DE1935972A1 - Verfahren,um die Schweiss- und Formveraenderungsfaehigkeit der Nickel-Superlegierungen zu verbessern - Google Patents

Description

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■ ' ■ Dipl'ng. MVeickmanh,

Dipl.lng. H.Wejckmann, Dipf.F1r;s,Dr.K.Fincke Dipl. ing. F. A. WeickmenrtiBipJ; (lhera. B. Hüter

United Aircraft Corporation 8 liüncheh 27, »feiZ 400,' Main Street .. ' ■ :.■■■■ -"

East Hartford
Connecticut 06108
U.S.A.

Verfahren um die Sehweiss— und EOrmveränderungsfähigkeit der«. Kickel-Superlegierungen zu verbessern.

Priorität U.S_eA„ 746.011

Patentanmeldung vom 19. Juli 1968 ■ .

Diese Erfindung ist am "besten als ein metallurgisches Verfahren gekennzeichnet und sie hat "besondere Anwendungen in jenen Verfahren die die Herstellung oder das Schweissen der entwickelten Nickel-Superlegierungen "betreffen,.

Die typische ITi ckel-Superle gierung ist im wesentlichen eine Mckel-Chrom feste Lösung (phase), erhärtet durch das Beifügen von Materialien wie Aluminium und/oder Titan, um eine intermetallische Verbindung niederzuschlagen (JPhase)· Die vorherrschende niedergeschlagene Verbindung, durch die Formel Ui 3 (Al, Ti) dargestellt, ist eine geordnete kubische Struktur mit zentrierten Seiten mit dem Aluminium und dem Titan in den Ecken der Einzelzelle und mit dem Nickel in den Zentren der Seiten. Diese Legierungen enthalten auch normalerweise: Kobalt, um die Auflösungstemperatur zu heben; feuerbeständige, metallische Zugaben, um die Losung zu festigen und Kohlenstoff, Bor und Zirkon, um die Dehnbarkeit und die Verarbeitsbarkeit zu verbessern.

In der Gas Turbinenindustrie, in der die Nickel-Superlegierun-gen in grossem Masse angewandt werden, haben die beständigen Zunahmen in der Leistung der Kraftwerke zur Zunahme der Arbeitstemperaturen der Maschinen geführt, die ihrerseits immer grös-

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sere Anforderungen ^;an die Turblnenmaterialiea stellten." Oe- '· '■ schichtlich gesehen', ist das Hismäss der Zunahmen der 'feiaperatur der Maschinen begrenzt wöitei durch- die physikalischen · ■ Eigenschaften der Legierungen mit" heissem Schnitt, besonders: V jene in hochbeanspruchten Teileri^:T wie Turbjoenschauf ein und--■;.·'... Turbinenflügeln, lleüzeitliche Legierungsentv/icklungen, die Verbesserungen in der Verkleidungstechnologie und die Anwendung., ■y-pn. innerlichen Abkühlungsverfahreh versprechen, werden aber,. jetzt zulassen, dass die Arbefes'teiiiperaturen der'i-Iaschineη ziemlich erhöht werden können. Solche Tömperaturerhöhungen bedeuten, dass Gestelle und andere aetallische 'Blechstrukturen, sov/ie viele andere Teile einer höheren'iirbeitstemperatTur untervrorfen vierden.. Es folgt daraus, dass Blechmaterialien, die leicht zu . haben sind, und aus Hateri"alien mit geringer festigkeit bestehen, inklUsiv bestiamter'liickel-Superlegierungen mit geringem Legierungsgehalt^ sich als ungeeignet unter bestimmten Arbeitsbedingungen erweisen. Der Bedarf¹'für solche verbesserte Blechlegierungen ist so vorgeschlagen worden-. ' ■ , .,

Hochtemperaturige Blechmaterialien von Superlegierungen' sind neulich von einigen Schmiedsuperlegierungen abgeleitet worden. Eine dieser entwickelten Superlegierung die verspricht durch seine physikalischen Eigenschaften,■ist die in der Industrie als Udimet ?00 identifizierte Superlegierung. Eine andere ist Astroloy. Die Eigenschaften von Blechmaterial wie die Phemie von Udimet ?00 oder Astroloy sind besser als jene von'irgendwelcher anderer Blechnickellegierung, die aecfce im Handel- zu bekommen ist. Leider ist die Anwendung vieler Materialien in Blechform praktisch durch zwei Faktoren verhindert worden, i.e., schwache Schmiedbarkeit und begrenzte Formveränderungsbarkeit.

Udimet 700 ist z.B. empfänglich, um während des Schweissens in .Meissem Zustand rissig zu werden. Das grössere Schweissfähigkeitsproblem mit dieser Legierung-ist aber seine Heigung rissig zu werden während der termischen Behandlung nach dem Siwdssen unter dem Einfluss der zurückbleibenden Spannung, i.e., rissig zu werden durch die Yeralterungspannung. Durch ¥eral_r terung aushärtbare Nickellegierungen müssen nach dem Schweissen thermisch behandelt werden, um die mechanischen Eigen-"

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schäften wieder herzustellen und um die zurückbleibenden Spannungen wieder aufzuheben, und man hat gefunden, dass zurückgehaltene Schweissungen von den meisten dieser Legierungen empfänglich sind zum Rissigwerden während dieser thermischen Behandlung, besonders während dem Aufhitzen« Legierungen mit geringem LegierunBsgehalt wie Waspaloy oder Rene 41 werden gewöhnlich nur rissig durch die Veralterungsspannungen, wenn sie in der ganzen th rmisch behandelten Kondition sind und wenn sie dann gleich zur Veralteruagstemperatur während der nachherigen thermischen Behandlung gebracht v/erden. Schweissungen von letztgenannter Legierung können gewöhnlich mit Erfolg thermisch behandelt werden wenn sie im Anfang eine thermische Lösungsbehandlung bekommen haben· Zurückgehaltende Udimet 700 Schweissungen können aber nicht nachher geschweisst werden, ohne rissig zu werden, sogar wenn sie in der Kondition der Lösung gesohweisst worden sind und dann so schnell wie möglich durch die Veralterungszone bis zur temperatur der thermischen Lösungsbehandlung gebracht worden sM, Dies ist ihrem hohen Legierungsinhalt zu zuschreiben, der in einem weiteren Niederschlag der JPhase und nachheriger Erhärtung resultiert, die nicht verhindert werden kann trotz schneller Erhitzung.

Eine andere unerwünschte Eigenschaft der enrwickelten Superlegierungen ist ihre \^rerhältnismäesig niedrige Deformationsfähigkeit im kalt-eu Zustande· Die Möglichkeit, in harte Formen bei geringer Temperatur geformt werden zu können, ist eine wichtige Eigenschaft für ein nützliches Blechmaterial. V/ie es aus dem vorhergesagten augenfällig ist, sind die Probleme der Schweiss- und der Fornveräuderungsfähigkeit nicht so wichtig im Falle von bestimmten SupeivLegierungen mit geringem Legierungsgehalt, wie im Falle von enrwickelten llickel-Superlegierungen.

Die hier beschriebenen Verfahren sind also so ausgerichtet und haben besondere Anwendungen in jenen Legierungen, die einen v¹ Niederschlag von. siehr als 30 To lumen Vo bei Zimmertemperatur und in dex' ganz gefestigten Kondition, haben. Folgende in der Industrie identifizierte Legierungen sind stellvertretend üc die entwickelten Legierungen dieses Types.

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Bezeichnung Zusammensetzung (in Gewicht)

Udimet 500 19 % Or, 17 % Oo, 3 % Ti, 3 % Al,

4 % Mo, .07 # O, ,005 96 B der Rest Ni

Udimet 700 15 % Or, 18,5 % O, 3,3 % Ti

4,3 % Al, 5 % Mo, .07 # C .03 % B, der Rest Ni

MAR - M 200 9 % Or, 10 % Oo, 2 % Ti, 5 $ Al

12,5 % W, 1 % Cb, .15 % O, ,015 % B, .05 % Zr, der Rest Ni

Astroloy 15,5 % Cr, 17 % Oo, 3,3 % Ti₁

4,5 % Al, 5,3 % Mo, ,07 % C, .03 % B, der Rest Ni

B - 1900 8 % Cr, 10 % Co, 1 % Ti, 6 % Al,

I 6 % Mo, 4,3 % Ta, .11 % O, .15 % B. .07 % Zr, der Rest Ni

Oben genannte Legierungen im besonderen als eine Funktion ihrer hochtemperaturigen Festigkeit in Verbindung mit ihrem hohen Gehalt an Aluminium und/oder Titan, sind als entwickelte Nickel-Super Ie gierungen des w- j^Types klassiert. Eine besondere Eigenschaft dieser Legierungen, die einen grossen Volumenteil der

ν'Phase enthalten, ist, dass sie eine Erhärtungsphase mitmachen, bei einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur und Lösungstemperatur während der gewöhnlichen Behandlung nach dem Schweissen. Es ist diese Erscheinung, die die Anfälligkeit zum Rissigwerden durch die Veralterungsspannungen hervorruft.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung ist ausgerichtet zur Verbesserung der ßchweiss- und Deformationsfähigkeit der entwickelten Nickel-Superlegierungen des ν - ^¹ ^ypes, welche mehr als 30 Volumenprozent des Niederschlages bei Zimmertemperatur haben. Die vorhergehenden Ziele werden erreicht durch das Hervorrufen,, durch eine zweckmässige thermische Behandlung, einer Kikrοstruktur, gekennzeichnet durch einen groben, dauerhaften v.¹ Niederschlag. Durch eine thermische Kombina.tionsbehaadlULig, begreifend die Lösung und die'

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BAD

Ueberveralterung, bekommt man eine Mikrοstruktur, die nicht nur eine relativ niedrige Zugspannung und eine hohe Dehnbarkeit bei Zimmer- und hoher Temperatur hervorruft, sondern auch eine Mikrostruktur, die sich dem Niederschlag von weiteren schadenden Phasen widersetzt, insbesondere festigende oder erhärtende Phasen während der Erhitzung in einer thermischen Behandlung nach Schweissung.

In einer vorgezogenen Herstellungsweise dieser Erfindung wird der maximale Widerstand gegen das Sissigwerden wäbrend dem Schweissen erhalten durch eine Folge von thermischen Behandlungen die die Auflösung enthalten, gefolgt von einer zweistufigen Ueberveralterung, die aus einer Veralta?ung nahe bei dem ' oberen Ende der Veralterungstemperaturzone für diese Legierung besteht, gefo]gb von einer Veralterung bei einer Temperatur nahe bei dem unteren Ende der Veralterungstemperaturzone (aber über der Temperaturzone, wo das M 23 0 6 Karbid niederschlägt), mit einer langsamen Abkühlung bis zur Zimmertemperatur.

In einer anderen bevorzugten Herstellungsweise ist diesselbe zweistufige Ueberveralterungsbehandlung vorgesehen, mit der Ausnahme, dass an Stelle von einer langsamen Abkühlung eine OeI-abschreckung vorgenommen wird, um eine weitere Verbesserung der Deformationsfähigkeit bei Zimmertemperatur hervorzurufen, _;

j Der Grundsatz besteht hier im Gebrauch von spezifischen, ther- \ mischen Behandlungen, die die mikrostrukturellen Kennzeichen ( der Legierung auf eine selektive Art verändern. Diese ther- j

mischen Behandlungen überveraltern oder fügen fen festigenden ^'Niederschlag zusammen, um eine MikroStruktur hervorzurufen, ; die besser geeignet ist für die Verarbeitung als die thermisch behandelte Lösungskondition die früher angewandt worden ist, besonders eine, die gekennzeichnet ist durch eine zeitweilige Kondition von geringer Festigkeit bei Zimmertemperatur und durch eine verbesserte Dehnbarkeit. Wegen des hohen Legierungsgehaltes der entwickelten Nickel-Superlegierung, können die verbesserten Verarbeitungskennzeichen nicht dadurch erhalten ; werden, dass der Niederschlag in Lösung behalten wird, wie es bei den weniger hohen Legierungsmaterialien gemacht wird.

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—ο—

Des weiteren, um den gewünschten Widerstand gegen das Hissigwerden durch Veralterungsspannungen in diesen entwickelten Legierungen zu erhalten, war es notwendig, eine MikroStruktur herzustellen, die nicht durch eine festigende oder erhärtende Phase geht während die Temperatur der legierung erhöht wird nach dem Schweissen, um die Spannungen zu entlasten oder um wieder zu lösen und zur gewöhnlichen Veralteming, Das Prinzip ist hier, langsam von der Ueberveralteirangsfeaperatur zu kühlen, um das Potential für einen weiteren niederschlag während der ersten Phase einer thermischen Behandlung nach dem Schweissen zu reduzieren. Da dies die Formveränderungsfähigkeit der Legierung im kalten Zustande etwas reduziert, icLrd, wenn maximale ?oriveränderungsfähigkeit im kalten Zustande erwünscht ist, eine schnelle Abkühlung von der Ueberveralterungstemperatur vorgeschlagen, um den weiteren'niederschlag iron feinen ^-''Teilen und möglicherweise von einigen Korngrenzkarfoiden zu verhindern.

Proben für Zug-, Bieg- und Härtver-suciae sowie für laetallogra— phische Studien wurden von einem 15.88 Esa im Durchmesser, heiss gewalzten, ohne Zentrum gemahlenen TJdiaet 700 Stab hergestellt. Die Schweissfähigkeitsstudien wurden auf einem 1.52 mm dicken handelsgewalzten Blatt von Astroloychemie gemacht.

Biegversuche wurden bei Zimmertemperatur mit einer geführten Biegvorrichtung mit einem Tauchkollben von 1,57JEBa -ialtmesser gemacht· Die Versuche wurden, wenn möglich, beim Beginn des Eeissens beendet, trotzdem brachen, mehrere der weniger dehnbaren Proben bevor der Versuch beendet werden konnte» Der Biegwinkel vor dem Reissen wurde als Messung der relativen EOrmveränderungsfähigkeit genommen· Hartmessungen wurden auf m.e— tallographischen Proben gemacht mit einer Vickers Yersuchsvorrichtung mit einer Belastung von 30 &g* Zugversuche wurden mit einer Riehle Zugmaschine mit einem Spannungssatz von 0,053 Min.-l vorgenommen.

Die Schweissfähigkeit eines Udime-f 700 Bleches wurde unter verschiedenen Bedingungen der thermischen Behandlung durch zurückgehaltene Muschelschweissversuehe untersucht. Die Zurückhaltung wurde erreicht durch das vorherige Schweissen des V-ersuchsbleches auf einen Hastelloj Σ "starken fiücken", "bevor

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OAD ORIGINAL _

der üch.veissversuch auf der Probe gemacht wurde, dgv/olil längsseitige wie querseitige uchweissversuche wurden untersucht. Alle ociivveissun.~en vmrden durch automatisches äas-'iungstSne-. Bogenschv/eissen ini"b Draktfüllerzutaten gemacht.

Die ersten oerien von Versuchen wurden gemacht, um jene Bedingungen festzustellen* die den -legierungen die gross te Dehnbarkeit bei Zimmertempern türen geben» Die gewünschten thermischen Behandlungen entwickelten eine grobe, überveralterte otreuung des Jiiiederschlages der, wenn er bei Zimmertemperatur gelassen wird, die beste Dehnbarkeit und niedrige Zuspannung ergibt, Die Ergebnisse der verschiedenen thermischen Behandlungen von Udimet 700 sind in Tabelle I zusammengefasst.

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Tabelle I

Biegdehnbarkeit bei Zimmertemperatur und Härte von thermisch behandeltem Üdimet 700

Geschichte °

Biegwinkel	C	Härte (DPN)
64		380
24		407

Lösungsglühen (1.171⁰OA Std) + Druckluftabkühlung

Ganz thermisch behandelt (1.17Ϊ OAStd* + 1.080^σσΑ Std. + 843^σ0Α Std.+ 782°0/16 Std·

Zweistufige Üeberveralteruai^s-

b ehandlungeη

Läsungsglühen + das folgendes

1080°0/l Std* + Oelabschreckung 115 -~-

1O8O°OA Std. + Oelabsohreckung 137 -—

1080°C/16Std. + Oelabschreckung '.147 320

l080°G/64Std* + Oelabschreckung 145 —

1080°0/16Std. + Ofenabkühlung 73

l038°0/16Std. + Oelabschreckung 80

1010°C/16Std. + Oelabschreckung 47 -—

1080 C/16Std. + Oelabschreckung x 130 — -

Zweistufige Üeberveralterungsbehandlun^en

Lösungsglühen + 1080°0/16 Std. + Qfenabkühlung bis zum SOlgenden:

1038⁰CA Std. + Oelabschreckung 142

1010⁰OA Std. + Oelabschreckung 168 290

1010 C/l Std. + Oelabschreckung 121

982°C/4 Std. + Oelabschreckung 154

927°CA Ötd. + Oeläbsohreckung 106 —

Zweistufige Ueberveralterungs- behactdlunp; + lanKsame Abkühlung

Lösungsglühen + 1080°0/16 Std.
+ Ofenabkühlung bis 101O⁰OA Std.
+ langsame Abkühlung bis Zimmertemperatur (maximum 37.8 O/Std. bis 566 C
Ofenabkühlung bis Zjunmertemperatur)

. ■ - ■ 74 344

χ Ganz thermisch behandelt von 1080°C/16 Std. + Oelabsehrek

Hach der vorgehenden TaMLIe ist es augenfällig, dass die zwei stufige Ueberveralterungsbehandlung mit rascher Abkühlung die grösste Dehnbarkeit bei Zimmertemperatur ergibt. Die Mikro-

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struktur, die durch diese thermische Behandlung hervorgerufen wird, besteht aus groben ^Teilen, die durch die Körner und längs den Grenzkarbiden verstreut sind. Kein feiner ^Niedeischlag oder Korngrenzkarbide wurde durch elektronische MikroscopieStudien in dieser Struktur entdeckt. Dies ist verschieden sowohl von der Duplex γ Struktur (grob und fein), die in der ganz thermisch behandelten Legierung beobachtet wurde, wie von der sehr feinen Streuung der ^'Phase, die in dem lösungsgeglühten Udimet 700 gefunden wurde.

Das Ziel der Ueberveralterungsbehandlung ist selbstverständlich, einen groben, dauerhaften ^Niederschlag zu bilden, der in der Mikrostruktur der Legierung verstreut ist. Diese besondere thermische Behandlung begreift im Grunde genommen ein Verhältnis zwischen Temperatur und Zeit« Das Ziel ist, den grössten Teil der JPhase in agglomerierten Teilen niederzuschlagen. Im Veralterungsverfahren wird die gewünschte Mikrostruktur gebild* werden wenn genug Zeit und Temperatur gegeben wird. Das aieistufige Ueberveralterungsverfahren wird aber bevorzugt, da es die Bildung der groben γPhase beschleunigt und da es die Menge des Niederschlages von Jin einer verständigen Zeit am grössten macht* 'Die bevorzugte thermische Behandlung begreift im wesentlichen eine Kornbildungsphase mit etwas Wachsen bei einer re- , lativ hohen Veralterungstempersinr, gefolgt von einem Agglome- j rationsstadium bei einer etwas niedrigeren Temperatur mit genug j Zeit in jeder Phase um das Wachsen der ^¹ Seile und den Nieder- \ schlag des grössten Teiles der ^Phase der Legierung zu er- j lauben* Die zwei Stufen sind über der Temperatur des Nieder- j Schlages von wesentlichen Mengen von Karbiden des M₂^Og Types j In der folgenden Tabelle sind die Zugeigenschaften eines Udimet j 700 Stabes bei Zimmertemperatur unter verschiedenen Bedingungen von thermischen Behandlungen angegeben«

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tabelle II

Dehnbarkeit	Geschichte	des üdiuet 700
Lösungsglühen	-Dehnung C*)
Lösung + zweistufige Ueberver-	28,2
alterung + Oelabschreckung
Lösung + zweistufige Ueberver-	59,0
alterung + langsame Abkühlung
xTormale ganze thermische Be	55,0
handlung
19,4

Lösung + zweistufige Ueberver-

alterung + Oelabschreckung. +

ganze thermische Behandlung 18,6

Tabelle III

j?e3ti£keitsmerkmale von Udimet 700

Geschichte Zugspannung Bruchspannun?;

Lösungsglühen 125 189

Lösung + zweistufige Ueber-

* veralterung + Oelabschreckung 104 169

' Lösung + zweistufige TJeberver-

* alterung + langsame Abkühlung 106 181

!formale ganze thermische Be- ,
) handlung 158 205

j Lösung + zweistufige üeber-

veralterung + Oelabschreckung ^l

+ ganze thermische Behandlung 140 202

Aus vorhergehender Tabelle ist die .gewünschte Zunahme der Dehnbarkeit und die niedrigere Zugspannung der Legierung nach der : Ueberveralterung ersichtlich. Grade so wichtig aber ist der

* Beweis der Wiedergewinnung der ganzen festigkeit durch eine » ganze thermische Behandlung.

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BAD ORIGINAL

Obwohl die zweistufige Ueberveralterungsbehandlung wit rascher Abkühlung die grosste Delmbarkeit bei Simmerteniperatur hervorruft, hat die gebildete !.likrostruktur noch ein grosses Potential zum weiteren Niederschlag während des ersten 'Heiles der nötigen thermischen behandlung; nach »Schweissung» Dieses nachträgliche ITiederschlagspötential zwingt die geschweisste Legierung durch eine Erhärtungszwischenphase auf dem wege zur vorgezogenen Temperatur nach ochweissung und macht die legierung anfällig zum Hissigwerden durch die "Veralterungsspannung. Um dieses nachträgliche Niederschlagspotential zu verringern, um also den ,/iderstand gegen das hissigwerden durch die Veralterungsspannung zu verbessern, wird eine langsame Abkühlung eher als eine Oelabschreckung nach der Ueberveralterung bevorzugt. Jas langsame Abloihlen ( Typisch IO°G/Std bis 1699⁰G; 37_t8°O/c3tunde bis 566⁰C, dann Ofenabkühlung bis 2iinmertemperatur) bringt v/eiteren \)'ΰ±^*- derschlag mit sich und vermindert die Fähigkeit der Probe zum Niederschlag <J während dem nachträglichen Heizen. Der grösste Teil der yJ Phase vd.rd aber notwen igerweise während der Ueberveralterungsperiode niedergeschlagen worden sein. Obschon das langsame Abkühlen die Biegdehnbarkeit bei Zimmertemperatur herabsetzt und also auch die Formverlnderungsfähigkeit, die von den I>iederBchl'l£en von feinen »^Teilen und von einigen ICorngrenzkarbiden herrührt, wird diese Veränderung trotzdem vom Standpunkt der üchweissfüliigkeit bevorzugt.

Verschiedene Proben v/urden abgesciiätzt bei verschiedenen thermischen Behandlun3sbedinv;:ungen, um die üchweissfähigkeit der Proben--festzustellen, üle Resultate dieser Versuche sind in Tabelle IV susam:::engefasst.

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a * · f 9 t * *

Geschichte

- 12 Tabelle IV

Relativer Risswiderstand

Relativer Grad Rissig- , des Reissena werden * während dem durch . Schweissen

Veralte-

	arg	hoch	Spannung
LösungSolühen	arg (A) massig (B) leicht (0)	zwischenlage- gend	hoch
ganze thermische Behandlung		zwischen liegend

Lösung + zweistufige
Ueberveralterung +
Qelabschreckung

Lösung +· zweistufige
Üeberveralterung +
langsames Abkühlen

arg niedrig

hoch

mässig(D) leicht(A) (B) (0) keinen(-E) niedrig

niedrig

(A) Vorgetäuschte Reparaturschweissuilg (itfaspaloy Füller)

(B) Anfangsschweissung (,fespaloy Füller) (538°C/Stunde lützungssatz)

(0) Anfangsschweissung (V/aspaloy Füller)

(D) iinfangsschweissung" (tfaspaloy Füller)

(E) Anfangsschv/eissung (Inconel 7/8 Füller)

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BAD ORIGINAL""*

Der'verbesserte Widerstand dieser Legierungen, nicht nur gegen das.Reissen im warmen Zustande während des Schweissens, sondern genauer gegen das Reissen durch die Veralterungsspannungen in den nachträglichen thermischen Behandlungsoperationen, ist klar augenfällig. Weiterhin ist vorher bewiesen worden, dass gewöhnliche thermische Behandlungen (Lösung) die normalerweise angewandt werden um den Nickel-Superlegierungen die grösste Verarbeitbarkeit zu geben, obwohl sie zufriedenstellend sind mit den Superlegierungen mit geringem Legierungsgehalt (weniger als etwa 30 Volumenprozent w^f Niederschlag bei Zimmertemperatur) sie im Grunde genommen die schlechtesten thermischen Behandlungsbedingungen sind, in die die Legierung gestellt werden kann betreffs ihrer Empfänglichkeit für das Reissen durch Yeralterungsspannungen.

Die Methoden die hier gezeigt werden, geben den entwickelten Nickel-Superlegierungen sowohl die Schweissfähigkeit als auch die Deformationsfähigkeit in kaltem Zustande durch thermische Behandlungen. Thermische Ueberveralterungsbehandlungen ergeben die vorteilhafte MikroStruktur der Legierung um die Dehnbar- · keit zu vergrössern und die Festigkeit zu verringern. Um die grösste Dehnbarkeit bei Zimmertemperatur zu erhalten, wird eine zweistufige thermische Ueberveralterungsbehandlung, gefolgt von einer raschen Abkühlung, bevorzugt, während der Widerstand gegsn das Reissen durch Yeralterungsspannungen verbessert wird durch das zweistufige Ueberveraltern mit langsamer Abkühlung.

Die beschriebenen thermischen Ueberveralterungsbehandlungen können auch nicht nur bei den bearbeiteten Legierungen verwendet werden, sondern auch bei den gegossenen Superlegierungen mit hoher Festigkeit, die bekannterweise schwer zu formen sind. Ein bearbeiteter Udimet ?00 Stab wurde mit Erfolg zu einem 0.51 mm dicken Blech heiss gewalzt bei einer Temperatur wo der ^'Niederschlag in einem überveralterten Stadium vorhanden ist.. Durch die Anwendung von einer thermischen Ueber-' veralterungsbehandlung vor Verarbeitung ist ein B - 1900 (eine gegossene Superlegierung) mit Erfolg in einen 1.52 mm dicken Draht bei Zimmertemperatur gesenkgeschmiedet worden.

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BAOORiQiNAt

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Die besonderen erfinderischen thermischen Behandlungen scheinen aber in ihrer Zweckmässigkeit an den entwickelten Nickel-Superlegierungen begrenzt zu sein· ■

Zukünftige Verbesserungen in der Chemie der Legierungen mögen die Schweiss- und die Verarbeitungsfähigkeit der Superlegierungen weiter erhöhen, obgleich bis heute solche Verbesserungen nur auf Kosten der Festigkeit bei hoher Temperatur gegangen sind. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass trotz solcher Veränderungen in der Zusammensetzung die zukünftige Nickel-Superlegierüngen des y- y'Types vorteilhaft auf die hier beschriebenen thermischen fc Verfahren reagieren werden. In jedem Falle erweitert diese Erfindung den Rahmen der Nützlichkeit der heute entwickelten. . Nickel-Superlegierungen.

■ '·

Die wichtigsten thermischen Behandlungen die in dem Ausüben die-

J ser Erfindung gebraucht werden, werden sich natürlich etwas • ändern je nach der Chemie der Legierung» Die vorgezogenen thermischen Behandlungen betreffs der Temperatur ändern nicht nur mit der Zusammensetzung der Legierung, sondern auch mit ihrer vorher^n Geschichte und mit den beabsichtigten Anwendungen.

Solche vorgezogene thermische Behandlungstemperaturen können sich jene leicht verschaffen, die das Gebiet kennen, und zwar in der Litteratur oder durch Routine-Versuche.

Im Falle des Astroloy sind die vorgezogenen thermischen Behandlungen ζ·Β· wie folgt:

1.	171	171	°C/4 Stunden + Druckluftabkühlung	Behandlung
Ganze	080	thermische	+ Druckluftabkühlung
1.	843	°C/4 Std.	+ Druckluftabkühlung
1.	760	°C/4 Std.	+ Druckluftabkühluag
	°0/4 Std.	+ Druckluftabkühlung
	°C/16Std.

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Zweistufige Ueberveralterun^; um maximale l-'ormveränderunp;sfähigkeit au erhalten»

U71°C/4 Stunden + Druckluftabkühlung + 1080°0/16 stunden + Ofenabkühlung mit 37»8°C/ütunde bis 101Q⁰U/

4- 3td. + Oelabachreckung· Zweistufige Uebcrveralterung ^um maximale ochweissbarkeit zu er-

halten. 11?1°ϋ/4 otd. + Drucklui'taükühlunrs ^ " ~~~*

10βθ°ΰ/16 dtd.+ üfenabkühXung mit 37.8°C/Stunde bis 1010°C/4 ötd + lantisaiae Ablcünlung mit 10°G/;3td» von 1010⁰O bis 899°C, mit 37.8/ütunden von 899°v bis 566⁰C, und Ofenabkühlung von 566⁰C bis Zimmertemperatur.

Für andere Materialien von besonderem Interesse sind folgende Temperaturen representativ für thermische Behandlungstemperaturen·
Materialien · Thermische Behandlunfj;

Solidus, Lösung Yeralterunp;

niedrißster

Schmelzpunkt

B- 1900 1260⁰C 120^-1260⁰C 1010-1121°C

UAR- U 200 1260⁰C 1232-1260⁰C 1010-1149°C

Udiinet 500 1221⁰C 1080-1221⁰C 996-1038⁰C

Udimet ?00 1216⁰C 114-9-1216⁰C 982-108O⁰C

Während diese Erfindung beschrieben vnirde in Verbindung mit bestimmten Beispielen, Llaterialien und Behsndlungaparametern, sind diese jedoch nur als Veranschaulichung zu verstehen· Pie Erfindung kann ia allgemeinen an allen Itickel- Sup er legierungen angewendet .veraen >vo dieJf'Phase bei Jinuaerteaiperatur in einer henge vorhanden ist, die ungefähr 30 Volumenprozent übersteigt. Des weiteren ist eine grosse öcluvankuno- in der "Wahl der Temperaturen, Zeit und ÄbkühlunüSschnellijkeiten möglich in der -behandlung, uu dieselbe Grundiaikrostruktur zu erhalten die entsteht durch den Gebrauch der vorgezoreneren Parametern· Also, in Uebereinstinunun~ mit seinen wahren 'vielste, ?/ird diese ISrfindung nicht durch Veranschaulichungsmaterial, sondern durch die folgenden Ansprüche gemessen.

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Claims (3)

' - ig - 1U35972 Patentansprüche. Die Ansprüche s-iud:

1.- In der Behandlung der Nickel- ouperlegierungen des ,, - J Types in welchen die JPhase in einer iuenge von wenigstens JO Volumenprozent bei Zimmertemperatur in der ganz thermisch "behandelten Eondition vorhanden ist, die Lethode zur Verbesserung der lähiskeit der ,,ickel- »Juperlegierunven, um geschw .isst und geformt zu werden, v/as folgende btufen bereift:

Thermische Behandlung der Legierung, um den £ Hiedersehlag aufzulösen;

- üeberveralterun-j der -legierung, um den grössten Teil des ^ Niederschlages in eine grobe, beständige liikr ο struktur wieder niederzuschlagen;

- und Abkühlung der Legierung.

2. Die —ethode wie in Juispruch I, wo:

- nach der '-'eberveralterungsstufe, das Abkühlen der Legierung mit einer genügend niedrigen Schnelligkeit vorgenommen wird, um praktisch alles von der J Phase niederzuschlagen, das nicht in der ^ueberveralterungsphase niedergeschlagen v/orden ist, um den .iderstand der -legierung gegen das üeissen dirch Veralterun sspannungen nach pchweissung zu erhalten.

3. Sie Lethode wie in Anspruch I, wo:

- das Abkühlen der -legierung durch eine Oe labs ehr eckung vorgenommen 7/ird, um seine .ü'ormveränderungsfähigkeit bei Zimmertemperatur herzustellen.

ι-.-. Lie Llethode wie in Anspruch I, v/o:

- die Ueb erver al terung der -Regierung erfolgt durch vorheriges Behalten der ^egierung bei der Temperatur nahe des oberen .lindes der Veralterungstemperaturzone, um einen schnellen Anfangsniederschlag der JPhase zu begünstigen und v/o danach die Legierung bei einer niedrigeren Temperatur in der Veralteiüngstemperaturzone behalten wird, aber über der Mp^Cg i-Tiederschlagstemperaturzone, um die Agglomeration des Jiiiederschlages zu erlauben.

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