DE1904814B2

DE1904814B2 - USING A NICKEL ALLOY TO MANUFACTURE WARM FORMED OBJECTS

Info

Publication number: DE1904814B2
Application number: DE19691904814
Authority: DE
Inventors: Louis William McDonal Rizzo jun Joseph Pittsburgh Pa Lherbier (V St A)
Original assignee: Cyclops Corp , Pittsburgh, Pa (V St A )
Priority date: 1968-02-08
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1973-02-08
Also published as: FR2001516A1; GB1252966A; DE1904814A1; US3617261A

Description

2020th

2525th

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickellegierung zur Herstellung von warm verformten Gegenständen.The invention relates to the use of a nickel alloy for the manufacture of hot worked Objects.

Für die Luftfahrt- und Raumfahrtindustrie u.dgl. wurden viele Superlegierungen entwickelt, aber der Anwendungsbereich dieser Legierungen war beschränkt, da sie nicht gleichzeitig die gewünschten Hochtemperaturfestigkeitseigenschaften und eine ausreichende Duktilität für die Warmverformung aufwiesen. Mit dem Trend zur Entwicklung von Maschinen mit höheren und höheren Leistungen ergaben sich auch immer stärkere Beanspruchungen einzelner Teile dieser Maschinen.Many superalloys have been developed for the aerospace industry and the like, but the The scope of application of these alloys was limited as they were not at the same time the desired ones Had high temperature strength properties and sufficient ductility for hot working. With the trend of developing machines with higher and higher powers arose also increasing loads on individual parts of these machines.

Der Bedarf nach einer Erhöhung der Festigkeit von Legierungen auf Nickelbasis hatte den Zusatz von feste Lösungen bildenden Härtemitteln zur Folge, wie z. B. Chrom. Molybdän, Wolfram, Aluminium und Titan. Diese Entwicklung hat von Legierungen auf Nickelbasis mit einer niedrigeren Festigkeit und einer ausreichenden Duktilität zu gegossenen Legierungen auf Nickelbasis mit einer hohen Festigkeit, aber nur beschränkten Duktilität geführt. Legierungen, die gegossen und nicht anderweitig verarbeitet werden, besitzen nicht den notwendigen Grad von Gleichförmigkeit, auch wenn das beste Präzisionsgießverfahren angewendet wird. Der erhöhte Gehalt dieser Elemente hat auch zu einer Instabilität der Legierung geführt, da die Ausfällung von Phasen sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität der Legierung in abträglicher Weise beeinflußt. Diese Instabilität kann oftmals nach einer Wärmebehandlung und/oder nach einer längeren Lagerung bei erhöhten Temperaturen auftreten.The need for increasing the strength of nickel-based alloys has had the addition of solid Solution-forming hardening agents result, such as. B. Chromium. Molybdenum, tungsten, aluminum and titanium. This development has resulted from nickel-based alloys with a lower strength and a sufficient one Ductility to cast nickel-based alloys with high strength, but only limited Ductility led. Have alloys that are cast and not otherwise processed does not have the necessary degree of uniformity, even when using the best precision casting process will. The increased content of these elements has also made the alloy unstable, as the Precipitation of phases adversely affects both strength and ductility of the alloy. This instability can often occur after heat treatment and / or after a long period of time Storage at elevated temperatures may occur.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun die Verwendung einer Legierung auf Nickelbasis aus folgenden Bestandteilen: 0,30 bis 0,40% Kohlenstoff, maximal 1,00% Mangan, maximal 1,00% Silicium, 11,00 bis 13,00% Chrom, 9,00 bis 11,00% Kobalt, 2,50 bis 3,50% Molybdän, 5,50 bis 6,50% Wolfram, 1,25 bis 1,75% Tantal, 4,45 bis 4,70% Aluminium, 2,80 bis 3,20% Titan, 0,008 bis 0,018% Bor, 0,005 bis 0,150% Zirkonium, maximal 1,0% Eisen, Rest Nickel, zur Herstellung von warm verformten Gegenständen vorgeschlagen. Alle Angaben gelten in Gewichtsprozent.In accordance with the present invention, use of a nickel-based alloy is now made up of the following Ingredients: 0.30 to 0.40% carbon, maximum 1.00% manganese, maximum 1.00% silicon, 11.00 to 13.00% chromium, 9.00 to 11.00% cobalt, 2.50 to 3.50% molybdenum, 5.50 to 6.50% tungsten, 1.25 to 1.75% tantalum, 4.45 to 4.70% aluminum, 2.80 to 3.20% titanium, 0.008 to 0.018% boron, 0.005 to 0.150% zirconium, maximum 1.0% iron, balance nickel, for Proposed manufacture of thermoformed articles. All information is given in percent by weight.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Legierung verwendet, die noch bis zu 0,50% Mischmetall aus Seltenen Erden enthält, wobei das Mischmetall aus einem Gemisch von Seltenen Erdeiementen in Metallfonn besteht.According to a preferred embodiment of the invention an alloy is used that still contains up to 0.50% mischmetal from rare earths, whereby the mischmetal consists of a mixture of rare earth elements in metal form.

Aus der Patentschrift Nr. 26 973 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist zwar schon eine hochfeste und oxydationsbeständige Legierung auf Nickel-Chrom-Basis bekannt, die aus 6 bis 20% Chrom, 0 bis 20% Kobalt, 0 bis 10% Molybdän,From patent specification No. 26 973 of the Office for Invention and patent system in East Berlin is a high-strength and oxidation-resistant alloy on a nickel-chromium basis known, which consists of 6 to 20% chromium, 0 to 20% cobalt, 0 to 10% molybdenum,

2 bis 8% Aluminium, 0,5 bis 8% Titan, 0 bis 0,25% Bor, 0 bis 03% Zirkon und 0 bis 10% Eisen, 0 bis 1 % Mangang bis 1% Silicium, 0,25 bis 1,0% Kohlenstoff sowie bis zu je 5% von einem der mehreren Elemente Vanadin, Niob, Tantal und bis zu 12% Wolfram, Rest Nickel besteht, doch kann die darin beschriebene Legierung nicht warm verformt werden, sofern nicht die erfindungsgemäß vorgesehenen Grenzen eingehalten werden. Gleiche Überlegungen gelten für die Legierungen, wie sie in den britischen Patentschriften 734 210. 972 212 und in den USA.-Patentschriften 3 304 176.2 to 8% aluminum, 0.5 to 8% titanium, 0 to 0.25% boron, 0 to 03% zircon and 0 to 10% iron, 0 to 1% manganese up to 1% silicon, 0.25 to 1.0% carbon and up to 5% each of one of the several elements vanadium, Niobium, tantalum and up to 12% tungsten, the remainder nickel, but the alloy described therein can are not hot-deformed unless the limits provided according to the invention are adhered to. The same considerations apply to the alloys as set out in British Patents 734 210. 972 212 and U.S. Patents 3,304,176.

3 322 534 und 3 164 465 beschrieben werden.3,322,534 and 3,164,465.

In der deutschen Auslegeschrift 1 096 040 werden ferner warm verformbare Nickellegierungen beschrieben, die aus 4 bis 30% Chrom, 0 bis 55% Kobalt, 0 bis 40% Eisen, bis 0,5% Kohlenstoff.O bis 20% Molybdän.In the German Auslegeschrift 1 096 040, hot-deformable nickel alloys are also described, those of 4 to 30% chromium, 0 to 55% cobalt, 0 to 40% iron, up to 0.5% carbon, 0 to 20% molybdenum.

0 bis 5% Wolfram, 0 bis 1 % Niob und/oder Tantal, bis0 to 5% tungsten, 0 to 1% niobium and / or tantalum, up to

1 % Mangan,bis 2% Silicium,0,01 bisO.2% Zirkonium. 0.5 bis 8% Titan, 0,3 bis 8% Aluminium. 0,001 bis 0,01 % Bor, Rest Nickel, bestehen.1% manganese, up to 2% silicon, 0.01 to O.2% zirconium. 0.5 to 8% titanium, 0.3 to 8% aluminum. 0.001 to 0.01% boron, the remainder nickel.

Nachdem die bekannte Legierung aber höchstens 1 % Niob und/oder Tantal enthalten kann, unterscheidet sie sich von der anmeldungsgemäß verwendeten Legierung, da diese 1,25 bis 1,75 Gewichtsprozent Tantal enthält. Unterschiede bestehen auch hinsichtlich des Wolframgehalts, der bei der bekannten Legierung 0 bis 5% und bei der anmeldungsgemäß verwendeten Legierung 5,50 bis 6,5% beträgt.Since the known alloy can contain a maximum of 1% niobium and / or tantalum, a distinction is made they differ from the alloy used according to the application, since this is 1.25 to 1.75 percent by weight Contains tantalum. There are also differences with regard to the tungsten content in the known alloy 0 to 5% and for the alloy used according to the application is 5.50 to 6.5%.

Gemäß der Erfindung wird eine Legierung auf Nikkeibasis verwendet, die bis zu einer Temperatur von 1038 C annehmbare Festigkeitseigenschaften aufweist und die gegenüber den gegenwärtig verwendeten Legierungen beträchtlich verbessert ist. Die Legierung besitzt eine ausreichende Warmbearbeitbarkeit. so daß sie stranggepreßt, geschmiedet und/oder warmgewalzt werden kann und nicht gegossen werden muß. Eine Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit wurde ebenfalls erreicht. Die Duktilität und die Korrosionsbeständigkeit wurden nicht abträglich beeinflußt.According to the invention, a Nikkei-based alloy is used which can be used up to a temperature of 1038 C has acceptable strength properties compared to currently used alloys is considerably improved. The alloy has sufficient hot workability. so that it can be extruded, forged and / or hot rolled and does not have to be cast. One Improvement in resistance to oxidation was also achieved. The ductility and corrosion resistance were not adversely affected.

Obwohl die Menge der Legierungszusätze in diesem Material gegenüber den gegenwärtigen verformbaren Legierungen beträchtlich erhöht worden ist, wurde die Stabilität nicht in abträglicher Weise beeinflußt.Although the amount of alloy additives in this material compared to the current ductile Alloys was increased significantly, the stability was not adversely affected.

Die obigen Resultate wurden dadurch erreicht, daß eine genaue Kombination von Elementen verwendet wurde, um eine hohe Festigkeit zu erzielen, ohne daß die anderen Eigenschaften, 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. Zur Auffindung der vorliegenden Legierung wurde die Technik der Vermeidung unerwünschter Phasen durch Berechnung der Elektronen-Leerstellenzahlen verwendet.The above results have been achieved using a precise combination of elements has been designed to achieve high strength without sacrificing the other properties that normally result from an increase in strength will be adversely affected. This exact balance of the elements used results in a reduction in the formation of harmful phases that lead to instability of the alloy. To find the present alloy, the technique was the avoidance of undesired phases by calculating the electron vacancy numbers.

Die Struktur der Superlegierungen auf Nickelbasis besteht hauptsächlich aus gamma-Primärphasen, aus Carbidausfällungen und aus einer gamma-Matrix.The structure of the nickel-based superalloys consists mainly of gamma primary phases Carbide precipitates and from a gamma matrix.

Wenn die Zusammensetzung des Materials nicht richtig kontrolliert wird, dann wachsen aus gamma-Matrix unerwünschte Phasen heraus, indem eine Kernbildung auf den Carbid-Niederschlägtn erfolgt. Diese unerwünschten Phasen beeinträchtigen in ungünstiger Weise die Stabilität und die Fettigkeit des Materials. Hierbei handelt es sich um intermetallische sigma-, _mu- und Laves-Phasen. Demgemäß is* 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 Legierungsbestandteile in der Matrix werden durch andere Elemente in der Legierung bestimmt, wie z. B. Aluminium, Titan, Kohlenstoff und Bor, die alle eine Umsetzung unter Bildung von Ausfällungsphasen erfahren haben.If the composition of the material is not properly controlled, undesirable phases will grow out of the gamma matrix by nucleating the carbide precipitates. These undesirable phases adversely affect the stability and the greasiness of the material. These are intermetallic sigma, _m u and Laves phases. Accordingly, is * the composition of the matrix of great importance in the development of new superalloys based on nickel. The matrix of the alloy according to the invention consists of nickel, cobalt, chromium, molybdenum, tungsten and tantalum. The individual amounts of these alloy components in the matrix are determined by other elements in the alloy, such as e.g. B. aluminum, titanium, carbon and boron, all of which have undergone a reaction with the formation of precipitation phases.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen werden vakuumgeschmolzen, obwohl die Verwendung anderer geeigneter Schmelzverfahren möglich ist.The alloys used according to the invention are vacuum melted, although other suitable melting processes can be used.

Der Kohlenstoffgehalt liegt zwischen 0,30 und 0,40%. Extrem hohe Kohienstoffgehalte(d. h.oberhalb 045% I sind nicht erwünscht, da hierdurch die Legierung spröde wird. Die für die Verfestigung durch BilThe carbon content is between 0.30 and 0.40%. Extremely high carbon contents (i.e. above 045% I are not desired, as this makes the alloy becomes brittle. The for the solidification by Bil

dung von festen Lösungen verantwortlichen Elemente 25 Effekt wie Aluminium.solid solutions responsible elements 25 effect like aluminum.

bessern. Kobalt in einer Menge von mehr als 12,0% verschlechtert die Oxydations- und Korrosionseigenschaften. improve. Cobalt in an amount of more than 12.0% worsens the oxidation and corrosion properties.

Tantal ist ein kritisches Element, und zwar wegen seiner Härtung durch Bildung fester Lösungen und wegen seiner Carbidbildung. Mengen von 1,25 bis 1,75% sind vorgesehen. Molybdän und Wolfram nehmen auch an der Carbidbildung und der Härtung durch feste Lösungen teil. Der Bereich des Molybdäns beträgt 2^ bis 3,5%. Gehalte am unteren Ende dieses Bereichs sind erwünscht, da die Anwesenheit von viel Molybdän zur Ausfällung von schädlichen Phasen führen kann. Der Wolframgehalt liegt im Bereich von 5,5 bis 6,5%.Tantalum is a critical element because of its hardening through the formation of solid solutions and because of its carbide formation. Quantities from 1.25 to 1.75% are planned. Molybdenum and tungsten also take part in carbide formation and hardening part through fixed solutions. The range of molybdenum is 2 ^ to 3.5%. Keep at the bottom of this Area are desirable because the presence of a lot of molybdenum leads to the precipitation of harmful phases can lead. The tungsten content is in the range from 5.5 to 6.5%.

Aluminium und Titan sind ebenfalls kritische Elemente, da sie zur Festigung der Superlegierungen auf Nickelbasis beitragen. Der Zusammensetzungsbereich für Aluminium ist 4,45 bis 4,70%. Unterhalb 4,0% Aluminium erreicht die Legierung nicht den erwünschten Festigkeitswert, oberhalb 5,0% zeigt die Legierung einen starken Verlust an Duktilität, Verformbarkeit und Stabilität. Der Zusammensetzungsbereich für Titan ist 2,8 bis 3,2%. Titan, welches ebenfalls ein Carbidbildner ist, besitzt im wesentlichen den gleichenAluminum and titanium are also critical elements as they are used to strengthen the superalloys Nickel base. The compositional range for aluminum is 4.45 to 4.70%. Below 4.0% The alloy does not achieve the desired strength value for aluminum; the alloy shows above 5.0% a severe loss of ductility, deformability and stability. The composition range for Titanium is 2.8 to 3.2%. Titanium, which is also a carbide former, has essentially the same properties

bilden Carbide, und diese Carbide veranlassen eine Morphologie, die für die gewünschten Eigenschaften schlecht ist.form carbides, and these carbides induce a morphology necessary for the desired properties bad is.

Eine Legierung mit bis zu 0,50% Mischmetal} besitzt eine zusätzliche Oxydationsbeständigkeit. Mischmetall enthält verschiedene Mengen Seltener Erdelemente, wobei Cer, Lanthan und Yttrium im allgemeinen die Hauptbestandteile sind. Eine Sulfidisierungskorrosionsbeständigkeit kann ebenfalls durch den Sowohl Bor als auch Zirkonium verbessern die Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen. Der Bereich für Bor ist 0,008 bis 0,018%. Zirkonium hat einen Bereich von 0,005 bis 0,150%. Ein Überschuß eines dieser Elemente hat einen schädlichen Einfluß auf die Duktilität und die Stabilität der Legierung.An alloy with up to 0.50% mixed metal} has additional resistance to oxidation. Mischmetal contains various amounts of rare earth elements, with cerium, lanthanum and yttrium in general the main ingredients are. Sulphidization corrosion resistance can also be achieved by the Both boron and zirconium improve creep resistance at elevated temperatures. Of the The range for boron is 0.008 to 0.018%. Zirconium has a range of 0.005 to 0.150%. An excess one of these elements has a deleterious effect on the ductility and the stability of the alloy.

Das Grundmaterial für die Legierung ist Nickel. Sein Vermögen, durch Ausfällung von Sekundärphasen und Carbiden zusätzlich durch Bildung festerThe base material for the alloy is nickel. Its ability, through the precipitation of secondary phases and carbides additionally by making them more solid

Zusatz der obenerwähnten Seltenen Erdelemente er- 35 Lösungen zu härten, macht es für diese AnwendungThe addition of the rare earth elements mentioned above to harden solutions makes it suitable for this application

²¹⁶QuOm verleiht in dem Bereich von 11,0 bis 13.0% Spurenelemente wie Schwefel, Phosphor Blei usw ²¹⁶ QuOm imparts trace elements such as sulfur, phosphorus, lead, etc. in the range from 11.0 to 13.0%

eine Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit, eine sowie restliches Eisen sind als Reste, wie sie durch dasan oxidation and corrosion resistance, as well as residual iron are as residues, as they are due to the

Verfestigung durch Bildung fester Lösungen und eine normale Schmelzverfahren entstehen, zulassig, EisenSolidification by the formation of solid solutions and a normal melting process arise, permissible, iron

Verfestigung der Korngrenzflächen. Ein Chromgehalt 40 kann in Mengen bis zu 2,00% vorhanden sein aber esSolidification of the grain boundaries. A chromium content 40 can however be present in amounts up to 2.00%

unter 11,0% ergibt nicht die erwünschte Oxydations- wird bevorzugt, daß der Eisengehalt unterhalb i,u /obelow 11.0% does not give the desired oxidation, it is preferred that the iron content below i, u / o

Einige der mechanischen Eigenschaften der erfin-Some of the mechanical properties of the invented

wenuci u.u ι ^.B^.^iBvwow,».^. „w ..... dungsgemäß verwendeten Legierung sind in der folgen-wenuci u.u ι ^ .B ^. ^ iBvwow, ». ^. "W ..... appropriately used alloy are in the following

Tempemturen zu erzielen. Es kann auch die Duktilität, ₄5 den Tabelle I mit den gegenwärtig erhältlichen Legiedie Verformbarkeit und die Kriecheigenschaften ver- rungen verglichen.Tempemturen to achieve. It can also _{compare ductility, 4} 5 Table I with currently available alloy deformability and creep properties.

und Korrosionsbeständigkeit.and corrosion resistance.

Kobalt wird in dem Bereich von 9,0 bis 11,0% verwendet, um Festigkeitseigenschaften bei erhöhtenCobalt is used in the range of 9.0 to 11.0%, to increase strength properties at

Tabelle I
Mechanische EigenschaftenTable I.
Mechanical properties

Probenrehearse

Nr.No.

2
3
4
6
7
1
2
4
62
3
4th
6th
7th
1
2
4th
6th

Versuchsteraperatur CC)Test temperature CC)

Raumtemperatur Raumtemperatur Raumtemperatur Raumtemperatur Raumtemperatur RaumtemperaturRoom temperature room temperature room temperature room temperature room temperature Room temperature

760760

Zugfestigkeit (kp/cm²)Tensile strength (kp / cm ² )

1414th

1313th

1515th

14 14 1414 14 14

1111th

1212th

1111th

12 1112 11

0,2-Dehngrenze0.2 yield strength Dehnung, %Strain, % (kp/cm²)(kp / cm ² ) (Meßlänge 2,54 c(Measuring length 2.54 c 14 42714 427 12,212.2 1191411914 6,26.2 12 06112 061 12,412.4 10 85010 850 15,015.0 1198411984 6,36.3 11 19311 193 13,113.1 10 29010 290 6,96.9 11 22111 221 4,04.0 9 9409 940 12,912.9 10 92710 927 2,72.7 10 12910 129 8,78.7

EinschnürungConstriction

14,114.1

9,3 13,8 18,39.3 13.8 18.3

8,8 14,3 12,18.8 14.3 12.1

8,1 19,08.1 19.0

8,1 13,28.1 13.2

Fortsetzungcontinuation

Probenrehearse
Nr.No. VersuchstemperaturTest temperature Zugfestigkeittensile strenght 0,2-Dehngrenze0.2 yield strength Dehnung, %Strain, % EinschnürungConstriction (⁰C)( ⁰ C) (kp/cm²)(kp / cm ² ) (kp/cm²)(kp / cm ² ) (Meßlänge 2,54 cm)(Measuring length 2.54 cm) (%)(%) 11 871871 8 7788 778 7 4767 476 8,78.7 18,918.9 22 871871 8 5828 582 7 5327 532 6,16.1 10,810.8 33 871871 8 9958 995 7 5397 539 3,73.7 6,06.0 44th 871871 8 4078 407 7 3857 385 6,26.2 7,57.5 66th 871871 8 7018 701 7 3297 329 5,95.9 7,87.8 77th 871871 8 2958 295 6 9026 902 7,87.8 13,413.4 99 871871 7 9737 973 6 4476 447 19,019.0 49,149.1 GegenwärtigCurrently RaumtemperaturRoom temperature 14 28014 280 9 8009 800 17,017.0 —- übliche Legierungencommon alloys 760760 9 1009 100 84008400 33,033.0 —- 871871 70007000 6 4406 440 33,033.0 —-

Bei erhöhten Temperaturen besteht ein Bedarf für hohe Festigkeitseigenschaften und eine optimale Duktilität. Eine übermäßige Duktilität bei erhöhten Temperaturen ergibt schlechte Kriechraten, und eine unzureichende Duktilität ergibt eine Verringerung der Kerbschlagzähigkeit. Die Festigkeitswerte, die durch die endgültige Zugfestigkeit und die Fließspannung gemessen werden, sind gegenüber der gegenwärtig üblichen Legierung besser, während die Duktilität, dieAt elevated temperatures, there is a need for high strength properties and optimal ductility. Excessive ductility at elevated temperatures results in poor creep rates, and inadequate Ductility results in a reduction in impact strength. The strength values that The ultimate tensile strength and yield stress to be measured are opposite to the current one usual alloy better, while the ductility that

durch die Dehnung und die Einschnürung gemessen wurde, optimal ist, so daß übermäßige Kriechraten oder eine übermäßige Kerbempfindlichkeit verhindert werden. Die gegenwärtige Legierung neigt wegen ihrer übermäßigen Duktilität bei erhöhten Temperaturen zu übermäßigen Kriechraten und ergibt eine dimensioneile Instabilität.measured by elongation and necking is optimal, allowing excessive creep rates or excessive notch sensitivity can be prevented. The current alloy tends because of them excessive ductility at elevated temperatures leads to excessive creep rates and yields one dimensionality Instability.

Die Zeitstandeigenschaften der eriindungsgemäß verwendeten Legierungen sind in Tabelle 11 angegeben.The creep properties of the alloys used according to the invention are given in Table 11.

Tabelle II
ZeitstandeigenschaftenTable II
Creep properties

Probenrehearse
Nr.No. VersuchstemperaturTest temperature
CQCQ Belastungload
(kp/cm²)(kp / cm ² ) BruchlebensdauerBreaking life
(Std.)(Hours.) Bruchdehnung (%)Elongation at break (%)
Meßlänge 2,54 cmMeasuring length 2.54 cm BnicheinschBnicheinsch
(%)(%) 11 815815 49004900 106,1106.1 4,14.1 3,03.0 33 815815 49004900 63,863.8 3,43.4 7,57.5 44th 815815 49004900 177,7177.7 7,77.7 14,814.8 11 871871 38503850 52,052.0 6,66.6 9,69.6 ττ 871871 38503850 91,991.9 7,57.5 8,58.5 44th 871871 38503850 95,795.7 7,07.0 8,48.4 55 871871 38503850 109,1109.1 6,56.5 8.08.0 66th 871871 38503850 78.678.6 2,72.7 7.67.6 77th 871871 38503850 81,981.9 5,65.6 19,819.8 88th 871871 38503850 79,279.2 8,58.5 11,911.9 11 982982 14001400 95,095.0 11,111.1 16,716.7 22 982982 14001400 116,0116.0 6,76.7 243243 33 982982 14001400 91,391.3 9,79.7 10,310.3 44th 982982 14001400 174,2174.2 9,49.4 16,616.6 55 982982 14001400 125,2125.2 15,615.6 24,224.2 77th 982982 14001400 106,5106.5 13,013.0 34,134.1 11 10371037 10501050 193193 21^21 ^ 33,433.4 44th 10371037 11201120 25,825.8 5,15.1 21,721.7 44th 10371037 10501050 285285 9,19.1 21,721.7 55 10371037 10501050 USUS 23,623.6 42,642.6

Zum Vergleich der Spannungsrißeigenschaften der 65 mein bekannt ist, verwendet, um die Rißspannung beiTo compare the stress cracking properties of the 65 mine is known, used to measure the cracking stress at

erfindungsgemäß verwendeten Legierung mit der 100 Stunden bei verschiedenen Versuchstemperaturenalloy used according to the invention with the 100 hours at different test temperatures

gegenwärtigen Legierung wurde das Larson-Müller- anzulegen. Die Resultate sind in Tabelle IHThe current alloy was the Larson-Müller plant. The results are in Table IH

Parameter-Verfahren, welches in der Technik allge- gezeigtParameter method, which is generally shown in technology

Tabelle III
lOO-Stunden-StandeigenschaftenTable III
100 hour stand characteristics

Legierungalloy Veisuchs-Exploratory
tempcraturtemperature
roro ZeitstandTime stand
festigkeitstrength
Ocp/cm²)Ocp / cm ² ) Erfindungsgemäß
Stand der Technik
Erfindungsgemäß
Stand der Technik
Erfindungsgemäß
Stand der Technik
Erfindungsgemäß
Stand der Technik
Erfindungsgemäß
Stand der Technik According to the invention
State of the art
According to the invention
State of the art
According to the invention
State of the art
According to the invention
State of the art
According to the invention
State of the art 815
815
871
871
926
926
982
982
1037
1037815
815
871
871
926
926
982
982
1037
1037 4970
4060
3850
2940
2450
1890
1540
1120
770
4904970
4060
3850
2940
2450
1890
1540
1120
770
490

Diese Zahlen sind in der graphischen Darstellung von F i g. 1 der Zeichnungen angegeben, wo der Logarithmus der Belastung gegen die Bruchlebensdauer aufgetragen ist, der sowohl die Zeit als auch die Temperatur umfaßt. Die Bruchlebensdauer wird durch den Larson-Müller- ParameterThese numbers are in the graph of FIG. 1 of the drawings indicated where the logarithm the load is plotted against the breaking life, both the time and the temperature includes. The breaking life is determined by the Larson-Müller parameter

T(20 + log t) T (20 + log t)

ίο dargestellt, worin T die Temperatur in ⁰F und t die Zeit in Stunden ist.ίο shown, where T is the temperature in ⁰ F and t is the time in hours.

Die Resultate der Tabelle III zeigen eine beträchtliche Verbesserung der Zeitstandfestigkeit bei 100 Stunden für alle Versuchstemperaturen,wenn man die erfin-The results in Table III show a significant improvement in creep rupture strength at 100 hours for all test temperatures, if one

\ 5 dungsgemäß verwandte Legierung mit der gegenwärtig üblichen Legierung vergleicht. \ 5 compares the related alloy with the currently used alloy.

Die chemische Analyse der Versuchsproben und einer bekannten Legierung, die bei der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften verwendet wurden, sind in Tabelle IV angegeben.Chemical analysis of the test samples and a known alloy used in the determination the mechanical properties used are given in Table IV.

Tabelle IV
Tatsächliche Zusammensetzung (Gewichtsprozent) und ElektronenleersteilenzahlTable IV
Actual composition (weight percent) and electron vacancy number

Probenrehearse

Nr.No.

2
3
4
5
6
7
82
3
4th
5
6th
7th
8th

Bekannte
LegierungAcquaintance
alloy

035
032
0,34
0,32
0,35
0,25
0,43
0,34035
032
0.34
0.32
0.35
0.25
0.43
0.34

0,06
0,260.06
0.26

CrCr

11,81
12,00
11,99
12,18
12,16
12,00
12,17
11,9211.81
12.00
11.99
12.18
12.16
12.00
12.17
11.92

15,00
11,8415.00
11.84

CoCo MoMon 10,0210.02 4,994.99 9,989.98 5,025.02 10,0210.02 5,085.08 10,0410.04 2^22 ^ 2 10,0010.00 2£62 £ 6 9,909.90 4,954.95 10,0510.05 4,984.98 9,949.94 3,013.01

WW. TaTa TiTi 5,055.05 1,851.85 3,053.05 5,075.07 1,691.69 2,982.98 5,185.18 1,761.76 3,103.10 6,036.03 1,461.46 3,103.10 5,935.93 1,471.47 2^52 ^ 5 5,055.05 1.751.75 3,043.04 5,205.20 1,451.45 2,902.90 6,406.40 153153 3,153.15

4,64 4,65 4,63 4,62 4,56 4,40 4,62 4,52 Nominale Zusammensetzung (Gewichtsprozent)4.64 4.65 4.63 4.62 4.56 4.40 4.62 4.52 Nominal composition (percent by weight)

AIAI

ZrZr

0,110.11

0,1470.147

0,100.10

0,110.11

0,1350.135

0,120.12

0,130.13

15,00 9,9715.00 9.97

5,25 5,965.25 5.96

6,10 Nbl,09 3,50
3,066.10 Nbl, 09 3.50
3.06

4,40
5,104.40
5.10

0,0780.078

0,015
0,012
0,018
0,018
0,013
0,015
0,016
0,0170.015
0.012
0.018
0.018
0.013
0.015
0.016
0.017

0,03
0,0170.03
0.017

NiNi N.N. Restrest 2,552.55 Restrest 2,582.58 Restrest 2,622.62 Restrest 2,462.46 Restrest 2,392.39 Restrest 2,512.51 Restrest 2,492.49 Restrest 2,482.48

Rest
Restrest
rest

Die Oxydationsbeständigkeit, die durch die Gewichtszunahme in bestimmten Zeitintervallen bei er- höhten Temperaturen gemessen wird, und die Korrosionseigenschaften, die durch die Sulfidierungsbeständigkeit gemessen werden, sind mit denjenigen der gegenwärtig üblichen Legierung vergleichbar.The resistance to oxidation, which is caused by the increase in weight in certain time intervals elevated temperatures is measured, and the corrosion properties that result from the sulphidation resistance are comparable to those of the currently used alloy.

Die Wannverfbnnbarkeit der Legierung ergibt sich aus der Tatsache, daß die hergestellten Gußbrammen stranggepreßt, geschmiedet oder warmgewalzt werden. Die ebenerwähnten drei Methoden der Warmbearbeitung wurden auch mit verschiedenen Kombinationen derselben erreicht Die Gußbrammen wurden auch direkt in Barren, Schienen und Tafeln gewalztThe ability of the alloy to dissolve in a bath is determined from the fact that the cast slabs produced are extruded, forged or hot rolled. The three hot working methods just mentioned have also been achieved with various combinations thereof. Cast slabs have also been made rolled directly into bars, rails and sheets

Das Verfahren der Berechnung der Elektronenleerstellenzahl (JV₀) für eine Legierung ist den Fachleuten bekannt Es besteht grundlegend darin, daß die durchschnittliche Zahl der Elektronenleerstellen (7V_r) in einer Legierung berechnet wird, indem die Atombruche der betreffenden Elemente gebildet werden. Die Zusammensetzung der Legierungsmatrix wird dann ein kritischer Teil in der /VVBerechnung, und alle ausgefallenen Phasen werden von der gesamten Legieningszusammensetzung 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 (JV ₀ ) for an alloy is known to those skilled in the art. It is fundamentally that the average number of electron _{vacancies (7V r} ) in an alloy is calculated by forming the atomic fractions of the elements concerned. The composition of the alloy matrix then becomes a critical part in the / VV calculation and any failed 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

Insbesondere, wie es im Beispiel gezeigt ist, werden die Legierungselemente im 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 Matrixelemente werden auf 100% umgerechnet, und die neue Matrixzusammensetzung wird dann zur Berechnung der mittleren Elektronenleersteilenzahl durch Summierung verwendetIn particular, as it is shown in the example the alloying elements in the material are converted to atomic percent. Following the calculation of the precipitated borides, carbides and gamma primary phases are the remaining alloying elements as Matrix taken. The amounts of the matrix elements are converted to 100%, and the new matrix composition is then used to calculate the mean electron blank number by summing used

Ein Beispiel der Berechnung der Elektronenleerstellenzahl der erfindungsgemäßen Probe Nr. 5 wird in der Folge erläutertAn example of the electron vacancy calculation of Sample No. 5 of the present invention will be explained below

Tatsächliches Verfahren, das bei der BerechnungActual procedure used in the calculation

der Elektrooenkerstellenzahl (tf_c) für die Probe Nr.the number of electrical operators (tf _c ) for sample no.

verwendet wurdewas used

Elementelement

AiomgcwicniAiomgcwicni

AtomprozenteAtomic percentages

Ί
035Ί
035 !
0,029!
0.029 1.661.66 12,1612.16 03380338 13361336 10,0010.00 0,16970.1697 9,709.70 2^62 ^ 6 OJ03O8OJ03O8 1.761.76 5J935J93 0,03230.0323 1.851.85 1,471.47 0,00810.0081 0,460.46 4,564.56 0,16900.1690 9,669.66 2£52 £ 5 0,06150.0615 3,523.52 0,0130.013 OJOO! 2OJOO! 2 0.070.07 0,110.11 0,00120.0012 0.070.07 59,5059.50 1,01351.0135 57505750

Restliche Elemente nach der Bildung
von gamma-PrimärphasenRemaining items after formation
of gamma primary phases

Cr = 1333 - 1,33 = 1100Cr = 1333-1.33 = 1100

Ni = 56,23 - 3 (9,66 + 3,20 + 133) = 13.66Ni = 56.23-3 (9.66 + 3.20 + 133) = 13.66

Nunmehr enthält die Matrix diejenigen Atome eines
jeden Elements, die bei den obigen Reaktionen nicht
teilgenommen haben. Somit verbleibt:The matrix now contains those atoms of one
any element that failed in the above reactions
have participated. This leaves:

IOIO Elementelement

Zunächst enthält die Matrix Atome eines jeden Elements in einer Menge entsprechend den Atomprozenten. Die folgenden Reaktionen finden stan: First of all, the matrix contains atoms of each element in an amount corresponding to the atomic percent. The following reactions were found:

a) Verlust von Elementen durch Bildung von Bondena) Loss of elements due to the formation of bonds

ehe Atome <
<%i I before atoms <
<% i I Prozentsatz der
restlichen Stoffe
in der MatrixPercentage of
remaining fabrics
in the matrix 0,00.0 12,0012.00 33.7133.71 8,878.87 24.9224.92 0,00.0 0,00.0 1,071.07 3,013.01 0,00.0 0.00.0 0,00.0 0.00.0 0,00.0 0.00.0 0,00.0 0.00.0 0,00.0 0.00.0 13.6613.66 38.3738.37

Restliche Elemente nach der BoridreaktionRemaining elements after the boride reaction

Ni = 57,90 -Ni = 57.90 -

= 57,89 = 57.89

Cr = 1336 - (o,75 ■ ~λ = 1333Cr = 1336 - (0.75 λ = 1333

Ti= 3,52-(0,45-5§!)= 3,50Ti = 3.52- (0.45-5§!) = 3.50

Mo = 1,76 - (ΐ,50· 5*ΖΛ = 1,71Mo = 1.76 - (ΐ, 50 5 * ΖΛ = 1.71

b) Verlust von Elementen durdh Bildungb) Loss of elements through education

von Carbiden, wobei M ein oder mehrere metallischeof carbides, where M is one or more metallic

Elemente darstelltRepresents elements

MC + M₆C[Ni₂CoMo₃C]MC + M ₆ C [Ni ₂ CoMo ₃ C]

Restliche Elemente 1,66% verfügbarer Kohlenstoff MC - 0,83% Kohlenstoff Ta = 0,46 - 0,46 = Zr = 0,07 - 0,07 = H = 3,50 - 030 = 3JQ Remaining elements 1.66% available carbon MC - 0.83% carbon Ta = 0.46 - 0.46 = Zr = 0.07 - 0.07 = H = 3.50 - 030 = 3JQ

SÄL-MC-Reaktion SÄL- MC reaction

M₆C - 0,83% Kohlenstoff Ni = 57,89 - ί,66 = 56,231 Co = 9,70 - 0,83 = 8,87 ffe 1,71-2,49 =M ₆ C - 0.83% carbon Ni = 57.89 - ί, 66 = 56.231 Co = 9.70 - 0.83 = 8.87 ffe 1.71-2.49 =

3= 1J07J3 = 1J07J

nach der MQ-Reaktionafter the MQ response

c) Verlast von Elementen zur Bildungc) Shipment of elements for education

Ni₃^Al+Ti+ 0,1 Cr)Ni ₃ ^ Al + Ti + 0.1 Cr)

¹⁵ c_r:: ¹⁵ c _r ::

Co .
Mo.
W..
Ta .
Al..
Ti..
Zr.Co.
Mon
W ..
Ta.
Al ..
Ti ..
Zr.

²S B Ni.. ² SB Ni ..

Die Elektronenleerstellenzahl (NJ wird aus der io!
genden Gleichung bestimmt:The electron vacancy number (NJ is derived from the io!
determined by the equation:

N_T = 4,66(Cr + Mo + W) + 1,71(Co) + 0.66(Ni) N _T = 4.66 (Cr + Mo + W) + 1.71 (Co) + 0.66 (Ni)

worin jedes chemische Symbol den Prozentsatz dei restlichen Stoffe in der Matrix darstellt.where each chemical symbol represents the percentage of the remaining substances in the matrix.

_Nr ₌ 4,66(33,71 + 3,01) + 1,71(24.92) _No ₌ 4.66 (33.71 + 3.01) + 1.71 (24.92)

+ 0.66(3837)
N₂ = 239+ 0.66 (3837)
N ₂ = 239

Berechnungen in einer Anzahl von Legierungs·- systemen haben gezeigt, daß ein Zusammenhang de: Elektronenleerstellenzahl mit dem experimentellen Auftreten von sigma-, mu- und Laves-Phasen besteht Während des Verlaufs der Entwicklung der erfindungsgemäß verwandten Legierung wurde ein Unter-45. schied zwischen Legierungen gemacht, die unerwünschte zwei Phasen entwickelten und die frei von solchen Phasen waren.Calculations in a number of alloys - systems have shown that there is a connection between the number of electron vacancies and the experimental Occurrence of sigma, mu and Laves phases exists during the course of the development of the invention related alloy became a sub-45. differentiated between alloys made that are undesirable developed two phases and which were devoid of such phases.

In den beigefügten Mikrophotographien (F i g und 3) wird ein Vergleich einer annehmbaren Mikrostruktur (F i g. 2) und einer unannehmbaren Mikro Struktur (F ig. 3) gezeigt F ig. 2 ist eine Mikrophoto graphie eines Teststücks der Probe Nr. 5, die eint EtektronenleersteOenzahl von 239 aufweist Fig.: ist eine Mikrophotographie eines Teststücks aus dei SS Probe Nr. 9, die eine chemische Zusammensetzung außerhalb des breiten Bereichs (s. Tabelle IV) besitz and eine Elektronenleerstellenzahl von 2£>7 aufweist Beide Mikrophotographien warden von Proben ge macht, die einen identischen wärmebehandelten Zu stand aufwiesen. Sie sind 4000fach vergrößertIn the attached photomicrographs (Figs. 3) a comparison of an acceptable microstructure is made (Fig. 2) and an unacceptable microstructure (Fig. 3) shown in Fig. 2 is a photomicrograph Graph of a test piece of Sample No. 5, which has an electron-empty number of 239 Fig .: Fig. 9 is a photomicrograph of a test piece from SS Sample No. 9 showing a chemical composition outside the broad range (see Table IV) and has an electron vacancy number of 2 £> 7 Both photomicrographs are taken of samples that have an identical heat treated finish stood exhibited. They are enlarged 4000 times

In F i g. 2 sind die großen, nahezu sphärischen TeD eben MC-Carbid. Die kleineren, etwas sphärische] Teilchen, die an den Korngrenzflächen ausgefallei sisd, sind M₆C-CaTbJdC innerhalb der Körner sim · zahlreiche scharfkantige Teilchen aus gamma-Primäi phase ausgefallen. Von Korn zu Korn ist die Orientie rung der gamma-Primärphase verändert
1 in F i g. 3 sind verschiedene große sphärische MCIn Fig. 2 the large, almost spherical TeD are MC carbide. The smaller, slightly spherical] particles ausgefallei sisd at the grain boundaries are M ₆ C CaTbJdC within the grains sim · numerous sharp-edged particles of gamma phase Primäi failed. The orientation of the gamma primary phase changes from grain to grain
1 in FIG. 3 are different large spherical MC

Carbidteilchen zu sehen, die durch kleinere, nahezu sphärische Teilchen aus gamma-Primärphase bestehen. Die Körner enthalten viele kleine, scharfkantige gamma-Primärausfällungen. Die unerwünschten nadelartigen Phasen, die in der gesamten Struktur vorhanden sind, sind vom sigma-Typ. Die Anwesenheit dieser unerwünschten Phase ergibt eine Instabilität der Legierung und schlechte mechanische Eigenschaften. Die schlechten mechanischen Eigenschaften werden deutlich, wenn man die Probe Nr. 9 in Tabelle 1 mit den Eigenschaften der erfindungsgemäß verwandten Legierung vergleicht.Carbide particles can be seen, which consist of smaller, almost spherical particles from the gamma primary phase. The grains contain many small, sharp-edged gamma primary precipitates. The unwanted needle-like Phases that are present throughout the structure are of the sigma type. The presence this undesirable phase results in alloy instability and poor mechanical properties. The poor mechanical properties are evident when looking at sample No. 9 in Table 1 compares with the properties of the alloy used according to the invention.

Wenn sich Nadeln des sigma-Typs in der Mikrostruktur bilden, dann werden die Eigenschaften in ungünstiger Weise beeinflußt, weil die Legierungselemente, die für die Verfestigung durch feste Lösungen verwendet werden, zur Bildung von nadelartigen Phasen dienen. Somit nimmt die Festigkeit ab, wenn sich Nadeln bilden und wachsen. Ein Mißerfolg tritt auf Grund eines übermäßigen Gleitens ein, und die Nadeln wirken als vorzügliche Ebenen, auf denen ein Gleiten stattfinden kann. Das heißt also, je eher eine Phase vom sigma-Typ anwesend ist, desto größer ist die resultierende Stabilität der Legierung.When sigma-type needles form in the microstructure, the properties in FIG Way influenced because the alloying elements responsible for 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 planes on which to slide can take place. So that means the sooner one The sigma-type phase is present, the greater the resulting stability of the alloy.

Die Unterschiede in der MikroStruktur werden noch auffälliger, wenn die Legierung getempert worden ist, d. h., wenn sie eine längere Zeit erhöhten Temperaturen ausgesetzt worden ist. Die Anwesenheit dieser unerwünschten Sekundärphasen verringert die Stabilität der Legierung stark und beschränkt somit ihre Verwendbarkeit. Damit die Legierung ihre Stabilität aufrechterhält, muß sie den richtigen ΛΓ,,-Wert aufweisen Gleichzeitig muß die Zusammensetzung die nötiger hohen mechanischen Festigkeitseigenschaften unc ZeitstandeigenscLaften aufweisen.The differences in the microstructure become even more noticeable when the alloy has been tempered, d. that is, if it has been exposed to elevated temperatures for a long period of time. The presence of this undesirable Secondary phases greatly reduce the stability of the alloy and thus limit its usability. In order for the alloy to maintain its stability, it must have the correct ΛΓ ,, value At the same time, the composition must have the necessary high mechanical strength properties unc Have creep properties.

Legierungen mit Elektronenleerstellenzahlen unter halb 1,9 besitzen nicht die erforderlichen Hochtempe ratureigenschaften. Wenn die Elektronenleerstellen zahl über 1,9 erhöht wird, dann werden die erforder liehen Festigkeitseigenschaften besser, und die Stabili tat der Legierung bleibt zufriedenstellend. Der erst< bemerkbare übergang von Stabilität zu Anwesenhei von schädlichen Sekundärphasen tritt in getemperten: Zustand oberhalb einem N₁, von 2,5 ein. Im wärme behandelten Zustand vor der Temperung tritt die BiI dung der schädlichen Phasen gewöhnlich oberhalb einer Elektronenleerstellenzahl von 2,7 auf. Zusätzlicl:Alloys with electron vacancy numbers below half 1.9 do not have the required high temperature properties. If the number of electron vacancies is increased above 1.9, the required strength properties are better, and the stability of the alloy remains satisfactory. The only noticeable transition from stability to the presence of harmful secondary phases occurs in the tempered state above an N ₁ of 2.5. In the heat-treated state before tempering, the formation of the harmful phases usually occurs above an electron vacancy number of 2.7. Additionally:

ze beginnen bei N_v von 2,5 die Festigkeits- und Duktiü tätseigenschaften sich zu verringern. Jedoch ist .■'■■ ■ . Legierung mit einer N_c-Zahl von 2,5 bis 2,7 fu/ vieh Anwendungen noch ziemlich zufriedenstellend, unc zwar sowohl vom Standpunkt der mechanischer Eigenschaften als auch der Stabilität. Jedoch werder die optimalen Hochtemperatureigenschaften bei Zu sammensetzungen gefunden, die einen N_v im Bereicl von 2,3 bis 2,5 besitzen.At N _v of 2.5, the strength and ductility properties begin to decrease. However is. ■ '■■ ■. Alloy with an N _c number of 2.5 to 2.7 is still quite satisfactory for applications, both from the standpoint of mechanical properties and stability. However, the optimal high temperature properties are found in compositions having an N _v in the range 2.3 to 2.5.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

i ·i ·

29142914

W),W),

Claims

Patent claims:

1. Use of a nickel-based alloy consisting of the following components: 0.30 to 0.40% carbon, maximum 1.00% manganese, maximum 1.00% silicon, 11.00 to 13.00% chromium, 9.00 to 11.00% Cobalt, 2 ^ 0 to 3.50% molybdenum, 5.50 to 6.50% Tungsten, 1.25 to 1.75% tantalum, 4.45 to 4.70% aluminum, 2.80 to 3.20% titanium, 0.008 to 0.018% Boron, 0.005 to 0.150% zirconium, max. 1.0% iron, balance nickel, for the production of hot-formed Objects.

2. Use of an alloy of the composition of claim 1, which further comprises up to Containing 0.50% mischmetal from rare earths, claim 1 stood out for the purpose.