DE1924772A1 - Oxydationsbestaendige Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung - Google Patents

Oxydationsbestaendige Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung

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DE1924772A1
DE1924772A1 DE19691924772 DE1924772A DE1924772A1 DE 1924772 A1 DE1924772 A1 DE 1924772A1 DE 19691924772 DE19691924772 DE 19691924772 DE 1924772 A DE1924772 A DE 1924772A DE 1924772 A1 DE1924772 A1 DE 1924772A1
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DE
Germany
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alloy
oxidation
chromium
alloys
magnesium
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DE19691924772
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Kenichiro Ando
Mitsuo Kawai
Satoru Mito
Hiroshi Yoshida
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

  • "Ohydationsbeständige Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung" Die Erfindung bezieht sich auf eine wärme- und oxydationsbeständige Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung, die gute mechanische Festigkeit und gute Oxydationsbeständigkeit bei erhöhter Temperatur aufweisen soll.
  • Bisher wurden Eisen-Chrom-Aluminiumlegierungen als Materialien verwendet die aufgrund ihrer ausgezeichneten Antioxydanzeigenschaften bei erhöhten Temperaturen als Materialien mit hohem elektrischen und hohem Wärmewiderstand verwendet wurden. Die bekannten Eisen-Chrom-Aluminiumlegierungen wiesen jedoch keine ausreichende Festigkeit gegen Oxydation und Warme bei einer erhöhten Temperatur von mehr als 1 30000 auf.
  • Erfindungsgemäß sollannun die beim Stand der Technik aufgetretenen Nachteile vermieden werden und es sollen Eisen-Ohrom-Aluminiumlegierungen mit großer mechanischer Festigkeit bei hoher Temperatur vorgeschl.agen werden, die ein einfaches Kaltwalzen und Ziehen in Drahtform ermöglichen und insbesondere eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit bei einer erhöhten Temperatur von mehr als 130000 und gute Beständigkeit gegen Korosion durch Schwefel, Phosphor, Vanadium und Bleioxyd auf weisen, Erfindungsgemäß zeichnen sich die Eisen-Chrom-Aluminiumlegierungen aus durch einen Gehalt an 15 bis 30 Gew Chrom, 3 bis 7 Gew% Aluminium, 0,001 bis 0,5 Gew% eines oder mehrerer der Zusätze Beryllium, Magnesium und Barium und dem Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen.
  • Dio Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden7 in denen Figur 1 ein Schaubild gibt, das die Verarmung aufgrund von Hochtemperaturoxydation der Legierungen nach der Erfindung verglichen mit denen nach dem Stand der Technik zeigt; Figur 2 gibt ein Diagramm wieder, in dem die Hochtemperatur-Zugfestigkeit der Legierungen nach der Erfindung mit der bekannt er Legierungen vergleichen wird; und Figur 3 zeigt ein Diagram, in dem die Schlagfestigkeit der Legierungen nach der Erfindung mit der bekannter Legierungen verglichen wird.
  • Im folgenden sollen nun die Anteilsbereiche der Bestandteile der Legierungen nach der Erfindung diskutiert werden, 15 ) Chrom verleil1t diesen Legierungen Antioxydationseigenschaften. Fällt der Chromgehalt unter 15 Gew%, so läßt sich eine volle Oxydationsbeständigkeit nicht erreichen. Überschreitet dieser Gehalt 30 Gew%, so wird die Be- oder Verarbeitbarkeit der Legierung als Ganzes vermindert. Somit wird der Anwendungsbereich zwischen 15 und 30 Gew% angegeben.
  • 2) Aluminium macht die Legieurngen beständig gegen Oxydat;ion bei erhöhter Temperatur. Wenn die Aluminiumanteile unter 3 Gew% absinken, so besitzt die Leigierung keine ausreichende Beständigkeit gegen Oxydation bei einer Temperatur von mehr als 1100°C. Nehmen diese Anteile über 7 Gew% zu, dann wird nicht nur die Be oder Verarbeitbarkeit der resultierenden Legierung ungünstig beeinfluß, vielmehr wird ihre Verarmung aufgrund von Oxydation stark hervortreten. Der Aluminumanteil wollte also innerhalb eines Bereiches von 3 bis 7 Gew% liegen.
  • 3.) Beryllium, Magnesium und Barium sollen allein oder in Kombination zu zwei oder drei eingebaut werden. Diese Materialien bilden in der Legierung Oxyde mit einem stabilen Schmalzpunkt, ihr Ei-fluß ist darin zu sehen, die Oxydationsbeständigkeit bei hoher Temperatur und die Be oder Verarbeitbarkeit der Legierung zu verbessern. Werden ein oder mehrere dieser Materialien in Mengen von weniger als 0,001 Gew% verwendet, so kann dieser Einfluß nicht voll zur Geltung kommen, Steigt dagegen de Zusatz über 0,5 Gew%, so führt dies eu einer schlechten Verarbeitbarkeit der resultierenden Legierung.
  • Der bevorzugte Anwendungsbereich liegt also zwischen 0,001 und 0,5 Gew%.
  • Die Legierungen mit den verschiedenen Zusammensetzungen innerhalb der oben ange0r'ebenen Bereiche weisen die folgenden Ei genschaften bei normaler Temperatur auf: Elektrischer Widerstand 130 bis 140µ#cm Dichte 7,1 bis 7,6 Dehnung 30 bis 40 % Streckgrenze 35 bis 45 kg/mm2 Zugfestigkeit 65 bis 70 kg/mm2 Im folgenden soll das Verfahren zum Herstellen der Legierungen nach der Erfindung mit dem genannten Zusammensetzungsbereich beschrieben werden Zunächst werden die vorgeschriebenen Mengen an Eisen und Ohrom in einen Tiegel gegeben, der beispielsweise aus Alumina besteht. Sie werden thermisch unter Umgebungsluft oder vorzugsweise unter Vakuum geschmolzen, woran sich ein Desoxydieren anschließt. Zugesetzt wird ein vorgeschriebener Anteil an Aluminium und ein vorgeschriebener Anteil eines oder mehrer der Zusätze Beryllium. Magnesium und Barium. Schließlich wird die Mischung in irgendeine gewünschte Form zur Bildung eIner Legierung vergossen.
  • Verglichen mit den bekannten Fe-Cr-Al-Legierungen besitzen die nach der Erfindung eine größere Oxydationsbeständigkeit, ihre Beständigkeit gegen Hochtemperatur-Oxydation wird merklich verbessert. Aus folgendem Grund können auf der Legierungsoberfläche hochschmelzende stabile Oxyde wie BeO, MgO oder BaO gebildet werden, welche wirksam die Legierungsoberfläche mit Hilfe von Al2O3 und Cr2O3 schützen. Somit sind die Legierungen nach der Erfindung voll beständig bei einer Temperatur von mehr als 1300°C und zeigen, wie Figur 2 erkennen läßt, eine erheblich größere mechanische Festigkeit bei hoher Temperatur als ähnliche bekannte Legierungen. Wird eine Legierung mit 25 Gew% Chrom, 5 Gew% Aluminium und dem Rest Eisen - Beispiel für bekannte Legierungen dieses Typs - erschmolzen und unter Umgebungsluft vergossen, kaltgewalzt und die in Drähte gezogen, so zeigten sich zum Gießzeitpunkt bei 1050°C bis 1100°G Risse, die das Kaltwalzen oder Ziehen in Drähte verhinderten. Bei den erfindungsgemäßen Legierungen sind demgegenüber ein oder mehrere der Zusätze Beryllium, Magnesium und Barium vorhanden, die anscheinend eine versärkte Oxydation herbeiführen und das Auftreten von Rissen im Gußkörper verhindern und somit das Kaltwalzen und das Ziehen in Drähte erleichtern. Darüberhinaus haben die Legierungen nach der Erfindung eine größere Stoßfestigkeit und verbesserte Kaltverarbeitungseigenschaften als die gleiche Art von Legierungen nach dem Stand der Technik.
  • Die Legierungen nach der Erfindung sind stark beständig gegen Korrosion durch Schwefel, Phosphor oder Vanadium.
  • Werden somit diese Legierungen in der Brennkammer einer Gasturbine eingesetzt, so kann eine einfache Korrodierung durch Verbrennungsgase, welche die obengenannten Elemente enthalten, nicht mehr eintreten. Darüberhinaus haben die erfindungsgemäßen Legierungen eine größe Beständigkeit gegen Korrosion durch Bleioxyd so daß sie gut zur Verwendung in einer Abgasverbrennungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug geeignet sind.
  • Die folgenden Beispiele beschreiben die Erfindung ohne sie zu begrenzen.
  • BEISPIEL 1 Im einen Aluminatiegel wurden 1400 g Eisen und 500 g Chrom (24,8 Gew%) gegeben. Die Mischung wurde durch Hochfrequenzerwärmung in einem evakuierten Ofen erschmolzen Der geschmolzea rien Masse wurde 0,74 g Kohlenstoff zugesetzt, um den darin enthaltenen Suaerstoff zu entfernen. Dann wurden 105 g (5,2 Gew%) Aluminium und 8 g (0,4 Gew%) Magnesium zugesetzt. Die Masse wurde in eine Metallform zur Bildung einer Legierung vergossen. 17,4 g der so hergestellten Legierung wurden auf eine Temperatur von 1350°C in einem voll belüfteten Klemerofen erwärmt und bei dieser Temperatur eine bestimmte Zeitdäuer gehalten, um die Verarmung pro Stunde aufgrund von Oxydation zu messen. Die Ergebnisse sind als Kurze a in Figur 1 wiedergegeben.
  • BEISPIEL 2 Eine Legierung wurde in der gleichen Weise wie nach Figur 1 hergestellt, nur daß das in Figur 1 verwendete Magnesium durch 10g (0,5 Gew%) Barium ersetzt war. Die Verarmung dieser Legierung aufgrund von Oxydation ist durch die Kurve b in Figur 1 angegeben BEISPIEL 3 Hergestellt wurde eine Legierung in der gleichen Art und Weise wie nach Beispiel 1, nur daß das nach Beispiel 1 verwendete Magnesium durch 0,6 g (0,3 Gew%) Beryllium ersetzt war Die Verarmung dieser Legierung aufgrund von Oxydation ist durch die Kurve c in Figur 1 angegeben.
  • Weiterhin wurde zum Vergleich eine andere Legierung in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 hergestellt, nur daß keLa Magnesium zugesetzt wurde. Die Verarmung aufgrund von OXydation dieser Bezugslegierung wird durch die Kurve d in Figur 1 angegeben. Es zeigt sich somit, daß der Zusatz an Barium, Magnesium oder Beryllium nach der Erfindung die Verarmung Aufgrund von Oxydation der resultierenden Legierung verminderte.
  • BEISPIEL 4 Es wurde eine Legierung in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 hergestellt, nur daß der Magnesiumgehalt auf 6 g (0,3 Gew%) vermindert wurde. Die Zugfestigkeitswerte dieser Legierung zwischen Umgebungstemperatur und etwa 800°C wurden bestimmt, die Ergebnisse sind durch Kurve e in Figur 2 gegeben Zum Vergleich wurde man eine Legierung in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 hergestellt, nur daß kein Magnesium zugesetzt wurde. Die Zugfestigkeit dieser Bezugslegierung ist durch die Kurve f in Figur 2 gekennzeichnet; diese graphische Darstellung zeigt daß sich die Legierungen nach der Erfindung im Hinblick auf eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit dem bekannten Legierungstyp überlegen zeigen.
  • BEISPIEL 5 1400 g Eisen und 500 g (24,8 Gew%) Chrom wurden in einen Aluminatiegel gegeben. Die Mischung wurde durch Hochfrequenzerwärmung unter Umgebungsluft geschmolzen und durch 1 g Silikon desoxydiert. Dann wurden 105 g (5,2 Gew%) Aluminium und 2 g (0,1 Gew%) Magnesium zugesetzt. Nach dem Rühren wurde die Mas se in eine Metallform zur Bildung einer Legierung vergossen Ein Oxydationsversuch an dieser Legierung wurde entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 1 durchgeführt, die Ergebnisse sind durch die Kurve g in Figur 1 wiedergegeben. Die Legierung wurde auch auf ihre Stoßfestigkeit gemessen, um Angaben hinsichtlich der Verarbeitbarkeit zu machen, die Ergebnisse sind durch die Kurve h in Figur 3 verdeutlicht.
  • Zum Vergleich wurde eine weitere Legierung in der gleichen Weise wie nach Beispiel 5 hergestellt, nur daß Magnesium nicht zugesetzt war. Die Legierung zeigte eine Schlagfestigkeit, wie durch die Kurve i nach Figur 3 angegeben. Ein Vergleich dieser Kurven h und i zeigt klar, daß das Vorhandensein winziger Magnesiummengen in einer Legierung im wesentlichen dessen Verarbeitbarkeit verbesserte BEISPIEL 6 Es wurde eine Legierung in der gleichen Art und Weise wie nach Beispiel 5 vergossen, nur daß das Magnesium durch 2 g (0,1 Gew%) Beryllium ersetzt war. Die Verarmung aufgrund von Oxydation dieser Legierung ist durch die Kurve j in Figur 1 angegeben.
  • BEISPIEL 7 Es wurde eine Legierung in der gleichen Art und Weise wie nach Beispiel 1 vergossen, nur daß das Magnesium durch 2 g (0,1 Gew%) Barium ersetzt war. Die Verarmung dieser Legierung aufgrund von Oxydation ist durch die Kurve k in Figur 1 enge geben, ihre Schlagfestigkeit durch die Kurve 1 in Figur 3" Diese Kurven k und l zeigen, daß die Legierungen nach der Erfindung eine geringere Verarmung aufgrunf von Oxydation und eine gesteigerte Schlagfestigkeit als bekannte Fe-Or-Al-Legie rungen aufwiesen4 BEISPIEL 8 Dieses Beispiel zeigt den Fall, daß Magnesium, eine Komponente der Legierungen nach der Erfindung, in Mengen oberhalb des angegebenen Bereiches eingesetzt wurde. Es wurde eine Legierung in der gleichen Weise wie nach Beispiel 1 vergossen, nur daß 16 g (0,8 Gew%) Magnesium zugesetzt waren. Die Verarmung aufgrund von Oxydation der Legierung ist durch die Kurve m in Figur 1 angedeutet, ihre Schlagfestigkeit durch dei Kurve n in Figur 3. Wie diese Figuren zeigen, verminderte jeder übermäßige Zusatz an Magnesium die Verarbeitbarkeit der resultierenden Legierung aufgrund ihrer niedrigen Stoßfestigkeit, obwohl- dies nicht zu Problemen führte, da die Verarmung aufgrund der Oxydation der Legierung vermindert wurde.
  • Patentanspruch

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Oxydationsbetsändige Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung, g ek e n n z e i c h n e t durch einen Gehalt an 15 bis 30 Gew% Chrom, 3 bis 7 Gew% Aluminium, 0,001 bis 0,5 Gew% wenigstens eines Metalles aus der Gruppe Beryllium, Magnesium und Barium, und des Rest eisen und unvermeidliche Verunreinigungen.
    L e e r s e i t e
DE19691924772 1969-05-14 1969-05-14 Oxydationsbestaendige Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung Pending DE1924772A1 (de)

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