die erfindungsgemäßen Legierungen eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit in der Hitze. Ganz besonders optimal in dieser Beziehung ist eine Legierung mit der nominalen Zusammensetzung: 18 % Chrom, 15 9' Kobalt, 5 % Titan, 2,5 % Aluminium, 3 % Molybdän, 1,5 % Wolfram, 0,02 % Bor, 0,05 % Kohlenstoff und der Rest Nickel.In addition to the above properties, the alloys according to the invention have excellent heat resistance to corrosion. Especially optimal in this relationship is an alloy with the nominal composition: 18% chromium, 15 9 'cobalt, 5% titanium, 2.5% aluminum, 3% molybdenum, 1.5% tungsten, 0.02% boron, 0.05% carbon and the remainder nickel.

In Fg. 1 und Fig. 2 snd die Ergebnisse der Schwefelerosioneversuche mit den erfindungsgemäßen Proben der Chargen Nummer 2814 und 2858 im Vergleich zu verschiedenen handelsüblichen Legierungen der in Tabelle V angegebenen chemischen nominalen Zusammensetzung aufgeführt. Tabelle V Handelsübliche Cr Co Ti Al Cb Mo W C B Zr Ta Ni Legierung A 19,0 16,5 3,0 3,0 - 4,0 - 0,06 0,008 - - Rest B 15,5 10,0 1,75 4,25 1,75 1,75 3,5 0,15 0,015 0,05 - Rest C 16,7 - <0,1 6,34 - 1,6 1,95 0,05 0,018 0,1 1,9 Rest D 15,0 18,5 3,3 4,3 - 5,0 - 0,016 0,02 - - Rest E 8,5 10,0 1,10 6,25 - 6,0 - 0,13 0,02 0,1 4,5 Rest In Fig. 1 ist der Gewichtsverlust einer Probe der erfindungsgemäßen Legierung 2814 im Vergleich zu den handelsüblichen Legierungen A und D nach Anwendung des "Blade-cycle"- und "ane-cycle" Sulfidationserosionstests gegenüber den Behandlungsstunden graphisch dargestellt.In FIGS. 1 and 2, the results of the sulfur erosion tests with the samples according to the invention of batch numbers 2814 and 2858 are shown in comparison with various commercially available alloys of the nominal chemical composition indicated in Table V. Table V Commercially available Cr Co Ti Al Cb Mo WCB Zr Ta Ni alloy A 19.0 16.5 3.0 3.0 - 4.0 - 0.06 0.008 - - remainder B 15.5 10.0 1.75 4.25 1.75 1.75 3.5 0.15 0.015 0.05 - remainder C 16.7 - <0.1 6.34 - 1.6 1.95 0.05 0.018 0.1 1.9 remainder D 15.0 18.5 3.3 4.3 - 5.0 - 0.016 0.02 - - remainder E 8.5 10.0 1.10 6.25 - 6.0 - 0.13 0.02 0.1 4.5 remainder In FIG. 1, the weight loss of a sample of alloy 2814 according to the invention in comparison with the commercially available alloys A and D after application of the "blade cycle" and "ane-cycle" sulfidation erosion test is graphically shown versus the treatment hours.

Unter "Blade-cycle-test" wird 3 Minuten langes Erhitzen einer blattförmigen Probe auf etwa 8450 C danach 2 Minuten langes Erhitzen auf etwa 10100 C und anschließendes Abkühlen auf die Anfangstemperatur von etwa 8450 C in weniger als 2 Minuten verstanden. Dieser Zyklus wird in einer Oxydations-Sulfidationsvorrichtung in einem Medium aus JP5R-Verbrennungsprodukten und Seesalz durchgeführt. Der "Vane-cycle-test" entspricht dem eben genannten Test mit der Ausnahme, daß er bei einer um etwa 1100 C höheren Temperatur als der Blade-cycle-test durchgeführt wurde."Blade cycle test" is heating for 3 minutes of a leaf-shaped Sample to about 8450 C then heating to about 10100 C for 2 minutes and then Cooling down to the initial temperature of about 8450 C understood in less than 2 minutes. This cycle is carried out in an oxidation-sulphidation device in a medium JP5R combustion products and sea salt. The "Vane-cycle-test" corresponds the just mentioned test with the exception that it is about 1100 C higher Temperature when the blade cycle test was performed.

Bei jedem Versuch wurden die Proben nach etwa jeden 20 Stunden gewogen. Der Gewichtsverlust in Gramm ist gegenüber der gesamten Versuchsdauer in Stunden aufgetragen.For each experiment, the samples were weighed after approximately every 20 hours. The weight loss in grams is compared to the total duration of the experiment in hours applied.

Fig. 2 zeigt die Ergebnisse des "Blade-cycle,Sulfidationserosionstests mit den erfindungsgemäßen Legierungen 2814 und 2858 im Vergleich zu denen mit den handelsüblichen Legierungen A, B, C, D und E.2 shows the results of the “blade cycle, sulfidation erosion test with the alloys 2814 and 2858 according to the invention compared to those with the commercial alloys A, B, C, D and E.

Fig. 1 zeigt, daß die erfindungsgemäße Legierung 2814 einen um 0,75 g geringeren Gewichtsverlust als die handelsübliche Legierung A und einem um 1,5 g geringeren Gewichtsverlust als die handelsübliche Legierung D beim "Blade-cycle-test" und einem um 1,5 g geringeren Gewichtsverlust als die handelsübliche Legierung D beim "Vane-cycle-test" aufweist.Fig. 1 shows that the alloy 2814 of the invention has a around 0.75 g less weight loss than the commercial alloy A and one um 1.5 g less weight loss than the commercially available alloy D in the "blade cycle test" and a weight loss of 1.5 g less than the commercial alloy D in the "Vane cycle test".

Aus Fig. 2 wird deutlich, daß die erfindungsgemäßen Legierungen 2814 und 2858 einen um 0,75 bis 6,0 g geringeren Gewichtsverlust als die fünf handelsüblichen hitzekorrosionafesten Vergleichslegierungen besitzen.From Fig. 2 it is clear that the alloys according to the invention 2814 and 2858, 0.75 to 6.0 g less weight loss than the five commercially available have heat-corrosion-resistant reference alloys.

Darüberhinaus enthalten die erfindungsgemäßen Legierungen keine schädlichen # /u-Phasen nach längerer Anwendung erhöhter Temperaturen. Hinsichtlich der PhFsenbeständigket ist folgende Legierungsformel von Bedeutung Nv = 4,66(A % Cr + A % Mo + A % ) + 1,71 (A % Co) + 0,61 (A % Ni) A % = Atomprozent Diese Formel gründet sich darauf, daß die Bildung schädlicher 6- und /u-Phasen funktionell mit der Anzahl der Elektronenlücken (Nv) in den Bindungsorbitals der vorliegenden Elemente zusammenhängt. Es wurde festgestellt, daß die Legierung nach länger dauernder Anwendung erhöhter Temperaturen unter Belastung keine # - und µ-Phasen enthielt, wenn Nv der Matrix, die nach der Abscheidung der Härtungephase zurUckbleibt,gleich oder weniger als 2,38 war, Bei dieser Berechnung wird als Härtungsphase ( Ni.95 Cr.03, Co.02)3(Al, Ti) zugrundegelegt, Daher besitzt jede untersuchte Charge der Tabelle VI einen Wert für Nv von 2,38 oder weniger und enthält nach einer mindestens 1500 Stunden langen Wärmebehandlung bei etwa 815° C unter einer Belastung von 2590 kg/cm² keine schädlichen # - oder µ-Phasen.In addition, the alloys according to the invention do not contain any harmful # / u phases after prolonged use of elevated temperatures. With regard to the phosphene resistance the following alloy formula is important Nv = 4.66 (A% Cr + A% Mo + A%) + 1.71 (A% Co) + 0.61 (A% Ni) A% = atomic percent This formula is based on that the formation of harmful 6 and / u phases functionally with the number of electron gaps (Nv) in the bond orbital of the elements present. It was determined, that the alloy after prolonged use of elevated temperatures under load contained no # and µ phases if Nv of the matrix that was created after the deposition of the Cure phase remaining was equal to or less than 2.38, in this calculation is called the hardening phase (Ni.95 Cr.03, Co.02) 3 (Al, Ti) based, Therefore, each tested batch of Table VI has a value for Nv of 2.38 or less and contains after heat treatment for at least 1500 hours at about 815 ° C under a load of 2590 kg / cm² no harmful # - or µ phases.

Tabelle VI Chargen Nummer Nv 2735 2,37 2858 2,36 2814 2,37 5167 2,38 3142 2,29 3143 2,31 2734 2,33 3134 2,25 2728 2,33 wobei Nv = 4,66(A%Cr + A%Mo + A%W) + 1,71 (A%Co) + 0,61(A %Ni) Es ist also ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Legierungen die optimale Kombination von Korrosionsfestigkeit in der Hitze § Bruchfestigkeit, Kriechfestigkeit und Phasenbeständigkeit besitzt. Table VI Lot number Nv 2735 2.37 2858 2.36 2814 2.37 5167 2.38 3142 2.29 3143 2.31 2734 2.33 3134 2.25 2728 2.33 where Nv = 4.66 (A% Cr + A% Mo + A% W) + 1.71 (A% Co) + 0.61 (A% Ni) It can therefore be seen that the invention Alloys the optimal combination of corrosion resistance in the heat § breaking strength, Has creep resistance and phase stability.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Nickel alloy, characterized in that it consists of about 12.0 up to 20% by weight of chromium, about 1.5 to 7% by weight, titanium, about 1.5 to 4% by weight of aluminum, where the ratio of titanium to aluminum is between about 1: 1 and 4: 1, and the total titanium plus aluminum content is about 6 to 9.5 weight percent, about 10 to 20% by weight cobalt, about 2 to 4% by weight molybdenum, about 0.05 to 3% by weight tungsten, about 0.005 to 0.03 wt% ber, about 0.02 to 0.15 wt% carbon and the remainder consists essentially of nickel with incidental impurities.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that it consists of about 15 to 18% by weight of chromium, about 4 to 6.5% by weight of titanium, about 2 to 3% by weight of aluminum, wherein the ratio of titanium to aluminum is about 1.9: 1 to 2.5: 1 and the total content of titanium plus aluminum is about 7.5 to 8.5% by weight, about 13 to 18% by weight Cobalt, about 2.5 to 3.5 wt% molybdenum, about 1.5 to 2 wt% tungsten, about 0.018 up to 0.022% by weight boron, about 0.05 to 0.12% by weight carbon and the remainder from im consists of substantial nickel with incidental impurities.

3. Alloy according to claim 1 and 2, characterized in that it from about 18% by weight ears, about 4.9 to 5% by weight titanium, about 2.5 to 2.6% by weight aluminum, about 12 to 15% by weight cobalt, about 3% by weight molybdenum, about 1.5% by weight tungsten, approximately 0.02 wt% boron, 0.05 wt% carbon and the remainder essentially nickel with incidental impurities.

4. Alloy according to claim 3, characterized in that the ratio from titanium to aluminum about 2 s 1 and the total content of titanium plus aluminum about Is 7.5% by weight,

5. Alloy according to claim 1 to 2, characterized in that that they consist of about 15% by weight of chromium, about 6 to 6.4% by weight of titanium, about 2 to 2.6% by weight Aluminum, about 18% by weight cobalt, about 3% by weight molybdenum, about 2% by weight tungsten, about 0.02 wt% boron, about 0.1 wt% carbon and the remainder essentially Nickel is made up of random impurities.

6. Alloy according to claim 5, characterized in that you ratio from titanium to aluminum about 2.5: 1 and the total content of titanium plus aluminum is about 8.5% by weight.

7. Alloy according to claim 1 to 6, characterized in that the remaining matrix has a value in terms of the electron gap (Nv) of 2.38 or less according to the equation Nv = 4.66 (A% Cr + A% Mo + A% W) + 1.71 (A% Co) + 0.61 (A% Ni) owned.

8. Process for improving the corrosion resistance in the neat, Penetration strength, creep strength and phase stability of an alloy according to claim 1 - 2, characterized in that the alloy now produces a vacuum melting bath, This alloy bath is poured into electrode molds, which are then used as top electrodes remelting a casting, using the casting in the eaten state, or using it Hot processed into forgings.