DE1904814A1 - Machinable nickel-based superalloys - Google Patents
Machinable nickel-based superalloysInfo
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- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
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Description
CYÖIiOPS CORPORATION Pittsburgh, Pa. / V.St.vJUCYÖIiOPS CORPORATION Pittsburgh, Pa. / V.St.vJU
Bearboitbare Superlegierungen auf NickelbasisBearboitbare superalloys based on nickel
Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen, Sie bei hohen
Temperaturen verwendet werden können. Sis besieht sich insbesondere
auf eine Logierung auf tliekolbasiö, die warm bearbeitet werden kann und eine genaus Kombination von Elementen
enthält, temit aunreichende Festigkeito«, Krisch-,
Buktilitätö" und Korrosionaoigenschaf-'csii bis zu 10380C erb?ilt
on v/ertl cn „The invention relates to alloys, you at high
Temperatures can be used. Sis pays particular attention to a lodging on tliekolbasiö, which can be processed warm and contains an exact combination of elements, with insufficient strength, "Krisch-,
Buktility and corrosion properties up to 1038 0 C
9O90Ü7/O9869O90Ü7 / O986
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Έϊίζ öle Lw ft fahrt" r<rul Hamsfafaxtinätißtria unü clex'gleiehen . wurden viele 8uperleg!erimgen entwickelt, aber eier Anwendungen bereich dieser legierungen imr beschränkt, da sie nicht gleichseitig die gewünschten Hochtoiaperaturfestigkeitseigenochaften uml 3 in ο ausreichende Jluktilität für die Wsnnbear·» beitung aufvrieson. Mit ßeia S^end sur 33nt\riaklung von Maschinen mit höheren und höheren JDeisttiQgen sx-gabsn «ich a,uch immer stärkere Beanspruchungen einseiner Seile dieser Maschinen 0 "Oils Lw ft drive" r <rul Hamsfafaxtinätisstria unü clex'gleiehen. Many superimpositions have been developed, but the range of applications of these alloys is limited, as they do not at the same time provide the desired high-temperature strength properties in ο sufficient jluctility for the winter Aufvrieson. With ßia S ^ end sur 33nt \ riaklung of machines with higher and higher JDeisttiQgen sx-there were also increasing stresses on one of his ropes of these machines 0
Der Bedarf nach einer Erhöhung äer Festigkeit von Legierungen auf llickelbasis hatts den Zusatz von feste Lösungen bildenden HärteiaittGln ssur I'olge, wie EoB. Chrom9 Molybdän;, Wolfram, Aluminium und Titan. Diese Entwicklung hat von legierungen auf ITickslbasia mit θ in as niedrigeren Festigkeit utfS siiner ausreichenden Duktilität sti gegossenen Legierungen auf Nickelbasis mit einer hohen Festigkeit abas? ο in ei· sehr beschränkten Duktilität geführt· Legierungen, die gegossen und nicht anderweitig verarbeitat i/erden, bssitaen nicht den notwendigen hohen Grad von Slei-uhföriaigkeit, auch wexm das baste Präaisionsgießvsriahren angmfsndst wird, Der erhöhte G-ohait diese?.' Sleiusnts hat auch ku ainsr Instabilität fier Legierung got'ülirfe, ria dia Ansi*i.illung von Piiaoen r?owoh'!- rtio F-ystigksif; als βτι?1ι die jluktiiität d&r legierung i»i ab-The need to increase the strength of nickel-based alloys has resulted in the addition of solid solution-forming hardness compounds such as EoB. Chromium 9 molybdenum;, tungsten, aluminum and titanium. This development has led from ITickslbasia alloys with θ in as lower strength utfS their sufficient ductility to cast nickel-based alloys with a high strength abas? ο resulted in a · very limited ductility · alloys that are cast and not otherwise processed, but do not have the necessary high degree of security, even if the baste pre-casting process is feared, the increased G-ohait this ?. ' Sleiusnts also has ku ainsr instability fier alloy got'ülirfe, ria dia Ansi * i.illung von Piiaoen r? Owoh ' ! - rtio F-ystigksif; as βτι? 1ι the jluktiiität d & r alloy i »i ab-
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6AD OFHQiNAL6AD OFHQiNAL
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nach einer Wärmebehandlung und/oder nach einer längeren Lage rung bei erhöhten Semperatiiren auftreten.after heat treatment and / or after a long period tion occur at elevated temperatures.
Gemäß der Erfindung wird eine Legierung auf Uiekelbasis vorgeschlagen, die bis zu einer l'einperatur von 10380C annehmbare FeEtigkeitseigenechaften aufweist, und die gegenüber den gegenwärtig verwendeten Legierungen beträchtlich verbessert ist. Die Legierung besitzt eine ausreichende Warmbearbeitbar keit, so daß nie extrudiert, geschmiedet und/oder warragewaist iferden kann und nicht gegossen v/erden muß. Eine Yerbesserung der Oxidationsbeständigkeit wurde ebenfalls erreicht. Die "Duktilität und die Korrosionsbeständigkeit wurden nicht abträglich beeinflußt.According to the invention an alloy is proposed to Uiekelbasis having up to a einperatur l'of 1038 0 C FeEtigkeitseigenechaften acceptable, and which is compared to the presently used alloys considerably improved. The alloy has sufficient hot workability that it can never be extruded, forged and / or warragewaist and does not have to be cast. An improvement in the oxidation resistance was also achieved. The ductility and corrosion resistance were not adversely affected.
Obwohl die Menge der Legierungesimätse in diesem Material gegenüber don gegenwärtigen bearbeitbaren Legierungen beträchtlich erhöht worden ist, wurde die Stabilität nicht in abträglicher iieise beeinflußt. Der Ausdruck "bearbeitbar'1, : wie er liier verwendet wird» besagt» daß die 3iGgierung warm bearbeitet werden kann, d.h«, daß sie extnsdiert, geschmiedet und/oder viariage"mlst worden kann.Although the amount of alloy seeds in this material has been increased significantly over current machinable alloys, stability has not been adversely affected. The term "workable" 1: As used liier "states" that the 3iGgierung can be hot worked, ie, "that they extnsdiert, forged and / or viariage" MLST may have been.
JJio o'Glr.an Hesultato i-mrdei» dadurch erreicht, Saß ο in α ge· P. Kombination von Bleraonton verwendet vmrdc, um eine höh« zu orsielßn, ohne daß äie finfleren Eigenschaften,JJio o'Glr.an Hesultato i-mrdei "achieved by Saß ο in α ge · P. Combination of Bleraonton used vmrdc to orsielßn a high" without losing any of the sinister properties,
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BAD ORlQiNALBAD ORlQiNAL
die normalerweise durch eine Erhöhung der Festigkeit ungünstig beeinflußt werden, verschlechtert werden. Diese genaue Ausgewogenheit der verwendeten Elemente ergibt eine Verringerung der Bildung von schädlichen Phasen, die zu einer Instabilität der Legierung führen. Die lechnik der Vermeidung unerwünschter Phasen durch Berechnung der Elektronenleerstellzahlen wurde zur Auffindung der vorliegenden Legierung verwendet.which are normally adversely affected by an increase in strength, are deteriorated. This precise balance of elements used results in a reduction of the formation of harmful phases which lead to instability of the alloy. The technique of avoiding undesired phases by calculating the electron vacancy numbers was used to find the present alloy.
Die Struktur der Superlegierungen auf Nickelbaeis besteht hauptsächlich aus gajmca-Primärphasen, aue Carbid aus t Wl Xungen und aus einer gamma-Matrix. Wenn die Zusammensetzung des Materials nicht richtig ist, dann bilden sich unerwünschte Phasen aus den Bestandteilen durch Nukleierung auf Carbiden und durch Zustrom (feeding) zur gamma-Matrix. Diese unerwünschten Phasen beeinträchtigen in ungünstiger Weise die Stabilität und die Festigkeit des Materials. Hierbei handelt es eich um intermetallische sigma-, mu- und Laves-Phasen. Demgemäß ist die Zusammensetzung der Matrix von hoher Wichtigkeit bei der Entwicklung neuer Superlegierungen auf Nickelbasis. Die Matrix der erfindungsgemäßen legierung besteht aus Nickel, Kobalt, Chrom, Molybdän, Wolfram und Tantal. Die einzelnen Mengen dieser Legierungsbestandteil in der Matrix werden durch andere Elemente in der Legierung bestimmt, wie z.B. Aluminium, Sitän, Kohlenstoff und Bor, die alle eine Umsetzung unter Bildung von Ausfäl-The structure of the superalloys Nickelbaeis mainly consists gajmca primary phases aue carbide t Wl Xungen and from a gamma matrix. If the composition of the material is not correct, then undesired phases form from the constituents through nucleation on carbides and through influx (feeding) to the gamma matrix. These undesirable phases adversely affect the stability and strength of the material. These are intermetallic sigma, mu and Laves phases. Accordingly, the composition of the matrix is of great importance in the development of new nickel-based superalloys. The matrix of the alloy according to the invention consists of nickel, cobalt, chromium, molybdenum, tungsten and tantalum. The individual amounts of this alloy component in the matrix are determined by other elements in the alloy, such as aluminum, titanium, carbon and boron, all of which undergo a reaction with the formation of precipitates.
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lungsphasen erfahren habon.experience phases of lungs habon.
Die erfindungßgemäßen Legierungen wurden vakuumgeschinolzens obwohl die Verwendung anderer geeigneter Sohmelaverfahren möglich ist.The alloys of the invention have been vacuum melted although the use of other suitable Sohmela procedures is possible.
Der Kohlenstoffgehalt sollte zwischen 0,25 und 0,45 &, vor» zugsweise zwischen 0,30 und 0,40 $, liegen. Mindestens 0,25 1Pi ein Gehalt, der gegenwärtig als hoch anzusehen ist, sind in den erfindungsgemäßen Legierungen nötig, damit sie bearbeitbar werden. Jedoch sind extrem hohe Kohlenstoffgehalt e (d.h. oberhalb 0,45 #) nicht erwünscht, da hierdurch die Legierung spröde wird. Die für die Verfestigung durch Bildung von festen Lösungen verantwortlichen Elemente bilden Carbide, und diese Carbide veranlassen eine Morphologie, die für die gewünschten Eigenschaften schlecht ist.The carbon content should be between $ 0.25 and $ 0.45, preferably between $ 0.30 and $ 0.40. At least 0.25 1 pi, a content which is currently to be regarded as high, are necessary in the alloys according to the invention so that they can be machined. However, extremely high carbon contents e (ie above 0.45 #) are undesirable as this makes the alloy brittle. The elements responsible for solidification by the formation of solid solutions form carbides, and these carbides give rise to a morphology which is poor for the desired properties.
Das Silicium und das Mangan verleihen der Legierung eine Oxydationsbeständigkeit. Mengen oberhalb 2,0 # Mangan und 1,5 $> Silicium sind für die mechanischen Eigenschaften ungünstig. Ein erhöhter Siliciumgehalt kann auch für die Bearbeitbarkeit schlecht sein. Eine Legierung mit bis zu 0,50 # Misch-Metall besitzt eine zusätzliche Oxydationsbeständigkeit. Mlsch-Metall enthält verschiedene Mengen seltener Erdelemente, wobei Cer, Lanthan und Yttrium im allge-The silicon and manganese give the alloy resistance to oxidation. Quantities above 2.0 # manganese and 1.5 $> silicon are unfavorable for the mechanical properties. Increased silicon content can also be bad for machinability. An alloy with up to 0.50 # mixed metal has additional resistance to oxidation. Mlsch metal contains various amounts of rare earth elements, with cerium, lanthanum and yttrium in general
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meinen die Hauptbestandteile sind. Sine Sulfid is ierungakorroaionsbestandigkeit kann ebenfalls durch den Zusatz der oben erwähnten !seltenen Erdeleioente erzielt werden.mean the main ingredients are. Sine sulfide is corrosion resistance can also be done by adding the above mentioned! rare earth elements can be achieved.
Chrom"verleiht in dem breiten Bereich von 11,0 bis 17?0 # (vorzugsweise 11,0 bis 13,0 cß>) eine Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit, eine Verfestigung durch Bildung festsr Lösungen und eine Verfestigung der Korngrensflachen. Ein Chromgehalt unter 11,0 $ ergibt nicht die erwünschte Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit, und ein Chromgehalt von mehr als 17,0 $£ macht es schwierig, die Legierung warm zu be= arbeiten, ausserdem wird die Stabilität stark beeinträchtigt*Chromium "imparts in the broad range from 11.0 to 17.0 # (preferably 11.0 to 13.0 c ß>) an oxidation and corrosion resistance, a strengthening by the formation of solid solutions and a strengthening of the grain boundary surfaces. A chromium content below $ 11.0 does not provide the desired resistance to oxidation and corrosion, and a chromium content of more than $ 17.0 makes it difficult to hot work the alloy, and the stability is also severely impaired *
Kobalt wird in den vreiten Bereich von 8,0 bis 12,0 $ (vorzugsweise 9»0 bis 11,0 ?*) verwendet, um ]?estigkeitseigen~ schäften bei erhöhten Temperatur©n au erzielen. Ba kann auch die Duktilitäts-, Bearbeitbarkeits- und Kriecheigenschaften verbessern. Kobalt in einer Menge von mehr als 12,0 # verschlechtert die Oxydations- und Korrosionseigenschaften,Cobalt is in the wide range of $ 8.0 to $ 12.0 (preferably 9 »0 to 11.0? *) Used to denote an inherent strength Achieve shafts at an elevated temperature. Ba can too the ductility, machinability and creep properties to enhance. Cobalt in an amount more than 12.0 # deteriorated the oxidation and corrosion properties,
lantal ist ein kritisches Element, und zwar wegen seiner Härtung durch Bildung fester Lösungen und wegon seiner Carbidbildung. Mengen von 1,0 bis 3,0 # sind erwünscht, wobei ein Bereich von 1,25 bis 1,75 fi bevorzugt wird. Mengen oberhalb 5,0 ^ verschlechtern die Duktilitat und die.Vfermbearbeitbajrkeit und können auch zur Bildung von ungünstigen Sekundärphasen führen.Lantalum is a critical element because of its hardening through the formation of solid solutions and because of its carbide formation. Amounts of 1.0 to 3.0 # are desirable, with a range of 1.25 to 1.75 microns being preferred. Amounts above 5.0% worsen the ductility and the working capacity and can also lead to the formation of unfavorable secondary phases.
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Molybdän und Wolfram nehmen auch an der Garbidbildung und der Härtung durch feste Lösungen teil. Der breite Bereich des Molybdäns beträgt 2,0 bis 6.5 fi, wobei der bevorzugte Bereich 2,5 bis 3»5 # ist. Gehalte am unteren Ende dieses Bereiches sind erwünscht, da die Anwesenheit von viel Molybdän zur Ausfällung von schädlichen Phasen führen kann. Der Wolframgehalt liegt im Bereich von 4,0 bis 8,0 $, wobei ein Bereich von 5»5 bis 6,5 5» bevorzugt wird·Molybdenum and tungsten also participate in carbid formation and hardening by solid solutions. The broad range of molybdenum is 2.0 to 6.5 fi, with the preferred range is 2.5 to 3 »# 5. Levels at the lower end of this range are desirable because the presence of high molybdenum can lead to the precipitation of harmful phases. The tungsten content is in the range from $ 4.0 to $ 8.0, with a range from 5 »5 to 6.5 5» being preferred.
Aluminium und Titan sind ebenfalls kritische Elemente, da sie zur Festigkeit der Superlegierungen auf Uiekelbasis beitragen. Der breite Zusammensetzungsbereich für Aluminium ist 4,0 bis 5,0 ^. Ein verbesserter Zusammensetzungsbereich ist 4,20 bis 4,80 #, und der bevorzugte Bereich ist 4,45 bis 4,70 fio Dies ist ein kritischer Bereich, da unterhalb 4f0 i* Aluminium die Legierung nicht den erwünschten Festigkeitswert erreicht, und da oberhalb 5,0 # die Legierung einen starken Verlust an Duktilität, Bearbeitbarkeit und Stabilität zeigt. Der breite Zusammensetzungsbereich für Titan ist 2,2 bis 3,2 ^, wobei ein Bereich von 2,8 bis 3»2 f» bevorzugt wird. Titan, welches ebenfalls ein Carbidbildner ist, besitzt im wesentlichen den gleichen Effekt vrie Aluminium.Aluminum and titanium are also critical elements as they add strength to Uiekel based superalloys. The broad compositional range for aluminum is 4.0 to 5.0 ^. An improved compositional range is 4.20 to 4.80 #, and the preferred range is 4.45 to 4.70 fio. This is a critical range because below 4 f 0 i * aluminum the alloy does not achieve the desired strength value, and so above 5.0 # the alloy shows a large loss in ductility, machinability and stability. The broad compositional range for titanium is 2.2 to 3.2 ^, with a range of 2.8 to 3 »2 f» being preferred. Titanium, which is also a carbide former, has essentially the same effect as aluminum.
Sowohl Bor.als auch Zirkon verbessern die Kriecbbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. Der breite Bereich für BorBoth boron and zirconium improve creep resistance at elevated temperatures. The wide range for boron
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ist 0,0005 bis 0,030 $£, wobei ein Bereich von 0,008 bis 0,018 $ bevorzugt wird. Zirkon hat einen breiten Bereich von. O5001 bis 0,25 i» und einen bevorzugten Bereich von 0P005 bis 0,150 foe Ein Überschuß eines dieser Elemente hat einen schädlichen Einfluß auf die Duktilität und die Stabilität der Legierung,is £ 0.0005 to $ 0.030 with a range of $ 0.008 to $ 0.018 being preferred. Zircon has a wide range of. O 5 001 I "and a preferred range of 0 P 005 to 0.150 to 0.25 foe An excess of these elements has a detrimental effect on the ductility and the stability of the alloy,
Das Grundmetall für die Legierung ist Nickel,, Sein Vermögen, durch Ausfällung von Sekundärphasen und Carbiden zusätzlich durch Bildung· fester Lösungen zu härten macht es für diese Anwendung ideal·The base metal for the alloy is nickel, its assets, Hardening through the precipitation of secondary phases and carbides additionally through the formation of solid solutions makes it for them Application ideal
Die chemische Analyse und die bevorzugten Bereiche der Ele« mente der erfindungsgeiaäßen Legierungen sind in Tabelle I susaminengefaßt. -Chemical Analysis and the Preferred Areas of Ele « Elements of the alloys according to the invention are given in Table I. held in susamines. -
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Elementelement
Kohlenstoff Mangan Silicium Chrom Kobalt Molybdän Wolfram !Tantal Aluminium (DitanCarbon manganese silicon chromium cobalt molybdenum tungsten ! Tantalum aluminum (Ditan
Zirkon NickelZirconium nickel
Bereich % *more preferred
Area % *
* Alle Prozentangäben sind in Gewicht ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben ist« * All percentages are expressed in weight, unless otherwise stated «
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- ίο -- ίο -
Spurenelemente, wie Schwefel, Phosphor, Blei usw. sowie restliches Eisen sind als Beste, wie sie durch das normale Schmelaverfahren entstehen, zulässig. Bisen kann in Mengen bis zu 2,00 5» vorhanden sein, aber es wird bevorzugt, daß der Eisengehalt unterhalb 1,0 $ liegt.Trace elements such as sulfur, phosphorus, lead, etc. as well as residual iron are as best as they are due to normal Schmelaververfahren arise, permissible. Bisen can be in quantities up to 2.00 5 », but it is preferred that the iron content is below $ 1.0.
Einige der mechanischen Eigenschaften dieser neuen Legierung sind in der folgenden Tabelle II mit den gegenwärtig erhältlichen legierungen verglichen.Some of the mechanical properties of this new alloy are listed in Table II below with the current values available alloys compared.
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ΪΑΒΕΜΚΒ IIΪΑΒΕΜΚΒ II
Mechanische EigenschaftenMechanical properties
(kg/cm2)tension
(kg / cm 2 )
übliche 7t>0 ready -
usual 7t> 0
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Bei erhöhten Temperaturen besteht ein Bedarf fUr höh© festigkeitseigensehaften und eine optimal© Buktilität. Eine übermäßige Buktilität bei erhöhten Oiemperaturen ergibt schlechte Kriechraten, und eine unzureichende Buktilität ergibt eine Empfindlichkeit ftir Sprödigkeitsbrüche an Kerben, Die Itestigkeitswerte, die durch die endgültige Zugfestigkeit und die Fließspannung gemessen vrurden, sind gegenüber der gegenwärtig üblichen Legierung besser, während die Buktilitat, die durch die Dehnung und die Querschnittsreduktion gemessen wurde,, optimal ist, so flaß übermäßige Kriechraten oder eine übermäßige Kerbempfindlichkeit verhindert werden. Die gegenwärtige Legierung neigt wegen ihrer tibermäßigen Duktilität bei erhöhten Eemperaiuren au übermäßigen Kriechraten und ergibt eine dimensionelle Instabilität. At elevated temperatures there is a need for higher strength properties and an optimal © buctility. Excessive buctility at elevated oil temperatures results in poor creep rates, and inadequate buctility results a sensitivity to brittleness fractures at notches, the Strength values determined by the ultimate tensile strength and the yield stress measured are better than the currently used alloy, while the buctility, measured by the elongation and the reduction in cross-section, is optimal, there would be excessive creep rates or excessive notch sensitivity can be prevented. The current alloy, because of its excessive ductility, tends to have excessive creep rates at elevated temperatures and gives rise to dimensional instability.
Die Spannungsreißeigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen sind in Tabelle XXI angegeben. The stress-rupture properties of the alloys according to the invention are given in Table XXI.
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■•13*·■ • 13 * ·
!PABELIiE JII ■Spamrungsreißeigenschaften! PABELIiE JII ■ Spam tear properties
Proben Versuchs- Heiß- Reiß- Dehnung Quer-Samples test hot tear elongation transverse
H tempera- spannung lebensdauer (# in 1") schnittstur rvo./rtm2^ /ej+Λ \ reduktionH temperature voltage lifetime (# in 1 ") cut rvo./rtm 2 ^ / ej + Λ \ reduction
lcg/cin ; iStdjlcg / cin; iStdj
809837/0966809837/0966
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Zum Vergleich der Spannungsreißeigensehaften der erfindunga* gemäßen Legierung mit der gegenwärtigen Legierung wurde das Larson-Müller-Parameter-Verfahren, welches in der Technik allgemein bekannt ist, verwendet, uia die Heizspannung bsi 100 Stunden bei verschiedenen Versuchstemperaturen anzulegen ο Die Heaultate sind in Tabelle IV gezeigt. To compare the stress tear properties of the invention * proper alloying with the current alloy has been the Larson-Muller parametric method, which has been used in the art is generally known, used uia the heating voltage bsi 100 hours at different test temperatures o The results are shown in Table IV.
OJABELLB IVOJABELLB IV
temperatur ( C)Vörsuehs-
temperature (C)
(kg/cm2)Easing tension
(kg / cm 2 )
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19048U19048U
Diese Zahlen sind in der graphischen Darstellung von Fig.1 der beigefügten Zeichnungen angegeben , wo der Logarithmus der Spannung gegen den Reißlebensdauerwert aufgetragen ist, der sowohl die Zeit als auch die Temperatur umfaßt. Der Reißleben sdauerwert vrird durch der Larson-Müller^Paraineter T (20 + log t) dargestellt, worin T die Temperatur in 0P und t die Zeit in Stunden ist.These numbers are shown in the graph of Figure 1 of the accompanying drawings, where the logarithm of stress is plotted against tear life value, which includes both time and temperature. The tear life value is represented by the Larson-Müller parameter T (20 + log t), where T is the temperature in 0 P and t is the time in hours.
Die Resultate der Tabelle IV zeigen eine beträchtliche Verbesserung öer Reißspannung bei 100 Stunden für alle Versuch steaperaturen, v/enn man die erfindungsgemäße Legierung mit dsr gegenwärtig üblichen Legierung vergleicht. Die Verbesserung kann am besten in Figo 1 gesehen werden, wo der Zusammenhang der festigkeit und der Eeißlebensdauer der eri'indungsgemäSen Legierung iait der gegenwärtig üblichen Legierung verglichen wird.The results in Table IV show a considerable improvement The tensile strength at break at 100 hours for all test temperatures when using the alloy according to the invention compares to the currently used alloy. The improvement can best be seen in Figo 1, where the Relationship between the strength and the service life of the invention Alloy is compared with the currently used alloy.
Die chemische Analyse der Versuchsproben und der gegenwärtig üblichen Legierung, die bei der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften verwendet wurden, sind in Tabelle V angegeben. The chemical analysis of the test samples and the present usual alloy used in determining the mechanical Properties used are given in Table V.
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IEABEEIE Y
Satsächliche Zusammensetzung (Gew.-$S) und Elektronenleerstellenzahl IEABEEIE Y
Actual composition (wt .- $ S) and electron vacancy number
C-Cr Co Mo W Ea Ii Al Zr B Ki Uv C-Cr Co Mo W Ea Ii Al Zr B Ki U v
0,35 11,81 10,02 4,99 5,05 1,85 3,05 4,64 0,11 0,015 Rest 2,550.35 11.81 10.02 4.99 5.05 1.85 3.05 4.64 0.11 0.015 remainder 2.55
0,32 12,00 9,98 5,02 5,07 1,69 2,98 4,65 0,147 0,012 Rest 2,580.32 12.00 9.98 5.02 5.07 1.69 2.98 4.65 0.147 0.012 remainder 2.58
0,34 11,99 10,02 5,08 5,18 1,76 3,10 4,63 0,10 0,018 Rest 2,620.34 11.99 10.02 5.08 5.18 1.76 3.10 4.63 0.10 0.018 remainder 2.62
0,32 12,18 10,04 2,92 6,03 1,46 3,10 4,62 0,11 .0,018 Rest 2,460.32 12.18 10.04 2.92 6.03 1.46 3.10 4.62 0.11, 0.018 remainder 2.46
0,35 12,16 10,00 2,96 5,93 1,47 2,95 4,56 0,11 0,013 Rest 2,390.35 12.16 10.00 2.96 5.93 1.47 2.95 4.56 0.11 0.013 remainder 2.39
0,25 12,00 9,90 4,95 5,05 1,75 3,04 4,40 0,135 0,015 Rest 2,510.25 12.00 9.90 4.95 5.05 1.75 3.04 4.40 0.135 0.015 remainder 2.51
0,43 12,17 10,05 4,98 5,20 1,45 2,90 4,62 0,12 0,016 Rest 2,490.43 12.17 10.05 4.98 5.20 1.45 2.90 4.62 0.12 0.016 remainder 2.49
0,34 11,92 9,94 3,01 6,40 1,93 3,15 4,52 0,13 0,017 Rest 2,480.34 11.92 9.94 3.01 6.40 1.93 3.15 4.52 0.13 0.017 remainder 2.48
nominale Zusammensetzung (Gew.-^)nominal composition (wt .- ^)
gegen-against-
?e 0,06 '15,OQ 15,00 5,25 — — 3,50 4,40 — 0,03 Rest? e 0.06 '15, OQ 15.00 5.25 - - 3.50 4.40 - 0.03 remainder
Cb .Cb.
0,26 11,84 9,97 5,96 6,10 1,09 3,06 5,10 0,078 0,017 Rest 2,970.26 11.84 9.97 5.96 6.10 1.09 3.06 5.10 0.078 0.017 remainder 2.97
19048U - Π - 19048U - Π -
Die Oxydationsbeständigkeit, die durch die Gewichtszunahme in bestimmten Zeitintervallen bei erhöhten Temperaturen gemessen wird, um die Korrosionseigenschaften, die durch die Sulfidierungsbeständigkeit gemessen werden, sind mit denjenigen der gegenwärtig üblichen Legierung vergleichbar· The resistance to oxidation caused by the increase in weight measured at certain time intervals at elevated temperatures is used to reduce the corrosion properties caused by the The resistance to sulphidation measured are comparable to those of the currently used alloy
Die Warmbearbeitbarkeit der Legierung ergibt sich aus der Tatsache, daß die hergestellten Gußbrammen extrudiert, geschmiedet oder warmgewalzt wurden. Die eben erwähnten drei Methoden der Y/armbearbeitung wurden auch mit verschiedenen Kombinationen derselben erreicht. Die Gußbrammen wurden auch direkt in Barren, Schienen und- Tafeln gewalzt.The hot workability of the alloy results from the The fact that the cast slabs produced were extruded, forged or hot rolled. The three just mentioned Y / arm machining methods have also been achieved with various combinations of the same. The cast slabs were too rolled directly into bars, rails and sheets.
Das Verfahren der Berechnung der Elektronenleerstellenaahl (Nv) für eine Legierung-ist den Fachleuten bekannt. Es besteht grundlegend darin, daß die durchschnittliche Zahl der Blektronenleerstellen (Ny) in einer Legierung berechnet wird, indem'die Atombrüche der betreffenden Elemente gebildet werden. Die Zusammensetzung der Xegierungsmatriac wird dann ein kritischer Teil in der ^-Berechnung,und alle ausgefallenen Phasen werden von der gesamten Legierungszusammensetzung abgezogen. Die Art, die Menge und die Zusammensetzungen der ausgefallenen Phasen werden zunächst durch verschiedene empirische Verfahren, die ebenfalls in der Technik sind, bestimmt.The method of calculating the electron vacancy number (N v ) for an alloy is known to those skilled in the art. It basically consists in calculating the average number of electron vacancies (N y ) in an alloy by forming the atomic fractions of the elements concerned. The composition of the alloy matrix then becomes a critical part in the calculation and any precipitated phases are subtracted from the total alloy composition. The nature, amount, and compositions of the precipitated phases are first determined by various empirical methods also known in the art.
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Insbesondere, wie es im Beispiel gezeigt ist, weröen die Legierungselemente in Material in Atomprozent umgewandelt. Im Anschluß an die Berechnung der ausgefallenen Boride* Carbide und gamma-Primärphasen werden die restlichen Legierungselemente als Matrix genommen· Die Mengen der Matrixeleiaente werden auf 100 0A umgerechnet und die neue Matrixziisaianien-Setzung wird dann zur Berechnung der mittleren Elektronenleerstellenzahl durch Stimulierung verwendet.In particular, as shown in the example, the alloying elements are converted into material in atomic percent. Following the calculation of the precipitated borides * carbides and gamma primary phases, the remaining alloying elements are taken as a matrix.The quantities of matrix elements are converted to 100 0 A and the new matrix setting is then used to calculate the mean number of electron vacancies through stimulation.
Sin Beispiel der Berechnung der Blektronenleeratellensahl der erfindungsgemäßen Probe Nr. 3 wird in der Folge erläutert. An example of calculating the metal electron void number of sample No. 3 according to the present invention will be explained below.
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Tatsächliches Verfahren, das bei der Berechnung der Elektronen! e er st eilenzahl (H_) für die Probe ITr. 5 verwendet wurdeActual method used when calculating the electrons! e number of stiles (H_) for the sample ITr. 5 was used
Zunächst enthält die Matrix Atome eines jeden Elements inFirst of all, the matrix contains atoms of every element in
einer Menge entsprechend den Atomprozenten. Die folgenden Reaktionen finden statt:an amount corresponding to the atomic percent. The following reactions take place:
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a) Verlust τοπ Elementen durch Bildung von Boric!ena) Loss of τοπ elements due to the formation of boric! en
EggtljLcheJiSleiaente nach EggtljLcheJiSleiaente after
Ni « 57,90 - (0,30 x %2X) β 57,89 Gr « 13,36 - (0,75 χ &pl) » 13,53 Ii - 3,52 - (0,45 x ™^) - 3,50Ni «57.90 - (0.30 x% 2X) β 57.89 Gr «13.36 - (0.75 χ & pl)» 13.53 Ii - 3.52 - (0.45 x ™ ^) - 3.50
0 07 Mo « 1,76 - (1,50 :z -—-) s 1,710 07 Mo «1.76 - (1.50: z -—-) s 1.71
b} Verlust von Elementen durch Bildung von Carbiden, wobei M ein oder raehx'ere rastallisohe Elemente; darstellteb} Loss of elements through the formation of carbides, where M one or more radial elements; depicted
MC + M6C [MipGoMo.,0]MC + M 6 C [MipGoMo., 0]
Eeatliche ElementeEssential elements
1,66 ji verfügbarer Kohlenstoff1.66 ji of available carbon
MC - 0,83 # KohlenstoffMC - 0.83 # carbon
Ta κ 0,46 - Oy46 « 0 nach derTa κ 0.46 - Oy46 «0 after the
Zr * 0f0? - OpO? - 0 Mö-ReaktionZr * 0 f 0? - OpO? - 0 Mö reaction
.2:1 « 3,50 - 0,30 ~ 3,20.2: 1 «3.50 - 0.30 ~ 3.20
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19048U19048U
MgC ~ 0,85 f* KohlenstoffMgC ~ 0.85 f * carbon
Hi * 57,89 - 1,66 « 56,23 Co "- 9,70 - 0,83 - 8,87 Mo *= 1,71 - 2,49 » 0 W « 1,85 - 0,78 = 1,07Hi * 57.89 - 1.66 «56.23 Co "- 9.70 - 0.83 - 8.87 Mo * = 1.71 - 2.49 "0 W" 1.85 - 0.78 = 1.07
MCg-ReaktionMCg response
c) Verlust von Elementen zur Bildung von gamraa-Priinärphaaen + !Ei + 0,1 Cr)c) Loss of elements for the formation of gamraa primary phases +! Egg + 0.1 Cr)
Restliche Elemente nach der Bildung von gaam~PrJLmärphaoenRemaining elements after the formation of gaam prJLmärphaoen
Cr » 13,33 - 1,33 ».12,00Cr »13.33-1.33», 12.00
Hi = 56,23 - 3(9,66 + 3,20 + 1,33) = 13,66Hi = 56.23-3 (9.66 + 3.20 + 1.33) = 13.66
Nunmehr enthält die Matrix diejenigen Atome eines jeden Elements, die bei den obigen Reaktionen nicht teilgenoimnen haben. Somit verbleibt:Now the matrix contains those atoms of each element, who did not participate in the above reactions. This leaves:
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19048U19048U
(*) "remaining atoms
(*) "
der restlichen
Stoffe in.der
Matrixpercentage
the rest
Substances in the
matrix
Die Elektronenleerstellenzahl (N„) wird aus der folgenden Gleichung bestimmt:The electron vacancy number (N ") becomes from the following Equation determines:
H^ = 4,66(Cr + Mo + W)" + 1,71(Co) + 0,66(Hi)H ^ = 4.66 (Cr + Mo + W) "+ 1.71 (Co) + 0.66 (Hi)
worins jedes chemische Symbol den Prosentsatz der restlichen Stoffe in der Matrix darstellt. where each chemical symbol represents the percentage of the remaining substances in the matrix.
4,66(33,71 +3,01) + 1,71(24,92) + 0,66(38,37) 2,394.66 (33.71 +3.01) + 1.71 (24.92) + 0.66 (38.37) 2.39
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■Berechnungen in ainer Anssahl von Legierungssystemen haben geseigt, daß ein Susaiaiaenhang der Elektronenleerstellen~ ssahl mit dein experimentellen Auftreten νοκ sigma-, mu~ und Lavss-jPhasen besteht. Während des Verlaufs der Entwicklung der erfindungsgomäßen Legierung, wurde ©ine Teilen zwischen Legierungen gemacht, die unerwünschte s\vreite Phasen entwickelten und di© frei von solchen Phasen waren« ■ Calculations in a series of alloy systems have shown that there is a susceptibility to the electron vacancy number with the experimental occurrence of νοκ sigma, mu and Lavss phases. During the course of development of erfindungsgomäßen alloy was made © ine parts between alloys unwanted s \ r v eite phases developed and di © were free of such phases "
In den beigefügten Mikrophotographien, Pig» 2 und 3» wirde ein Vergleich einer annehmbaren Mikrostruktur, Figo 2» und einer unannehmbaren MikroStruktur, Fig,3,.gezeigte Fig., 2 ist eine Mikrophotographie eines Keststticks der Probe Nr«> 5? die eine Elektronenleerstellenzahl von 2,39 auf\feist„ Figo ist eine Mikrophotographie eines ÜJestetüeks aus der Probe ITr.9t die eine chemische Zusammensetzung a\jsaerhalb des breiten Bereichs (s„ Tabelle V) besitzt und eine Elektronenleerstellenzaiil von 2,97 aufweist. B©idie Mikrophotographion wurden von Proben gemacht, die einen identischen wärmebehandelten Zustand aufwiesen. Sie sind 4000-faeh vergrös» p, er to In the attached photomicrographs, Pig "2 and 3", a comparison of an acceptable microstructure, Figo 2 "and an unacceptable microstructure, Fig, 3,. Fig. Shown, 2 is a photomicrograph of a test stick of sample no"> 5? which has an electron vacancy number of 2.39 on \ feist "Figo is a photomicrograph of a test piece from the sample ITr.9t which has a chemical composition outside the broad range (see" Table V) and has an electron vacancy number of 2.97. Both the photomicrographs were taken of samples which were in an identical heat-treated state. They are 4,000 times larger than that » p, er to
In Pigο 2 sind die großen nahezu sphärischen teilchen MO-Carbido 3)ie kleineren etwas sphärischen Seuchen, die an den Korngrenaflächen ausgefallen sind, sind MgO-Carbideo Innerhalb der Körner sind sahireiche scharfkantige TeilchenIn Pigο 2 the large, almost spherical particles are MO carbido 3) ie the smaller somewhat spherical epidemics that occur the grain boundaries have failed are MgO carbides Inside the grains are sahi-rich sharp-edged particles
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aus gamma-Prim ärphase ausgefallen. Von Korn zu Körn ist die Orientierung der gamma-Priinärphaee verändert.failed from the gamma primary phase. It is from grain to grain Orientation of the gamma primary phase changed.
In Fig. 3 sind verschiedene große sphärische MKMJarbidteilchen zu sehen» die durch kleinere nahezu sphärische Veilchen aus gamma-Primärphase bestehen. Die Körner enthalten viele kleine scharfkantige gamma-Prlmärausfällungen. Die unerwünschten nadelartigen Phasen, die in der gesamten Struktur vorhanden sind, sind von der eigma-Eype. Die Anwesenheit dieser unerwünschten Phase ergibt eine Instabilität· der legierung und schlechte mechanische Eigenschaften. Die ßchleohten mechanischen Eigenschaften vrerden deutlich, wenn .man die Probe Nr. 9 itt tabelle 2 mit den Eigenschaften der erfindungegemäßen Legierung vergleicht.In Fig. 3 are various large spherical MKM carbide particles to see »those through smaller, almost spherical violets consist of gamma primary phase. The grains contain many small, sharp-edged gamma primal precipitates. The unwanted ones needle-like phases that are present throughout the structure are of the Eigma-Eype. The presence this undesirable phase results in alloy instability and poor mechanical properties. the The mechanical properties become noticeable when .man sample no. 9 itt table 2 with the properties of the compares the alloy according to the invention.
Wenn sich Nadeln der aigma-Type in der Mikrostruktur bilden, dann werden die Eigenschaften in ungünstiger Weise beeinflußt, weil die Legierungselemente, die für die Verfestigung durch feste Lösungen verwendet werden, aur Bildung von nadelartigen Phasen dienen. Somit nimmt die Festigkeit ab, wenn sich Nadeln bilden und wachsen. Ein Mißerfolg tritt aufgrund eines übermäßigen Gleitens ein und die Nadeln wirken als vorzügliche Ebenen, auf denen ein Gleiten stattfinden kann. Bas heißt also, je eher Phase der eigma-Sype anwesend ist, desto größer ist äifc resultierende Stabilität der Legierung«,When aigma-type needles form in the microstructure, then the properties are adversely affected because the alloying elements responsible for the solidification by Solid solutions are used to form needle-like phases. Thus, the strength decreases when Needles form and grow. Failure occurs due to excessive sliding and the needles act as excellent Levels on which sliding can take place. Bas means, the sooner phase the Eigma-Sype is present, the more greater is the resulting stability of the alloy «,
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Claims (5)
von seltenen Kräelementen in MetallforM besteht.5 ο alloy according to one of the preceding claims, characterized in that 3ie to 0 9 50 wt .- ^ contains mixed metal, the mixed metal axis a Geiaisch
consists of rare metal elements.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US70397868A | 1968-02-08 | 1968-02-08 | |
US70397868 | 1968-02-08 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1904814A1 true DE1904814A1 (en) | 1969-09-11 |
DE1904814B2 DE1904814B2 (en) | 1973-02-08 |
DE1904814C DE1904814C (en) | 1973-08-30 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2001516A1 (en) | 1969-09-26 |
GB1252966A (en) | 1971-11-10 |
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DE1904814B2 (en) | 1973-02-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |