DE19525983A1 - High heat-resistance nickel@-based alloy - Google Patents

High heat-resistance nickel@-based alloy

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DE19525983A1
DE19525983A1 DE1995125983 DE19525983A DE19525983A1 DE 19525983 A1 DE19525983 A1 DE 19525983A1 DE 1995125983 DE1995125983 DE 1995125983 DE 19525983 A DE19525983 A DE 19525983A DE 19525983 A1 DE19525983 A1 DE 19525983A1
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hot
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alloys
nickel
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Koji Sato
Makoto Komori
Yasushi Tamura
Mitsuhiro Ando
Yoshihiro Kada
Takehiro Ohno
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Abstract

High heat-resistant Ni-based alloy having a structure which has been subjected to tempering comprises: an MC-type carbide phase in 0.02-1.5 atom % from 2(C) amt., where (C) is atom % C.; a gamma'-phase of 10-30 atom % calculated from 4(0.026 (Cr) + 0.13 (Mo) + 0.13 (W) + 0.6 (Al) + 0.68 (Ti) + 0.5 (Nb) + 0.5 (Ta) - (C)), where each bracketed element is an amt. in atom % and non-loaded elements are calculated as zero; alpha-W-phase in amt. of 0.5-30 vol.%; and balance of Ni-contg. austenitic phase. Prodn. of the alloy is also claimed. The alloy is tempered at 600-850 deg C. once or twice for at least 3 hrs.. The alloy has a surface binder structure, after treating at 700-1000 deg C in atmospheric air, consisting of 3 layers of outer oxidised Cr-contg. layer, a granular alpha-W layer, and an inner oxidised Al- and Ti-contg. layer on one side. The alloy consists of 0.002-0.15% C, up to 2% Si, up to 3% Mn, > 10-25% Cr, 10-30% W, up to 15% Fe, 0.4-2.5% Al, 0.4-3.5% Ti, and balance of Ni and unavoidable impurities. A part. of the Ni is pref. replaced by up to 3.0 wt.% Nb and/or up to 3 wt.% Ta, esp. up to 10 wt.% Mo, more esp. up to 0.2 wt.% Zr and/or up to 0.02 wt.% B.

Description

Die Erfindung betrifft eine hochhitzebeständige Nickelba­ sislegierung, die für Warm- oder Heißverformungsformen, die hauptsächlich in einem Warm- oder Heißtemperaturbereich von 900°C oder darunter verwendet werden, und für Heißstrang­ preßwerkzeuge oder -teile für Cu und Al oder deren Legie­ rungen verwendet wird.The invention relates to a highly heat-resistant nickel ba sis alloy, for hot or hot working dies mainly in a warm or hot temperature range of 900 ° C or below can be used, and for hot strand pressing tools or parts for Cu and Al or their alloy is used.

Gemäß einem neueren Trend einer üblichen Verwendung von Teilen und einer Verringerung der Arbeitsschritte in der Automobilindustrie ergab sich ein Bedürfnis, die Standzeit einer Warm- oder Heißverformungsform zu verbessern, die zur Formung von Kraftfahrzeugteilen, wie z. B. Kurbelwellen und Kurbelstangen für Kraftfahrzeuge, verwendet wird. Jedoch wurde das vorstehend beschriebene Bedürfnis in einem Fall eines mit SKD61 bezeichneten Heißverformungswerkzeugstahls nicht notwendigerweise befriedigt. Weiter werden eine hoch­ hitzebeständige Fe-Basislegierung, wie z. B. A286, und eine Inconel 718-Legierung für Heißstrangpreßwerkzeuge für Cu und Al oder deren Legierungen verwendet, und es ist eine Verringerung der Herstellungsschritte, welche Verringerung durch Verbesserung der Standzeit des Werkzeugs erreicht wird, dabei ebenfalls erwünscht.According to a recent trend in the common use of Sharing and reducing the number of steps in the process Automotive industry there was a need, the service life to improve a hot or hot deformation shape, which is used for Forming automotive parts, such as. B. crankshafts and  Crank rods for motor vehicles is used. However became the need described above in one case of a hot forming tool steel designated SKD61 not necessarily satisfied. Further one will be high heat-resistant Fe-based alloy, such as B. A286, and a Inconel 718 alloy for hot extrusion tools for Cu and Al or their alloys are used and it is one Reduction in manufacturing steps, what reduction achieved by improving the tool life is also desired.

Außer diesen werden hochhitzebeständige Nickelbasislegie­ rungen als in einem Hochtemperaturbereich von etwa 1200°C verwendete Heißverformungswerkzeuge, wie z. B. Lochdorne und Dorne, die zur Herstellung nahtloser Rohre verwendet wer­ den, in der JP-OS 3-61345, und als Isothermschmiedemetall­ formen, die bei hohen Temperaturen von 1000°C bis 1150°C in Luft verwendet werden, in der JP-OS 4-41641 offenbart.In addition to these, highly heat-resistant nickel-based alloys than in a high temperature range of around 1200 ° C used hot forming tools, such as. B. piercing pins and Mandrels used to make seamless tubes the, in JP-OS 3-61345, and as an isothermal forged metal mold at high temperatures from 1000 ° C to 1150 ° C used in air disclosed in JP-OS 4-41641.

Weiter sind die beispielsweise in den japanischen Patent­ veröffentlichungen 54-33212, 60-58773, 58-502 und 56-21061 beschriebenen Legierungen, obwohl sie von denen der vorlie­ genden Erfindung verschiedene Zwecke haben, als hochhitze­ beständige Legierungen auf Basis von Ni-Cr-W bekannt.Further are those, for example, in the Japanese patent publications 54-33212, 60-58773, 58-502 and 56-21061 Alloys described, although they are of those of the ing invention have different purposes than high heat resistant alloys based on Ni-Cr-W known.

Die Eignung zur Heißverformung, eine ausgezeichnete Zer­ spanbarkeit, eine hohe Streckgrenze und Zähigkeit bei Raum­ termperaturen, eine ausgezeichnete Heißgleitfähigkeit in einem so hohen Temperaturbereich wie 700 bis 900°C und eine Verschleißfestigkeit sowie eine Warmrißbeständigkeit beim Heißverformen werden bezüglich der Formen zur Heiß- oder Warmverwendung oder der Strangpreßwerkzeuge zum Strangpressen von Cu und Al oder deren Legierungen benö­ tigt. The suitability for hot forming, an excellent Zer Machinability, a high yield strength and toughness in space temperatures, excellent hot sliding properties in a temperature range as high as 700 to 900 ° C and wear resistance and resistance to hot cracking with hot forming, the shapes are or hot use or the extrusion tools for Extrusion of Cu and Al or their alloys is required does.  

Bezüglich der Verbesserung der Heißgleitfähigkeit und der Heißverschleißbeständigkeit benötigt man sowohl eine enge Haftung als auch eine Stabilität eines Oxidfilms und Hoch­ temperaturstreckgrenze. Jedoch erweichen bei einem Heißver­ formungswerkzeugstahl einer herkömmlichen SKD61-Klasse 700°C übersteigende Temperaturen getemperten Martensit un­ ter Verringerung der Hochtemperaturstreckgrenze, und es ist wegen einer niedrigen Cr-Menge im Stahl unmöglich, einen bezüglich der engen Haftung und Stabilität überlegenen Oxidfilm zu bilden, so daß sich ein früher Verschleiß auf­ grund direkten Kontakts zwischen verformten Materialien und Werkzeugen ergibt und schließlich ein Festfressen verur­ sacht wird.Regarding the improvement of the hot sliding ability and the Hot wear resistance requires both a tight Adhesion as well as stability of an oxide film and high yield point. However, softening with a hot heat forming tool steel of a conventional SKD61 class Tempered martensite and temperatures exceeding 700 ° C ter reducing the high temperature yield strength, and it is impossible due to a low amount of Cr in the steel superior in terms of tight grip and stability Form oxide film, so that there is an early wear due to direct contact between deformed materials and Tools results and finally a seizure gently.

Andererseits werden sowohl eine Verringerung des Wärmedeh­ nungskoeffizienten als auch eine hohe Streckgrenze bei ho­ hen Temperaturen zur Verbesserung der Warmrißbeständigkeit benötigt. Jedoch hat eine hochhitzebeständige Eisenbasisle­ gierung, wie z. B. A286, einen hohen Wärmedehnungskoeffizi­ ent, und eine γ-Phase, die eine Ausscheidungsverfestigungs­ phase ist, wird in eine η-Phase umgewandelt, die eine sta­ bile Phase in einem 700°C übersteigenden Temperaturbereich ist, da die γ′-Phase aus einer hauptsächlich aus Ni₃Ti be­ stehenden Zusammensetzung ist, was zur Verursachung des Problems führt, daß die Hochtemperaturfestigkeit verringert wird.On the other hand, both a reduction in thermal expansion expansion coefficient as well as a high yield strength at ho hen temperatures to improve the hot crack resistance needed. However, it has a highly heat-resistant iron base yaw, such as B. A286, a high coefficient of thermal expansion ent, and a γ phase, which is a precipitation hardening phase is converted into an η phase, which is a sta bile phase in a temperature range exceeding 700 ° C is because the γ'-phase from a mainly from Ni₃Ti be standing composition is what is causing the Problem causes the high temperature strength to decrease becomes.

Eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit wird für Heißverfor­ mungswerkzeuge benötigt, doch haben hochhitzebeständige Le­ gierungen wie A286 den Fehler, daß ihre Zerspanbarkeit all­ gemein denen von martensitischen Materialien in einem wei­ ten Ausmaß unterlegen ist.Excellent machinability is required for hot forming tools, but have highly heat-resistant Le Alloys like A286 the error that their machinability all common to those of martensitic materials in a white inferior extent.

Es wurden mehrere hochhitzebeständige Nickelbasislegierun­ gen für Heißverformungswerkzeuge vorgeschlagen. Beispiels­ weise sind die in der JP-OS 3-61345 offenbarten Legierungen bezüglich der Oxidationsbeständigkeit nicht ausreichend und haben beim Heißverformen eine unzureichende Verschleißbe­ ständigkeit. Weiter hatten die in der JP-OS 4-41641 offen­ barten Legierungen das Problem, daß die Heißgleitfähigkeit bei einer hohen Gleitgeschwindigkeit unzureichend ist, da die Legierung zur Verwendung für eine Isothermschmiedeform bestimmt ist.There have been several highly heat-resistant nickel-based alloys gene proposed for hot forming tools. Example  the alloys disclosed in JP-OS 3-61345 are wise insufficient in terms of oxidation resistance and have insufficient wear during hot forming constancy. Furthermore, they were open in JP-OS 4-41641 bared alloys the problem that the hot sliding is insufficient at a high sliding speed because the alloy for use in an isothermal forging mold is determined.

Bei jeder der oben beschriebenen hochhitzebeständigen Ni-Cr-W-Nickelbasislegierungen wird vorausgesetzt, daß sie dazu bestimmt sind, in einem sehr hohen Temperaturbereich von etwa 1000°C eine Hitzebeständigkeit und eine hohe Kriechfestigkeit als Hauptziele zu haben. Dementsprechend hat jede der herkömmlichen hochhitzebeständigen, eine beträchtliche Menge von W enthaltenden Nickelbasislegierun­ gen eine Hochtemperaturkriechfestigkeit, die durch Fest­ lösungsverfestigung von W gesteigert ist, und ist nicht ausreichend bezüglich einer hohen Festigkeit bei 700 bis 900°C und einer Verbesserung der Heißgleitfähigkeit, wel­ che beiden Eigenschaften durch die vorliegende Erfindung angestrebt werden. Demgemäß war es sehr schwierig, sie auf Anwendungsgebieten zu verwenden, die durch die vorliegende Erfindung beabsichtigt sind, soweit ihre Eigenschaften be­ troffen werden.With any of the high heat resistant described above Ni-Cr-W nickel-based alloys are assumed to be are intended to be used in a very high temperature range heat resistance and high at around 1000 ° C Creep resistance as the main goals. Accordingly has each of the conventional heat-resistant, one considerable amount of W-containing nickel base alloy against high temperature creep resistance, which is determined by solid solution strengthening of W is increased, and is not sufficient for high strength at 700 to 900 ° C and an improvement in hot sliding, wel che two properties by the present invention be aimed for. Accordingly, it was very difficult to get them on Application areas to be used by the present Invention are intended as far as their properties be be hit.

Im Hinblick auf die Probleme bei diesen Heißverformungs­ werkzeugstählen und hochhitzebeständigen Eisenbasis- und Nickelbasislegierungen befaßten sich die Erfinder intensiv mit der Entwicklung eines neuen Materials, das sich zum Heißverformen und zur Verbesserung der Oxidationsbeständig­ keit, der Hochtemperaturfestigkeit, des Wärmedehnungskoef­ fizienten und der Zerspanbarkeit zum Zweck des Ersatzes der herkömmlichen Heißverformungswerkzeugstähle durch das neue Material als einem der Hauptzwecke eignet. Dies führte zur Erfindung einer hochhitzebeständigen Nickelbasislegierung, die als ihre Hauptphase eine hauptsächlich Ni enthaltende Phase aufweist, die W im Festlösungszustand bis zu dessen Festlösungsgrenze enthält. Bei der neuen Legierung wird es durch Auffinden eines optimalen Gehaltsbereichs sowohl ei­ ner γ′-Phase, die hauptsächlich Ni₃(Al, Ti) enthält und durch eine Anlaßbehandlung ausgeschieden wird, als auch ei­ ner festen Lösung von W(α-W) und eines primären Karbids vom MC-Typ möglich, eine beim Heißverformungswerkzeug erfor­ derte ausgezeichnete Heißgleitfähigkeit, eine beim Heißver­ formen erforderte Verschleißbeständigkeit und eine Warmriß­ beständigkeit sowie eine Oxidationsbeständigkeit zu errei­ chen. Weiter wurde neu gefunden, daß unter den neuen Legie­ rungen mit diesem Gefüge die Legierungen, bei denen der Aufbau eines bei hohen Temperaturen in atmosphärischer Luft hoher Temperatur erzeugten Oberflächenzunders wenigstens drei Schichten aus einer äußeren, hauptsächlich Cr enthal­ tenden oxidierten Schicht, einer körnigen α-W-Schicht und einer inneren, hauptsächlich Al und Ti enthaltenden oxi­ dierten Schicht in dieser Reihenfolge von der Oberflächen­ seite aus aufweist, die enge Haftung eines Oxidfilms ver­ bessern können und sich zur Verbesserung einer Hochtempera­ turoxidationsbeständigkeit und einer Heißgleitfähigkeit eignen.In view of the problems with these hot working tool steels and highly heat-resistant iron-based and The inventors dealt intensively with nickel-based alloys with the development of a new material that will become Hot forming and to improve the oxidation resistance speed, the high temperature resistance, the thermal expansion coefficient efficient and machinability for the purpose of replacing the conventional hot forming tool steels through the new Material as one of the main purposes. This led to  Invention of a highly heat-resistant nickel-based alloy which as its main phase contains mainly Ni Phase, the W in the solid solution state up to its Contains fixed solution limit. The new alloy will by finding an optimal salary range both ei ner γ'-phase, which mainly contains Ni₃ (Al, Ti) and is excreted by an occasional treatment, as well as egg ner solid solution of W (α-W) and a primary carbide from MC type possible, one required by the hot forming tool excellent hot gliding ability, one when hot shapes required wear resistance and a hot crack resistance as well as resistance to oxidation chen. It was also newly found that under the new Legie With this structure, the alloys in which the Building one at high temperatures in atmospheric air high temperature generated surface scale at least three layers of an outer, mainly Cr contain tendency oxidized layer, a granular α-W layer and an inner oxi, mainly containing Al and Ti dated layer in this order from the surfaces has the close adhesion of an oxide film can improve and improve a high temperature Resistance to oxidation and hot sliding own.

Wie aus den Aufbauanforderungen der unten gezeigten ersten und zweiten Aspekte der Erfindung zu verstehen ist, beruhen die Merkmale der hochhitzebeständigen Nickelbasislegierung gemäß der Erfindung nicht nur auf der Legierungszusammen­ setzung, sondern auch auf anderen Merkmalen. Und zwar ist ein wesentlicher Unterschied zwischen der hochhitzebestän­ digen Nickelbasislegierung der Erfindung und den herkömmli­ chen hochhitzebeständigen, W enthaltenden Nickelbasislegie­ rungen, daß die Legierung gemäß der Erfindung ein Gefüge hat, das einer Anlaßbehandlung unterworfen ist, welches Ge­ füge durch eine γ′-Phase gekennzeichnet ist. Erfindungsge­ mäß wird die Anlaßbehandlung bei 600 bis 850°C durchge­ führt. In einem Fall von etwa 1000°C oder mehr, wie bei herkömmlichen hochhitzebeständigen Nickelbasislegierungen verwendet, verändert sich eine einmal ausgeschiedene anlaß­ gehärtete Phase bei der Temperatur von etwa 1000°C oder darüber zu einer festen Lösung, so daß es beim Stand der Technik angenommen wurde, daß die vorab durchgeführte An­ laßbehandlung selbst nutzlos war, und deren Wichtigkeit wurde praktisch nicht erkannt.As from the assembly requirements of the first shown below and to understand second aspects of the invention the characteristics of the highly heat-resistant nickel-based alloy according to the invention not only on the alloy together setting, but also on other characteristics. And that is a significant difference between the high heat resistance the nickel-based alloy of the invention and the conventional one Chen highly heat-resistant, W-containing nickel-based alloy stungen that the alloy according to the invention has a structure has undergone an occasional treatment, which Ge  add is characterized by a γ′-phase. Invention Ge The tempering treatment is carried out at 600 to 850 ° C leads. In a case of about 1000 ° C or more, as in conventional high-temperature resistant nickel-based alloys used, an occasion that has been eliminated changes hardened phase at the temperature of about 1000 ° C or about a solid solution, so that it is in the state of Technology was assumed that the previously performed An treatment itself was useless, and its importance was practically not recognized.

Erfindungsgemäß wird eine durch Anlassen ausgeschiedene Phase, die bei herkömmlichen hochhitzebeständigen Nickelba­ sislegierungen mit ähnlichen Zusammensetzungen nicht ver­ wendet wurde, positiv ausgenutzt. Demgemäß ist das Gefüge der hochhitzebeständigen Nickelbasislegierung gemäß der Er­ findung dadurch gekennzeichnet, daß soviel γ′-Phase wie 10 bis 30% vorliegt.According to the invention, one is eliminated by tempering Phase that occurs with conventional high-temperature resistant nickel ba do not use alloys with similar compositions was used positively. The structure is accordingly the highly heat-resistant nickel-based alloy according to the Er invention characterized in that as much γ′-phase as 10th up to 30%.

So weist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine hoch­ hitzebeständige Nickelbasislegierung ein einer Anlaßbehand­ lung unterworfenes Gefüge auf, das 0,02 bis 1,5% Karbid als Menge von Karbiden eines MC-Typs, welche Menge als At.-% aus einer Formel (1) berechnet wird, 10 bis 30% γ′, das als At.-% aus einer anderen Formel (2) berechnet wird, und 0,5 bis 30 Vol.-% α-W, als Vol.-% ausgedrückt, auf­ weist, wobei der Rest eine hauptsächlich Ni enthaltende au­ stenitische Phase ist:Thus, according to the first aspect of the invention, a high heat-resistant nickel base alloy in a tempering treatment structure subjected to the development, the 0.02 to 1.5% carbide as the amount of carbides of an MC type, which amount as At .-% is calculated from a formula (1), 10 to 30% γ ′, which is calculated as At% from another formula (2), and 0.5 to 30% by volume of α-W expressed as% by volume has, the rest of a mainly Ni containing au stenitic phase is:

2[C] (1)2 [C] (1)

4(0,026 [Cr] + 0,13[Mo] + 0,13[W] + 0,61[Al] + 0,68 [Ti] + 0,5[Nb] + 0,5[Ta]-[C]) (2)4 (0.026 [Cr] + 0.13 [Mo] + 0.13 [W] + 0.61 [Al] + 0.68 [Ti] + 0.5 [Nb] + 0.5 [Ta] - [C]) (2)

wobei nicht zugesetzte Elemente als Null gerechnet werden und jedes in Klammern gesetzte Element At.-% jedes Elements bedeutet.elements that are not added are counted as zero and each element in parentheses, at% of each element means.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung werden die Probleme eines Festfressens und einer Oxidation gelöst, die bei der Verwendung beim Warm- oder Heißgleiten verursacht werden. Die Erfinder haben die auf verschiedenen Legierungen bei hohen Temperaturen in atmosphärischer Luft gebildeten Zun­ der bezüglich vieler Legierungen einschließlich der hoch­ hitzebeständigen Nickelbasislegierung nach Anlaßbehandlung entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung untersucht. Als Ergebnis haben die Erfinder festgestellt, daß es für ein Material mit einer überlegenen Festfreßbeständigkeit bei Verwendung beim Hochtemperaturgleiten optimal ist, eine Legierung zu verwenden, die eine durch eine Anlaßbehandlung ausgeschiedene γ′-Phase enthält, die außerdem W enthält und die mit einem Oberflächenzunder versehen ist, der einen Aufbau mit einer körnigen α-W-Schicht hat, die sich zwi­ schen einer äußeren, hauptsächlich Cr enthaltenden oxidier­ ten Schicht und einer inneren, hauptsächlich Al und Ti ent­ haltenden oxidierten Schicht befindet.According to the second aspect of the invention, the problems of seizure and oxidation solved in the Use during hot or hot sliding. The inventors have contributed to various alloys high temperatures formed in atmospheric air that regarding many alloys including the high heat-resistant nickel-based alloy after tempering examined according to the first aspect of the invention. As a result, the inventors found that it was for a material with superior seizure resistance is optimal when used in high temperature gliding, a Alloy to be used by a tempering treatment eliminated γ'-phase, which also contains W and which is provided with a surface scale that one Has structure with a granular α-W layer, which is between an outer, mainly containing Cr oxidizing th layer and an inner, mainly Al and Ti ent holding oxidized layer.

Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ist also eine hoch­ hitzebeständige Nickelbasislegierung vorgesehen, bei der eine Matrix ein einer Anlaßbehandlung unterworfenes Gefüge hat, welches Gefüge eine hauptsächlich Ni enthaltende Au­ stenitphase hat, wobei die Legierung mit einem bei hohen Temperaturen in atmosphärischer Luft gebildeten Oberflä­ chenzunder versehen ist, der wenigstens drei Schichten aus einer äußeren, hauptsächlich Cr enthaltenden oxidierten Schicht, einer körnigen α-W-Schicht und einer inneren, hauptsächlich Al und Ti enthaltenden oxidierten Schicht in dieser Reihenfolge von der Oberflächenseite aus aufweist. According to the second aspect of the invention, one is high heat-resistant nickel-based alloy is provided in the a matrix of a structure subjected to an annealing treatment which structure has an Au containing mainly Ni stenite phase, the alloy with a high Temperatures formed in atmospheric air chenzunder is provided, of at least three layers an outer, mainly Cr containing oxidized Layer, a granular α-W layer and an inner, mainly in Al and Ti containing oxidized layer in this order from the surface side.  

Vorzugsweise besteht die hochhitzebeständige Nickelbasisle­ gierung, die sich zur Verwirklichung der Erfindung eignet, im wesentlichen gewichtsmäßig aus 0,002 bis 0,15% C, bis zu 2% Si, bis zu 3% Mn, < 10% bis 25% Cr, 10 bis 30% W, bis zu 15% Fe, 0,4 bis 2,5% Al, 0,4 bis 3,5% Ti und Rest Ni und zufälligen Verunreinigungen.The highly heat-resistant nickel base is preferably present gation suitable for realizing the invention, essentially by weight from 0.002 to 0.15% C, to up to 2% Si, up to 3% Mn, <10% to 25% Cr, 10 to 30% W, up to 15% Fe, 0.4 to 2.5% Al, 0.4 to 3.5% Ti and Rest Ni and accidental impurities.

Noch bevorzugter kann bei der Legierungszusammensetzung ein Teil des Ni durch bis zu 3,0 Gew.-% und/oder bis zu 3,0 Gew.-% Ta ersetzt werden. Weiter kann, zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung, ein Teil des Ni durch wenigstens eines ersetzt werden, das aus der aus bis zu 10 Gew.-% Mo in einem Bereich von W + 2Mo30, bis zu 0,2 Gew.-% Zr, bis zu 0,02 Gew.-% B, bis zu 0,02 Gew.-% Mg und bis zu 0,02 Gew.-% Ca bestehenden Gruppe gewählt wird. Bei den vorstehend beschriebenen Legierungselementen kann jedes der zum Ersatz eines Teils von Ni zugesetzten zusätzlichen Elemente selektiv in allen möglichen Kombinationen zuge­ setzt werden. Außerdem müssen die selektiv zugesetzten Ele­ mente der oben gezeigten vorgegebenen Formel der γ′-Menge genügen.Even more preferred can be in the alloy composition Part of the Ni by up to 3.0 wt .-% and / or up to 3.0 % Ta by weight. Further, in addition to that composition described above, part of the Ni to be replaced by at least one from the up to to 10% by weight Mo in a range from W + 2Mo30, up to 0.2 % By weight Zr, up to 0.02% by weight B, up to 0.02% by weight Mg and up to 0.02% by weight of Ca group is selected. At the alloy elements described above can be any the additional one added to replace a portion of Ni Elements selectively in all possible combinations be set. In addition, the selectively added ele elements of the given formula of the γ′-quantity shown above are enough.

Die Funktion des bei der hochhitzebeständigen Nickelbasis­ legierung der Erfindung vorgeschriebenen Gefüges wird im folgenden erläutert.The function of the high heat resistant nickel base alloy of the invention prescribed structure is in following explained.

Ein MC-Typ-Primärkarbid ist die härteste Phase in der hoch­ hitzebeständigen Nickelbasislegierung der Erfindung und hat eine Funktion, die Vergröberung austenitischer Körner wäh­ rend einer Heißverformung zur Erzeugung der Legierung zu unterdrücken, und eine andere Funktion zur Verbesserung ei­ ner Heißgleitfähigkeit im Betrieb. Was die MC-Karbidmenge betrifft, kann unter Annahme, daß alle Mengen zugesetzten C′s vorhanden sind, bei Verbindung mit Ti, Nb und Ta das Doppelte der C-Menge, als At.-% ausgedrückt, als der Gehalt an dem MC-Typ-Karbid betrachtet werden. Dementsprechend ist die oben beschriebene MC-Typ-Karbidmenge ein Wert, der durch 2[C] der Formel (1) berechnet wird, worin der [C] At.-% Kohlenstoff bedeutet. Um die Wirkung dieses MC-Typ-Karbids zu erreichen, muß eine wenigstens 0,02 At.-% über­ schreitende MC-Menge zugesetzt werden, doch ein 1,5 At.-% überschreitender Zusatz davon bildet das Kettengefüge des MC-Typ-Karbids, das zu Startpunkten von Wärmerissen mit dem Ergebnis wird, daß die Werkzeugstandzeit verringert wird. Demgemäß wird die als At.-% berechnete MC-Typ-Karbidmenge in einer Menge von 0,02 bis 1,5% zugesetzt. Vorzugsweise ist die MC-Typ-Karbidmenge 0,1 bis 1,0 At.-%.An MC type primary carbide is the hardest phase in the high and heat-resistant nickel-based alloy of the invention a function that would coarsen austenitic grains rend hot forming to produce the alloy suppress, and another function to improve egg hot gliding ability in operation. As for the amount of MC carbide concerns, assuming that all quantities added C’s are present when combined with Ti, Nb and Ta Double the amount of C, expressed as At%, as the content  be considered on the MC type carbide. Is accordingly the MC type carbide amount described above is a value that is calculated by 2 [C] of formula (1), in which the [C] At .-% means carbon. To the effect of this MC type carbide To achieve a must at least 0.02 at .-% over MC amount in progress, but a 1.5 at.% The chain structure of the MC-type carbide that starts at the starting point of heat cracks with the The result is that the tool life is reduced. Accordingly, the amount of MC type carbide calculated as at% added in an amount of 0.02 to 1.5%. Preferably the MC type amount of carbide is 0.1 to 1.0 at%.

Die Ausscheidung einer γ′-Phase durch eine Anlaßbehandlung ist die wirkungsvollste zur Verbesserung der Festigkeit bei Raumtemperatur und bei hoher Temperatur. Die Grundzusammen­ setzung der γ′-Phase wird durch Ni₃Al dargestellt. In einer eine Mehrzahl von Elementen enthaltenden Legierung sind je­ doch verschiedene zugesetzte Elemente tatsächlich in einem Festlösungszustand am Al-Platz der γ′-Phase. Es ist sehr schwierig, die ausgeschiedene Menge dieser γ′-Phase zu mes­ sen. Dementsprechend wurden bei der Erfindung sowohl die Zusammensetzungen als auch das Verhältnis der γ-Phase und γ′-Phase in der im später beschriebenen Beispiel 1 ausge­ wählten Legierung No. 5 der Erfindung gemessen, und unter Verwendung dieser gemessenen Werte und der bekannten Werte (Hiroshi Harada und Michio Yamazaki: "Alloy design for γ′ precipitation hardening Nickel-base superalloys containing Ti, Ta and W", Tetsu-to-Hagane, Vo. 65 (1979), S. 1059) wird ein Koeffizient erhalten, bei dem jeweilige Elemente im Al-Platz der γ′-Phase in fester Lösung sind. Bei Auswer­ tung aus dem Zusammensetzungsbereich der Legierung der Er­ findung werden Cr, Mo, W, Ti, Nb und Ta als Elemente be­ trachtet, die im Al-Platz von Ni₃Al in feste Lösung gelan­ gen. Was die Probe No. 5 im Beispiel 1 betrifft, können je­ doch keine Koeffizienten von Mo und Ta berechnet werden, weil die Probe No. 5 eine weder Mo noch Ta enthaltende Zu­ sammensetzung hat. Demgemäß werden, was die Koeffizienten von Al-Plätze der γ′-Phase einnehmendem Mo und Ta betrifft, die Koeffizienten von W und Nb verwendet, die in die glei­ chen Gruppen wie Mo bzw. Ta gehören.The elimination of a γ'-phase by an annealing treatment is the most effective at improving strength Room temperature and at high temperature. The basic together settlement of the γ'-phase is represented by Ni₃Al. In a an alloy containing a plurality of elements are each but different added elements actually in one Solid solution state at the Al site of the γ′-phase. It is very difficult to measure the excreted amount of this γ′-phase sen. Accordingly, both the Compositions as well as the ratio of the γ phase and γ'-phase in Example 1 described later chose alloy No. 5 of the invention measured, and under Use of these measured values and the known values (Hiroshi Harada and Michio Yamazaki: "Alloy design for γ ′ precipitation hardening nickel-base superalloys containing Ti, Ta and W ", Tetsu-to-Hagane, Vo. 65 (1979), p. 1059) a coefficient is obtained for the respective elements are in solid solution in the Al site of the γ′-phase. With Auswer tion from the composition range of the alloy of the Er Cr, Mo, W, Ti, Nb and Ta are found as elements seeks that gelan in the Al place of Ni₃Al in solid solution What Sample No. 5 concerns in Example 1, each  but no coefficients of Mo and Ta are calculated, because sample No. 5 a Zu containing neither Mo nor Ta composition. Accordingly, what are the coefficients of Mo and Ta taking up Al positions in the γ′-phase, the coefficients of W and Nb used in the same Chen groups like Mo and Ta belong.

Bei deren Berechnung wurde angenommen, daß bezüglich Ti, Nb und Ta Reste nach Bildung von MC-Typ-Karbiden durch Verbin­ dung mit der gesamten Menge zugesetzten Kohlenstoffs zum Gleichgewicht einer γ-γ′-Phase beitragen. Aus den Berech­ nungsergebnissen wird die Gesamtmenge der im Al-Platz der γ′-Phase vorliegenden Elemente bezüglich der zugesetzten Elemente bestimmt, und eine vierfache Menge hiervon wurde als berechnete γ′-Menge angenommen. Die γ′-Menge bei der Erfindung wird also aus der folgenden Gleichung berechnet, die der oben beschriebenen Formel (2) entspricht:When calculating them, it was assumed that with respect to Ti, Nb and Ta residues after formation of MC-type carbides by verbin with the total amount of carbon added to the Contribute to the equilibrium of a γ-γ′-phase. From the calculations results will be the total amount in the Al-Platz of the γ'-phase elements present regarding the added Elements were determined, and a fourfold amount thereof was determined assumed as the calculated γ′-quantity. The γ'-quantity at Invention is thus calculated from the following equation which corresponds to formula (2) described above:

berechnetes γ′ = 4(0,026 [Cr] + 0,13[Mo] + 0,13[W] + 0,61[Al] + 0,68 [Ti] + 0,5[Nb] + 0,5[Ta] - [C])calculated γ ′ = 4 (0.026 [Cr] + 0.13 [Mo] + 0.13 [W] + 0.61 [Al] + 0.68 [Ti] + 0.5 [Nb] + 0.5 [Ta] - [C])

(die Elemente in [ ] drücken den Atomprozentsatz jedes Ele­ ments aus, und nicht zugesetzte Elemente werden als Null gerechnet).(the elements in [] express the atomic percentage of each el elements, and non-added elements are considered zero expected).

Anschließend wird die hochhitzebeständige Nickelbasislegie­ rung der Erfindung einer Wärmebehandlung zur Ausscheidung der γ′-Phase unterworfen. Bei dieser Wärmebehandlung wird eine Lösungsglühbehandlung zur Homogenisierung eines nach Heißverformung erhaltenen Gefüges und zur zeitweisen Um­ wandlung der Ausscheidung in eine feste Lösung durchge­ führt. Temperaturen für diese Lösungsglühbehandlung sind vorzugsweise im Bereich von 900 bis 1200°C. Temperaturen unter 900°C machen die Umwandlung der Ausscheidung in eine feste Lösung unzureichend, und Temperaturen über 1200°C vergröbern die Korngröße, was bezüglich der Festigkeit und der Warmrißbeständigkeit nachteilig ist. Im Fall, wo eine Festigkeit bei Raumtemperaturen wichtig ist, kann eine Lö­ sungsglühbehandlung bei niedrigeren Temperaturen durchge­ führt oder zum Zweck des Belassens von Spannung, die beim Schmieden auftritt, weggelassen werden.Then the highly heat-resistant nickel-based alloy tion of the invention of a heat treatment for excretion subjected to the γ'-phase. This heat treatment will a solution annealing treatment for homogenizing an after Heat deformation obtained structure and for temporary order conversion of the excretion into a solid solution leads. Temperatures for this solution heat treatment are preferably in the range of 900 to 1200 ° C. Temperatures below 900 ° C make the excretion convert into a solid solution insufficient, and temperatures above 1200 ° C  coarsen the grain size, what about strength and the hot crack resistance is disadvantageous. In the case where one Strength at room temperature is important, a Lö solution annealing treatment at lower temperatures leads or for the purpose of leaving tension, which at Forging occurs, can be omitted.

Anschließend wird eine Anlaßbehandlung durchgeführt, und diese Anlaßbehandlung ist zur Ausscheidung der γ′-Phase in der hochhitzebeständigen Nickelbasislegierung und zur Erhö­ hung der Hochtemperaturfestigkeit unerläßlich. Die Anlaßbe­ handlung wird vorzugsweise bei Temperaturen von 600 bis 850°C durchgeführt. Temperaturen unter 600°C erfordern eine lange Zeitdauer zur Ausscheidung der γ′-Phase, und 850°C überschreitende Temperaturen vergröbern die ausge­ schiedene γ′-Phase oder scheiden keine γ′-Phase aus, weil sie in fester Lösung bleibt, so daß keine ausreichende Hochtemperaturfestgigkeit erhalten wird.Then a tempering treatment is carried out, and this tempering treatment is in order to excrete the γ'-phase the highly heat-resistant nickel-based alloy and to increase High temperature resistance is essential. The occasion act is preferably at temperatures from 600 to 850 ° C carried out. Require temperatures below 600 ° C a long period of time to excrete the γ'-phase, and Temperatures exceeding 850 ° C coarsen the temperature separated γ′-phase or do not excrete a γ′-phase because it remains in solid solution, so that it is not sufficient High temperature strength is obtained.

Diese Anlaßbehandlung kann einmal oder zweimal durchgeführt werden, und die Zeitdauer für die Behandlung soll insgesamt wenigstens 3 h oder mehr sein.This tempering treatment can be carried out once or twice and the duration of treatment should be total be at least 3 hours or more.

Wenn die oben erwähnte berechnete Menge von durch die An­ laßbehandlung ausgeschiedenem γ′ unter 10% wird, sinkt die Hochtemperaturfestigkeit, was eine Verringerung der Bestän­ digkeit gegen einen Heißverschleiß und ein Heißgleiten be­ wirkt, wodurch sich eine Verringerung der Werkzeugstandzeit ergibt. Andererseits steigert die 30% überschreitende be­ rechnete γ′ -Menge den Hochtemperaturverformungswiderstand und macht ein Heißschmieden schwierig. Demgemäß ist die durch die oben beschriebene Gleichung erhaltene berechnete γ′-Menge in einem Bereich von 10 bis 30%, vorzugsweise 13 bis 25%. If the above-mentioned calculated amount of by the An let treatment eliminated γ ′ below 10%, the High temperature resistance, which means a reduction in the resistance resistance to hot wear and hot sliding acts, resulting in a reduction in tool life results. On the other hand, the 30% exceeding be calculated γ ′ quantity the high temperature deformation resistance and makes hot forging difficult. Accordingly, the calculated by the equation described above γ'-amount in a range of 10 to 30%, preferably 13 up to 25%.  

Die oben erwähnten, in den Japanischen Patentveröffentli­ chungen 54-33212, 60-58773, 58-502 und 56-21061 beschriebe­ nen Legierungen haben den Zweck der Verfestigung der festen Lösung durch Zusatz von W und enthalten kaum γ′-bildende Elemente. Oder es wird, selbst in einem Fall, wo die γ′-bildenden Elemente in geringen Mengen vorliegen, keine An­ laßbehandlung durchgeführt, so daß keine Verfestigung mit der γ′-Phase erhalten wird. Da die Temperaturen bei der Verwendung der herkömmlichen Legierungen etwa 1000°C be­ tragen, wird nämlich während der Verwendung die γ′-Phase in die feste Lösung umgewandelt. Im Fall dieser bekannten Le­ gierungen wird, was die Funktionen von Al, Ti und Nb be­ trifft, die γ′-Phasenbildungselemente sind, so wirkt Al beispielsweise zur Verbesserung der Oxidationsbeständig­ keit, und Ti sowie Nb wirken zur Verbesserung der Festig­ keit durch Bildung von Karbiden, d. h. es wird im Gegensatz zum Fall der vorliegenden Erfindung keine Verfestigung durch Verwendung der γ′-Phase angestrebt, und ihr Zweck ist von dem der vorliegenden Erfindung völlig verschieden.The above-mentioned in Japanese Patent Publ 54-33212, 60-58773, 58-502 and 56-21061 Alloys have the purpose of solidifying the solid Solution by adding W and hardly contain γ'-forming Elements. Or it will, even in a case where the γ'-forming Items in small quantities, none let treatment performed so that no solidification with the γ'-phase is obtained. Since the temperatures at Using the conventional alloys be about 1000 ° C wear, namely during use the γ'-phase in the solid solution converted. In the case of this known Le alloys is what the functions of Al, Ti and Nb be hits, which are γ′-phase formation elements, then Al acts for example to improve the oxidation resistance speed, and Ti and Nb act to improve the strength carbide formation, d. H. it will be in opposition no solidification in the case of the present invention aimed at using the γ'-phase, and its purpose is completely different from that of the present invention.

Weiter werden, da bei den bekannten, in diesen Veröffentli­ chungen offenbarten Legierungen eine Hochtemperaturkriech­ beständigkeit bei etwa 1000°C als wichtig angesehen wird, die Legierungen in einem Zustand nach Lösungsglühung bei Temperaturen von 1200°C oder darüber oder in einem anderen Zustand verwendet, wo die Legierungen erneut auf 1080°C oder höher nach der Lösungsglühbehandlung erhitzt werden, so daß die Körner vergröbert werden und die Legierungen für eine Verwendung nachteilig sind, die eine Festigkeit und eine Warmrißbeständigkeit bei 700 bis 900°C erfordert, welche Verwendung mit der Erfindung angestrebt wird.Next, because with the known, in these Publi Alloys disclosed a high temperature creep resistance at around 1000 ° C is considered important, the alloys in a state after solution treatment Temperatures of 1200 ° C or above or in another Condition used where the alloys are again at 1080 ° C or higher after the solution heat treatment, so that the grains are coarsened and the alloys for a use are disadvantageous, the strength and requires a hot crack resistance at 700 to 900 ° C, which use is sought with the invention.

Weiter ist eine gleichmäßig verteilte α-W-Phase (die feste Lösung von W mit einem bcc-Gefüge) eine für die Legierung der Erfindung wesentliche wichtige Legierungsphase. Die α-W-Phase trägt nicht nur zu einer Verringerung des Wärme­ dehnungskoeffizienten einer Legierung bei, sondern verhin­ dert auch das Auftreten eines Festfressens, wenn die Legie­ rung unter Heißgleiten verwendet wird. Weiter liefert die α-W-Phase eine Wirkung der Verbesserung der engen Haftung eines Oxidfilms, der unten beschrieben wird. Diese Wirkung der α-W-Phase ergibt sich, wenn deren Menge, durch Messung mit einer Bildanalyse erhalten, 0,5 oder mehr Vol.-% be­ trägt. Ein 30% übersteigender Volumenprozentsatz verur­ sacht eine Verringerung der Oxidationsbeständigkeit und ei­ ner Heißverformbarkeit, und daher ist der Gehalt an der α-W-Phase im Bereich von 0,5 bis 30 Vol.-%, vorzugsweise 3 bis 20 Vol.-%.Next is an evenly distributed α-W phase (the fixed Solution of W with a bcc structure) one for the alloy important alloying phase of the invention. The  α-W phase not only contributes to a reduction in heat elongation coefficient of an alloy, but prevent there is also a seizure when the legie tion under hot gliding is used. The delivers further α-W phase an effect of improving close adhesion an oxide film described below. This effect The α-W phase, if its quantity, results from measurement obtained with an image analysis, 0.5 or more vol .-% be wearing. A volume percentage exceeding 30% gently reduces the oxidation resistance and egg ner hot formability, and therefore the content of the α-W phase in the range from 0.5 to 30% by volume, preferably 3 up to 20 vol .-%.

Die hochhitzebeständige Nickelbasislegierung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die γ′-Phase und die α-W-Phase gleichzeitig vorliegen. Dieses Merkmal der Erfindung wurde bei herkömmlichen hochhitzebeständigen Legierungen niemals gefunden.The highly heat resistant nickel base alloy of the invention is characterized in that the γ'-phase and the α-W phase available at the same time. This feature of the invention has been used in conventional high-temperature resistant alloys never found.

Die γ′-Phase liegt zwar in herkömmlichen hochhitzebeständi­ gen Legierungen des γ′-Ausscheidungsverfestigungstyps na­ türlich vor, doch liegt keine α-W-Phase vor.The γ'-phase is in conventional high heat resistance gene alloys of the γ′-precipitation hardening type na of course, but there is no α-W phase.

Bei herkömmlichen hochhitzebeständigen Nickelbasislegierun­ gen haben Legierungen mit hohem W-Gehalt eine Möglichkeit, daß darin die α-W-Phase vorliegt, doch ist der Zweck der α-W-Phase eine Wirkung zur Ausscheidung der geringen Menge davon nur an den Korngrenzen oder in Körnern, um die Kriechfestigkeit zu verbessern, und ist von deren Funktion und Wirkung bei der Erfindung deutlich unterschieden. Wei­ ter unterscheidet sich die Legierung der Erfindung deutlich von diesen herkömmlichen Legierungen, indem in den herkömm­ lichen Legierungen, wie oben beschrieben, keine γ′-Phase vorliegt. In der Legierung der vorliegenden Erfindung macht es die gleichzeitige Anwesenheit sowohl der γ′-Phase als auch der α-W-Phase zum ersten Mal möglich, den Eigen­ schaftsanforderungen, wie z. B. Festigkeit, Heißgleitfähig­ keit, Heißabrieb- und Warmrißbeständigkeit und Oxidations­ beständigkeit bei 700 bis 900°C gleichzeitig zu genügen.With conventional high-temperature resistant nickel-based alloys alloys with a high W content have a possibility that the α-W phase is present in it, but the purpose is α-W phase an effect for excretion of the small amount of which only at the grain boundaries or in grains around which Improve creep resistance, and is of their function and effect clearly distinguished in the invention. Wei ter the alloy of the invention differs significantly of these conventional alloys by adding to the conventional ones Lichen alloys, as described above, no γ'-phase is present. In the alloy of the present invention  it the simultaneous presence of both the γ'-phase as also possible for the first time in the α-W phase, the Eigen requirements, such as B. strength, hot sliding resistance, hot abrasion and hot crack resistance and oxidation resistance at 700 to 900 ° C at the same time.

Weiter ist die hochhitzebeständige Nickelbasislegierung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge eines bei hohen Temperaturen in atmosphärischer Luft gebildeten Ober­ flächenzunders wenigstens drei Schichten aufweist, die die äußere, hauptsächlich Cr enthaltende oxidierte Schicht, die körnige α-W-Schicht und die innere, hauptsächlich Al und Ti enthaltende oxidierte Schicht in dieser Reihenfolge von der Oberflächenseite aus umfassen, wie beispielsweise in Fig. 1 im Beispiel 1 gezeigt ist. Der Mechanismus der Bildung die­ ses Oxidfilms ist nicht klar. Wenn der Oxidfilmaufbau nicht wenigstens die drei Schichten aufweist, verschlechtern sich die enge Haftung und die Oxidationsbeständigkeit des Oxid­ films.Furthermore, the highly heat-resistant nickel-based alloy of the invention is characterized in that the structure of a surface scale formed at high temperatures in atmospheric air has at least three layers, the outer, mainly containing Cr, the oxidized layer, the granular α-W layer and the inner, mainly Oxidized layer containing Al and Ti in this order from the surface side, as shown in FIG. 1 in Example 1, for example. The mechanism of the formation of this oxide film is not clear. If the oxide film structure does not have at least the three layers, the close adhesion and the oxidation resistance of the oxide film deteriorate.

Wenn beispielsweise α-W-Körner mit einer Abmessung über 5 µm an der Oberfläche freiliegen, wird auf den freiliegen­ den Teilen der Oxidfilm aus WO₃ gebildet, der keine ausrei­ chende enge Haftung hat. Da jedoch die Gesamtmenge von α-W auf 30% oder weniger gesteuert wird, wird es kein solcher primärer Faktor, als daß er die Standzeit eines Werkzeugs in hohem Grade verringert. Es ist zweckmäßig, daß eine kör­ nige α-W-Phase im Zunder, welche Phase durch eine ausge­ schiedene α-W-Phase gebildet wird, eine Teilchenabmessung von 1 µm oder weniger hat. So bildet vorzugsweise das Gefü­ ge des Oberflächenzunders, der erhalten wird, wenn die Le­ gierung der Erfindung in atmosphärischer Luft erhitzt wird, wenigstens drei Schichten, die die äußere, hauptsächlich Cr enthaltene oxidierte Schicht, die körnige α-W-Schicht und die innere, hauptsächlich Al und Ti enthaltende oxidierte Schicht in dieser Reihenfolge von der Oberflächenseite aus aufweisen.If, for example, α-W grains with a dimension above 5 µm on the surface will be exposed the parts of the oxide film formed from WO₃, which is not sufficient has close liability. However, since the total amount of α-W is controlled to 30% or less, it will not primary factor than that of a tool life highly reduced. It is appropriate that a kör few α-W phase in the scale, which phase by a different α-W phase is formed, a particle dimension of 1 µm or less. This is the preferred structure ge of the surface scale obtained when the Le gation of the invention is heated in atmospheric air, at least three layers, the outer, mainly Cr contained oxidized layer, the granular α-W layer and the inner one, mainly containing Al and Ti, oxidized  Layer in this order from the surface side exhibit.

Weiter ist in der Legierung der Erfindung, abgesehen von den Arten des MC-Typ-Karbids der oben beschriebenen Menge, der γ′-Phase, der α-W-Phase und der zufälligen Verunreini­ gungen der Rest eine hauptsächlich Ni enthaltende austeni­ tische Phase. Die Matrix der Legierung hat eine hohe feste Löslichkeit für W und eine hohe Hochtemperaturfestigkeit. Weiter sind die feste Lösung und die Ausscheidung der γ′-Phase im oben beschriebenen Bereich im Fall einer haupt­ sächlich Ni enthaltenden Nickelbasislegierung möglich.Further in the alloy of the invention, apart from the types of MC-type carbide in the amount described above, the γ'-phase, the α-W phase and the accidental Verunreini the rest of them contained an austeni mainly containing Ni table phase. The matrix of the alloy has a high solid Solubility for W and high high-temperature strength. Next are the solid solution and the elimination of the γ'-phase in the area described above in the case of a main Ni-based nickel-based alloy possible.

Es soll nun die Funktion der einzelnen, in der hochhitzebe­ ständigen Nickelbasislegierung der Erfindung enthaltenden Elemente zur Ausführung der oben beschriebenen Erfindung beschrieben werden.It is supposed to be the function of the individual, in the high heat permanent nickel-based alloy containing the invention Elements for carrying out the invention described above to be discribed.

C wird zugesetzt, der, zusätzlich zu einer Funktion als desoxidierendes Element, weitere Funktionen zur Verbindung mit Ti, Nb und Ta zwecks Bildung stabiler MC-Typ-Primärkar­ bide hat, um die Vergröberung austenitischer Körner während einer Heißverformung zu unterdrücken und die Heißgleitfä­ higkeit zu verbessern. Die Wirkung des C wird erreicht, in­ dem man eine Menge von wenigstens 0,002% zusetzt, doch bildet dessen übermäßiger Zusatz von mehr als 0,15% das Kettengefüge des MC-Typ-Karbids und verursacht die Entste­ hung von Warmrissen, die von diesem Teil ausgehen, so daß die Werkzeugstandzeit verringert wird. Demgemäß wird C in einer Menge von 0,002 bis 0,15 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,07 Gew.-% zugesetzt.C is added which, in addition to a function as deoxidizing element, additional connection functions with Ti, Nb and Ta to form stable MC-type primary cards bide has to coarsen austenitic grains during suppress a hot deformation and the hot glide ability to improve. The effect of the C is achieved in to which you add at least 0.002%, yes its excessive addition of more than 0.15% makes that Chain structure of the MC type carbide and causes the first hot cracks emanating from this part, so that the tool life is reduced. Accordingly, C in an amount of 0.002 to 0.15% by weight, preferably 0.01 added to 0.07 wt .-%.

Si wird als ein Desoxidationsmittel zugesetzt und ist gleichzeitig wirksam zur Verbesserung der engen Haftung ei­ nes Oxidfilms. Jedoch verursacht dessen übermäßiger Zusatz von mehr als 2% eine Verringerung sowohl der Heißverform­ barkeit als auch der Duktilität bei Raumtemperaturen. Dem­ gemäß wird Si in einer Menge von 2 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 0,7 Gew.-% oder weniger zugesetzt.Si is added as a deoxidizer and is effective at the same time to improve the tight adhesion oxide film. However, this causes excessive addition  a reduction in both hot working of more than 2% availability and ductility at room temperatures. The according to Si in an amount of 2% by weight or less, preferably 0.7% by weight or less added.

Mn wird als Desoxidationsmittel zugesetzt. Sein übermäßi­ ger, 3% überschreitender Zusatz verursacht eine Verringe­ rung der Hochtemperaturfestigkeit, und daher wird Mn in ei­ ner Menge von 3 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 1 Gew.-% oder weniger zugesetzt.Mn is added as a deoxidizer. Its excessive Additive that exceeds 3% causes a reduction tion of high temperature strength, and therefore Mn becomes in egg an amount of 3% by weight or less, preferably 1% by weight or less added.

Cr bildet einen Oxidfilm mit einer hochgradig engen Haftung an der Oberfläche einer Legierung während einer Erhitzung auf hohe Temperaturen und verbessert die Oxidationsbestän­ digkeit. Zusätzlich kann Cr auch die Heißgleitfähigkeit verbessern. Diese Wirkung erfordert seinen Zusatz in einer Menge über 10%, doch dessen 25% überschreitender, übermä­ ßiger Zusatz verursacht die Ausscheidung einer α-Phase, was von einer Verringerung der Duktilität begleitet wird. Dem­ gemäß liegt die Cr-Menge in einem Bereich über 10 Gew.-%, jedoch nicht mehr als 25 Gew.-%, vorzugsweise 13 bis 20 Gew.-%.Cr forms an oxide film with extremely tight adhesion on the surface of an alloy during heating to high temperatures and improves the oxidation resistance efficiency. In addition, Cr can also improve hot sliding properties improve. This effect requires its addition in one Quantity over 10%, but its exceeding 25%, excessive Additive causes the excretion of an α phase, what is accompanied by a decrease in ductility. The the amount of Cr is in a range above 10% by weight, however not more than 25% by weight, preferably 13 to 20% % By weight.

W ist ein Zusatzelement, das zum Erhalten einer austeniti­ schen Phase mit der hohen Ausscheidung von α-W und einer hohen Hochtemperaturfestigkeit wesentlich ist. Um diese Wirkungen zu erzielen, ist W in einer Menge von wenigstens 10 Gew.-% zuzusetzen, doch dessen übermäßiger Zusatz von mehr als 30% verursacht die übermäßige Ausscheidung von α-W und eine Senkung sowohl der Oxidationsbeständigkeit als auch der engen Haftung eines Oxidfilms. Dementsprechend ist die W-Menge im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 12 bis 22 Gew.-%. W is an additional element that is used to obtain an austeniti phase with the high excretion of α-W and one high high temperature strength is essential. Around To achieve effects, W is at least in an amount Add 10 wt .-%, but its excessive addition of more than 30% causes excessive excretion of α-W and a decrease in both oxidation resistance as well also the tight adhesion of an oxide film. Is accordingly the amount of W in the range of 10 to 30% by weight, preferably 12 to 22% by weight.  

Mo ist ein Element der gleichen Gruppe wie W, und daher kann der Ersatz eines Teils von W durch Mo die gleiche Funktion wie die von W vorsehen. Da jedoch seine Wirkung geringer als die von W ist, setzt man Mo in einem Bereich von nicht mehr als 10 Gew.-% und dabei in einem Bereich von W + 2Mo30 Gew.-% zu.Mo is an element of the same group as W, and therefore the replacement of part of W by Mo can be the same Provide function like that of W. However, since its effect is less than that of W, Mo is set in one area of not more than 10% by weight and in a range of W + 2Mo30% by weight.

Fe braucht der vorliegenden Legierung nicht unbedingt zuge­ setzt zu werden. Da jedoch in einem Festlösungszustand in einer hauptsächlich Ni enthaltenden austenitischen Phase vorliegendes Fe die Heißverformbarkeit verbessern kann und da es zur Einsparung von Rohstoffen und zur Verringerung der Preise brauchbar ist, wird Fe bedarfsweise zugesetzt. Dessen übermäßiger Zusatz erweicht jedoch eine austeniti­ sche Phase und verringert die ausgeschiedene Menge einer γ′-Phase, was zu einer Senkung der Hochtemperaturfestigkeit führt. Demgemäß wird Fe in einer Menge von 15 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-% zugesetzt.Fe does not necessarily need to be present in the alloy to be put. However, since in a solid solution state in an austenitic phase mainly containing Ni present Fe can improve the hot deformability and since it is for saving raw materials and reducing Fe is added if the prices are useful. However, its excessive addition softens an austenite phase and reduces the amount excreted γ′-phase, leading to a reduction in high temperature strength leads. Accordingly, Fe is in an amount of 15% by weight or less, preferably 2 to 10 wt .-% added.

Al ist ein Zusatzelement, das zur Bildung einer stabilen γ′-Phase nach einer Anlaßbehandlung wesentlich ist und in einer Menge von wenigstens 0,4 Gew.-% zugesetzt werden soll. Dessen übermäßiger, 2,5% übersteigender Zusatz ver­ ursacht jedoch eine Steigerung der γ′-Phase und senkt die Heißverformbarkeit. Demgemäß ist Al in einem Bereich von 0,4 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 1,5 Gew .-%.Al is an additional element that is used to form a stable γ'-phase after a tempering treatment is essential and in in an amount of at least 0.4% by weight should. Its excessive addition, exceeding 2.5% however causes an increase in the γ′-phase and lowers it Hot formability. Accordingly, Al is in a range of 0.4 to 2.5% by weight, preferably 0.7 to 1.5% by weight.

Ein Teil des Ti wird mit C zur Bildung eines stabilen MC-Typ-Primärkarbids verbunden und hat Funktionen zur Unter­ drückung der Vergröberung austenitischer Körner während der Heißverformung und zur Verbesserung der Heißgleitfähigkeit. Der Rest des Ti liegt in der γ′-Phase im Festlösungszustand vor, wodurch die γ′-Phase verfestigt wird, und dient zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit. Demgemäß muß Ti in einer Menge von wenigstens 0,4 Gew.-% zugesetzt werden, doch dessen übermäßiger, 3,5 Gew.-% übersteigender Zusatz senkt nicht nur die Heißverformbarkeit, sondern macht auch die γ′-Phase instabil und verursacht Verringerungen der Fe­ stigkeit nach langzeitiger Verwendung bei hohen Temperatu­ ren. Demgemäß liegt Ti im Bereich von 0,4 bis 3,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 2,5 Gew.-%.Part of the Ti is combined with C to form a stable MC-type primary carbide connected and has functions for sub pressing the coarsening of austenitic grains during the Hot deformation and to improve the hot sliding ability. The rest of the Ti is in the γ'-phase in the solid solution state before, whereby the γ'-phase is solidified, and is used for Improvement of high temperature strength. Accordingly, Ti are added in an amount of at least 0.4% by weight,  but its excessive addition exceeding 3.5% by weight Not only lowers hot formability, it also makes the γ′-phase is unstable and causes reductions in Fe Stability after long-term use at high temperatures Accordingly, Ti is in the range from 0.4 to 3.5% by weight, preferably 0.7 to 2.5% by weight.

Weiter haben Al und Ti auch eine wichtige Funktion der Ver­ besserung der Oxidationsbeständigkeit. Al und Ti bilden nämlich Oxidfilme an der Innenseite der oben beschriebenen körnigen α-W-Schicht bei Bildung des Oberflächenzunders, wodurch die enge Haftung des Oxidfilms im Zusammenwirken mit dem Effekt der körnigen α-W-Schicht verbessert wird, was zur Verbesserung einer Hochtemperaturoxidationsbestän­ digkeit und der Heißgleitfähigkeit führt.Furthermore, Al and Ti also have an important function of ver improved oxidation resistance. Form Al and Ti namely oxide films on the inside of those described above granular α-W layer when the surface scale is formed, whereby the close adhesion of the oxide film in interaction with the effect of the granular α-W layer is improved, what to improve a high temperature oxidation resistance and the hot sliding ability.

Gleichartig wie Ti wird ein Teil von sowohl Nb als auch Ta mit C unter Bildung stabiler MC-Typ-Primärkarbide verbun­ den, und sie haben Funktionen der Unterdrückung der Ver­ gröberung der austenitischen Körner während der Heißverfor­ mung und zur Verbesserung einer Heißgleitfähigkeit. Der Rest sowohl von Nb als auch von Ta liegt in der γ′-Phase im Festlösungszustand vor, wodurch die γ′-Phase fester Lösung verfestigt wird, und dient zur Verbesserung der Hochtempe­ raturfestigkeit. Dementsprechend können Nb und Ta je nach Bedarf zugesetzt werden. Da jedoch deren übermäßiger Zusatz von mehr als 3 Gew.-% die Heißverformbarkeit verringert, liegen Nb und Ta in einem Bereich von je 3 Gew.-% oder we­ niger.Like Ti, part of both Nb and Ta combined with C to form stable MC-type primary carbides den, and they have functions of suppressing the ver coarsening of the austenitic grains during hot working tion and to improve a hot sliding ability. Of the The rest of both Nb and Ta is in the γ′-phase in Solid solution state before, causing the γ'-phase solid solution is solidified, and serves to improve the high temperature temperature resistance. Accordingly, Nb and Ta can vary depending Need be added. However, since their excessive addition of more than 3% by weight reduces the hot deformability, are Nb and Ta in a range of 3 wt .-% or we Niger.

Zr und B sind zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit und Duktilität durch ihre Korngrenzenverfestigungsfunktion wirksam, und wenigstens eines von ihnen kann der Legierung der Erfindung in einer passenden Menge zugesetzt werden. Ihre Wirkung wird bei einer geringen Zusatzmenge erhalten. Zr and B are used to improve high temperature strength and ductility through their grain boundary strengthening function effective, and at least one of them can be of the alloy be added to the invention in an appropriate amount. Their effect is obtained with a small amount added.  

Zr- und B-Mengen von mehr als 0,1 Gew.-% bzw. 0,02 Gew.-% senken den Schmelzbeginnpunkt beim Erhitzen, wodurch die Heißverformbarkeit verschlechtert wird. Demgemäß sind die oberen Grenzen von Zr und B 0,2 Gew.-% bzw. 0,02 Gew.-%.Zr and B amounts of more than 0.1% and 0.02% by weight, respectively lower the melting point when heated, thereby reducing the Hot formability is deteriorated. Accordingly, they are upper limits of Zr and B 0.2% by weight and 0.02% by weight, respectively.

Mg und Ca verbessern nicht nur die Reinheit der Legierung als starke Desoxidations- und Entschwefelungselemente, son­ dern dienen auch zur Verbesserung der Duktilität, wenn die Legierung gereckt wird, in Kriechverformung und/oder in Heißverformung ist. Demgemäß kann wenigstens eines von ih­ nen in einer geeigneten Menge zugesetzt werden. Ihre Wir­ kung wird bei einer kleinen Zusatzmenge erhalten. Wenn die Mengen von Mg und Ca 0,02 Gew.-% übersteigen, sinken die Schmelzbeginnpunkte beim Erhitzen, wodurch die Verformbar­ keit verschlechtert wird. Demgemäß ist die obere Grenze für sowohl Mg als auch Ca 0,02%.Mg and Ca not only improve the purity of the alloy as strong deoxidation and desulfurization elements, son also serve to improve ductility when the Alloy is stretched, in creep deformation and / or in Is hot deformation. Accordingly, at least one of them be added in an appropriate amount. Your we kung is obtained with a small additional amount. If the Amounts of Mg and Ca exceed 0.02% by weight, the decrease Melting start points when heated, making the malleable is deteriorated. Accordingly, the upper limit is for both Mg and Ca 0.02%.

Ni bildet eine stabile austenitische Phase und wird eine Matrix für sowohl die feste Lösung als auch die Ausschei­ dung der γ′-Phase. Weiter wird, da Ni eine feste Lösung mit einer großen Menge von W bilden kann, eine austenitische Matrix mit einer hohen Festigkeit bei hohen Temperaturen erhalten, und daher ist Ni der Rest der Legierung.Ni forms a stable austenitic phase and becomes one Matrix for both the solid solution and the selection extension of the γ′-phase. Next, since Ni has a solid solution with can form a large amount of W, an austenitic Matrix with high strength at high temperatures obtained, and therefore Ni is the rest of the alloy.

Abgesehen von den oben beschriebenen Elementen können bis zu 10 Gew.-% Co der Legierung der Erfindung zugesetzt wer­ den.Apart from the elements described above, up to to 10 wt .-% Co of the alloy of the invention who added the.

Co existiert im Austenit der Matrix im Festlösungszustand, wodurch eine gewisse Festlösungsverfestigungsfunktion er­ reicht wird, und hat auch eine Wirkung zur Verbesserung der engen Haftung des Oxidfilms. Da Co in der Ni-Matrix im Festlösungszustand vorliegt und da Co die Ausscheidung der γ′-Phase kaum beeinträchtigt, ist Co günstig. Da Co jedoch ein teures Element ist, wird dessen Zusatz in großen Mengen nicht bevorzugt.Co exists in the austenite of the matrix in the solid solution state, thereby having a certain solid solution strengthening function is enough, and also has an effect to improve tight adhesion of the oxide film. Since Co in the Ni matrix in Solid solution state exists and since Co the excretion of the γ′-phase hardly affected, Co is favorable. However, since Co  An expensive item is its addition in large quantities not preferred.

Außer den oben beschriebenen Elementen können zufällige Verunreinigungselemente in der Legierung der Erfindung im folgenden Bereich enthalten sein:In addition to the elements described above, random Impurity elements in the alloy of the invention in following area:

P0,02%, S0,02%, O0,03%, N0,02%.P0.02%, S0.02%, O0.03%, N0.02%.

Der erwünschte Bereich ist folgendermaßen:The desired range is as follows:

P0,01%, S0,01%, O0,01%, N0,01%.P0.01%, S0.01%, O0.01%, N0.01%.

Andererseits bewirken Elemente, wie z. B. Y, Seltene Erden und Hf, eine Senkung der Heißverformbarkeit und werden da­ her nicht unbedingt der Legierung der Erfindung zugesetzt. Jedoch haben sie eine Wirkung zur Verbesserung der engen Haftung und Oxidationsbeständigkeit des Oxidfilms und kön­ nen daher in den folgenden Bereichen zugesetzt werden:On the other hand, elements such. B. Y, rare earths and Hf, a reduction in hot workability and are there not necessarily added to the alloy of the invention. However, they have an effect to improve the tight Adhesion and oxidation resistance of the oxide film and can can therefore be added in the following areas:

Y0,2, Seltene Erden 0,2, Hf0,2%.Y0.2, rare earths 0.2, Hf0.2%.

V ist den anderen der Legierung der Erfindung wegen der Wirkung zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit zuge­ setzten Elementen unterlegen, und Re steigert die Kosten der Legierung, obwohl es zur Verbesserung der Hochtempera­ turfestigkeit beiträgt. Demgemäß werden beide der Legierung der Erfindung nicht notwendig zugesetzt, können jedoch in den folgenden Bereichen zugesetzt werden:V is the other of the alloy of the invention because of the Effect added to improve the high temperature strength inferior elements, and Re increases costs the alloy, although it does improve the high temperature door strength contributes. Accordingly, both of the alloy not necessarily added to the invention, but can in be added to the following areas:

V1%, Re1%.V1%, Re1%.

Die oben beschriebene hochhitzebeständige Nickelbasislegie­ rung der Erfindung wird als ein Block durch einen solchen Raffinierschritt wie Vakuum allein oder nach dem Vakuum­ schmelzen durchgeführtes Elektroschlacke-Umschmelzen oder danach durchgeführtes Vakuum-Umschmelzen erhalten, welcher Block dann durch einen solchen Verformungsschritt wie Heiß­ schmieden oder Heißwalzen usw. zu primären Produkten endbe­ arbeitet wird.The high heat resistant nickel base alloy described above tion of the invention is considered a block by such Refining step like vacuum alone or after the vacuum  melt performed electroslag remelting or obtained vacuum remelting afterwards, which Block then through such a deformation step as hot forge or hot roll etc. to make primary products will work.

Wie oben beschrieben, werden diese Materialien praktisch eingesetzt, nachdem sie der Lösungsglühbehandlung bei 900 bis 1150°C und einer Anlaßbehandlung bei 600 bis 850°C zur Ausscheidung der γ′-Phase unterworfen wurden.As described above, these materials become practical used after solution annealing treatment at 900 up to 1150 ° C and a tempering treatment at 600 to 850 ° C were subjected to the elimination of the γ′-phase.

Fig. 1 ist eine Photographie des Metallmikrogefüges eines Querschnittoberflächenteils, das nach fünfmaligem Wiederho­ len einer Luftabkühlungsbehandlung auf Raumtemperatur nach 16stündigem Halten bei 900°C in atmosphärischer Luft er­ halten wurde, welche Photographie unter Verwendung eines Abtasttyp-Elektronenmikroskops erhalten wird, und Fig. 1 zeigt auch eine schematische Darstellung, die die in der Photographie existierenden Phasen erläutert. Fig. 1 is a photograph of the metal microstructure of a cross-sectional surface portion obtained after repeating an air cooling treatment to room temperature five times after holding at 900 ° C in atmospheric air for 16 hours, which photograph is obtained using a scanning type electron microscope, and Fig. 1 shows also a schematic representation that explains the phases existing in photography.

Beispiel 1example 1

Blöcke von jeweils 15 kg wurden aus den Legierungen No. 1 bis 28 gemäß der Erfindung, den Vergleichslegierungen No. 41 und 42 und den herkömmlichen Legierungen No. 51 bis 54, die alle in der Tabelle 1 aufgeführt sind, durch Vakuum-In­ duktionsschmelzen hergestellt, und dann wurden Stangen von 30 mm × 30 mm Querschnitt aus den Blöcken durch Heißverfor­ mung hergestellt. Zusammen mit den Zusammensetzungen der Legierungen sind in der Tabelle 1 auch die berechneten MC-Typ-Karbidmengen, die doppelte Werte der C-Mengen in At.-% sind, die α-W-Mengen, die durch Bildanalyse bezüglich der Legierungen No. 1 bis 28 der Erfindung, der Vergleichsle­ gierungen No. 41 und 42 und der herkömmlichen Legierung No. 51 gemessen wurden, und die berechneten γ′-Mengen, die durch die folgende Gleichung darstellt werden, für die Le­ gierungen No. 1 bis 28 der Erfindung und die Vergleichsle­ gierungen No. 41 und 42 aufgeführt:Blocks of 15 kg each were made from alloy no. 1 to 28 according to the invention, the comparative alloys No. 41 and 42 and the conventional alloys No. 51 to 54, which are all listed in Table 1 by vacuum-in production melts, and then bars of 30 mm × 30 mm cross section from the blocks by hot forming mung manufactured. Together with the compositions of the Alloys in Table 1 are also the calculated MC type carbide amounts, the double values of the C-quantities in At .-% are the α-W quantities, which are determined by image analysis with respect to the Alloys No. 1 to 28 of the invention, the comparative le  alloys No. 41 and 42 and the conventional alloy No. 51 were measured, and the calculated γ′-amounts that are represented by the following equation for which Le alloys No. 1 to 28 of the invention and the comparative le alloys No. 41 and 42 listed:

Berechnetes γ′ = 4(0,026 [Cr] + 0,13[Mo] + 0,13[W] + 0,16 [Al] + 0,68[Ti] + 0,5[Nb] + 0,5[Ta] - [C])Calculated γ ′ = 4 (0.026 [Cr] + 0.13 [Mo] + 0.13 [W] + 0.16 [Al] + 0.68 [Ti] + 0.5 [Nb] + 0.5 [Ta] - [C])

(die Elemente in eckigen Klammern bedeuten jeweils At.-% der Elemente).(the elements in square brackets each mean At .-% of the elements).

Die α-W-Mengen wurden unter Verwendung der Proben gemessen, die durch Polieren der Querschnitte der Proben zu spiegel­ artigen Flächen nach einer unten gezeigten Wärmebehandlung und anschließende Korrosion im Königswasser erhalten wur­ den. Es wurden Teilchen mit einer Größe von 5 µm oder mehr unter einem optischen Mikroskop beobachtet, und eine Fläche von 8000 mm² wurde einer Bildanalyse zur Bestimmung des Flächenanteils unterworfen. Auch wurden Teilchen mit einer Größe unter 5 µm unter einem Abtasttyp-Elektronenmikroskop beobachtet, und eine Fläche von 8000 µm² wurde der Bild­ analyse zur Bestimmung des Flächenanteils unterworfen. Die α-W-Menge wurde durch die Summe der beiden unabhängig be­ rechneten Flächenverhältnisse bestimmt.The amounts of α-W were measured using the samples, to mirror that by polishing the cross sections of the samples like surfaces after a heat treatment shown below and subsequent corrosion was obtained in aqua regia the. There were particles with a size of 5 microns or more observed under an optical microscope, and a surface of 8000 mm² was an image analysis to determine the Subject to area share. Particles with a Size under 5 µm under a scanning type electron microscope was observed and the area was 8000 µm² subjected to analysis to determine the proportion of area. The The amount of α-W was independent of the sum of the two calculated area ratios.

Hier hat die Vergleichslegierung No. 41 eine höhere C-Menge im Vergleich mit denen der Legierungen der Erfindung, und die Vergleichslegierung No. 42 ist von einer Zusammenset­ zung, in der die berechnete γ′-Menge und die Cr-Menge nied­ riger als die der Legierungen der Erfindung sind. Die be­ kannte Legierung No. 51 ist die nach der JP-OS 3-61345; die bekannte Legierung No. 52 ist die hochhitzebeständige Ei­ senbasislegierung A286; die bekannte Legierung No. 53 ist Ausscheidungshärtungs-Heißverformungswerkzeugstahl; und die bekannte Legierung No. 54 ist JIS SKD61.Here the comparative alloy No. 41 a higher amount of carbon in comparison with those of the alloys of the invention, and the comparative alloy No. 42 is of a set tongue in which the calculated γ′-quantity and the Cr-quantity are expressed riger than that of the alloys of the invention. The be known alloy No. 51 is that according to JP-OS 3-61345; the well-known alloy No. 52 is the highly heat-resistant egg sen base alloy A286; the well-known alloy No. 53 is Precipitation hardening hot forming tool steel; and the well-known alloy No. 54 is JIS SKD61.

Bei diesen heißverformten Materialien wurden die Legierun­ gen No. 1 bis 28 der Erfindung und die Vergleichslegierun­ gen No. 41 und 42 einer Lösungsglühbehandlung durch Ölab­ kühlung nach 30minütigem Halten bei 1050°C unterworfen und anschließend einer Anlaßbehandlung unterworfen, die die Schritte eines allmählichen Abkühlens nach 8stündigem Hal­ ten bei 720°C und danach eine Luftabkühlung nach 8stündi­ gem Halten bei 620°C umfaßte. Die bekannte Legierung No. 51 wurde einer Lösungsglühbehandlung durch Luftabkühlung nach 30minütigem Halten bei 950°C unterworfen. Die be­ kannte Legierung No. 52 wurde einer Lösungsglühbehandlung durch Luftabkühlen nach 30minütigem Halten bei 980°C und einer Anlaßbehandlung durch Luftabkühlung nach 16stündigem Halten bei 730°C unterworfen. Die bekannte Legierung No. 53 wurde durch rasches Abkühlen nach 30minütigem Halten bei 1000°C gehärtet und danach getempert, so daß eine Härte von 382 HV erhalten wurde. Die bekannte Legierung No. 54 wurde durch Luftabkühlung nach 30minütigem Halten bei 1020°C gehärtet und danach getempert, so daß eine Härte von 446 HV erhalten wurde.Alloys were used for these hot-formed materials gen No. 1 to 28 of the invention and the comparative alloy gen No. 41 and 42 a solution heat treatment by oil removal subjected to cooling after holding at 1050 ° C. for 30 minutes and then subjected to a tempering treatment which the Gradual cooling steps after Hal 8 hours at 720 ° C and then air cooling after 8 hours according to holding at 620 ° C. The well-known alloy No. 51 was a solution heat treatment by air cooling after holding for 30 minutes at 950 ° C. The be  known alloy No. 52 became solution heat treatment by air cooling after holding at 980 ° C for 30 minutes and a tempering treatment by air cooling after 16 hours Keep exposed at 730 ° C. The well-known alloy No. 53 was brought on by rapid cooling after holding for 30 minutes Hardened 1000 ° C and then annealed, so that a hardness of 382 HV was obtained. The well-known alloy No. 54 was by air cooling after holding for 30 minutes 1020 ° C hardened and then annealed, so that a hardness was obtained from 446 HV.

Die in der Tabelle 1 gezeigten Legierungen wurden der Mes­ sung der Härte bei Raumtemperatur und 700°C, einem Zugtest bei Raumtemperatur von 700°C und der Messung der Wärmedeh­ nungskoeffizienten von Raumtemperatur bis 700°C unterwor­ fen. Die Härte wurde mit einem Vickers Härtemesser bei ei­ ner Last von 98 N gemessen. Der Zugtest wurde unter Verwen­ dung eines Probenstücks durchgeführt, das zum Erhalten ei­ nes Durchmessers von 6,35 mm an einem parallelen Teil des­ selben und eines Abstandes von 25,4 mm zwischen den Ein­ stellmarken verformt wurde.The alloys shown in Table 1 were measured hardness at room temperature and 700 ° C, a tensile test at room temperature of 700 ° C and the measurement of thermal expansion coefficient from room temperature to 700 ° C fen. The hardness was measured with a Vickers hardness meter at ei ner load of 98 N measured. The tensile test was under use a sample that is used to obtain an egg diameter of 6.35 mm on a parallel part of the same and a distance of 25.4 mm between the on markers was deformed.

Ein Heißgleittest wurde zur Auswertung der Heißgleitfähig­ keit durchgeführt. Bei diesem Test wurde ein Rundstangen­ probestück von 5 mm Durchmesser und 20 mm Länge hergestellt und an einem Klemmstück an einer Bohrmaschine befestigt. Eine Stirnfläche des Probestücks wurde auf einen auf 600°C erhitzten, aus JIS SNCM439 bestehenden Block bei einer Drehzahl von 1540 U/min während 30 s gepreßt. Die Preßlast wurde gesteigert, und eine ein Festfressen erzeugende Last wurde durch eine Last definiert, bei dem das Probestück am Block fest hängenblieb. Je höher diese das Festfressen er­ zeugende Last ist, als umso besser kann die Heißgleitfähig­ keit bei hoher Last bewertet werden. A hot slide test was used to evaluate the hot slide carried out. In this test, a round bar was used Test piece of 5 mm in diameter and 20 mm in length produced and attached to a clamp on a drill. An end face of the specimen was placed on at 600 ° C heated block made of JIS SNCM439 at a Speed of 1540 rpm pressed for 30 s. The press load was increased, and a seizing load was defined by a load at which the specimen on Block got stuck. The higher this he seizes generating load is, as the better the hot sliding speed at high load.  

Ein Heißverschleißtest wurde durchgeführt, um die Heißver­ schleißbeständigkeit zu bewerten. Dieser Test ist ein be­ kanntes Testverfahren, das den Verschleiß einer Heißschmie­ deform simuliert.A hot wear test was carried out to test the hot wear evaluate wear resistance. This test is a be Known test procedure, the wear of a hot smear deform simulates.

Dieses Testverfahren ist genauer in der JP-OS 5-260556 als Erfindung der vorliegenden Erfinder beschrieben. Bei diesem Test wurden an einem Außenende eines Rundstangenprobestücks mit einem Durchmesser von 16 mm sowohl ein Wärmezyklus aus Erhitzen und Abkühlen als auch ein Reibungsgleiten gegen einen aus JIS S45C bestehenden Stift wiederholt, der auf etwa 800°C erhitzt war, um dadurch einen von Warmrissen an der Endfläche des Probestücks begleiteten Verschleiß her­ vorzurufen. Die Erhitzungstemperatur des Probestücks wurde auf 600°C eingestellt. Das Reibungsgleiten gegen den Stift wurde bei einem Flächendruck von 14 N/mm² und bei einer Drehzahl von 400 U/min für 5 s durchgeführt, und die Abküh­ lung erfolgte in Wasser von 32°C während 3,5 s. Nach Wie­ derholung von 2000 Zyklen mit dem Erhitzen, dem Reibungs­ gleiten und dem Abkühlen als ein Zyklus wurde die Ver­ schleißtiefe an der Endfläche des Probestücks mit einem Oberflächenrauhigkeitsmesser zur Bestimmung der Verschleiß­ menge gemessen. Weiter wurde ein Querschnittsmikrogefüge am verschlissenen Bereich des Probestücks beobachtet, um die Zahl und die Maximallänge der aufgetretenen Wärmerisse zu messen.This test method is more detailed in JP-OS 5-260556 than Invention of the present inventors described. With this Tests were made on an outer end of a round bar specimen with a diameter of 16 mm both a heat cycle Heating and cooling as well as friction sliding against repeats a pen made of JIS S45C that points to was heated to about 800 ° C, thereby causing one of hot cracks wear on the end face of the specimen to call. The heating temperature of the specimen was set to 600 ° C. The friction sliding against the pin was at a surface pressure of 14 N / mm² and at a Speed of 400 rpm for 5 s, and the cooling treatment took place in water at 32 ° C. for 3.5 s. After how repetition of 2000 cycles with heating, friction sliding and cooling as a cycle, the Ver depth of wear on the end face of the specimen with a Surface roughness meter to determine wear quantity measured. A cross-sectional microstructure was also developed on worn area of the specimen observed to the Number and the maximum length of the heat cracks that occurred measure up.

Weiter wurden zur Auswertung der Oxidationsbeständigkeit Rundstangenprobestücke von 8 mm Durchmesser und 15 mm Länge aus den in der Tabelle 1 gezeigten Legierungen hergestellt, um eine Oxidationsgewichtsänderung nach fünfmaliger Wieder­ holung der Luftabkühlungsbehandlung auf Raumtemperatur nach 16stündigem Halten bei 900°C in atmosphärischer Luft zu messen. Furthermore, the oxidation resistance was evaluated Round bar specimens 8 mm in diameter and 15 mm in length made from the alloys shown in Table 1, an oxidation weight change after five re-runs make up for the air cooling treatment to room temperature Hold for 16 hours at 900 ° C in atmospheric air measure up.  

Die verschiedenen oben beschriebenen Testergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Es wurde bestätigt, daß die Le­ gierungen der Erfindung von höherer Härte bei 700°C und höherer Zugfestigkeit bei 700°C als die Vergleichslegie­ rungen und die herkömmlichen Legierungen und von ausge­ zeichneten mechanischen Eigenschaften in einem Hochtempera­ turbereich sind. Ihre Wärmedehnungskoeffizienten zeigten Werte nahe denen eines durch die bekannte Legierung No. 54 gezeigten Heißverformungswerkzeugstahls. Die bekannte Le­ gierung No. 52 hatte einen hohen Wärmedehnungskoeffizient im Vergleich mit dem des durch die bekannte Legierung No. 54 angegebenen Heißverformungswerkzeugstahls.The various test results described above are in listed in Table 2. It was confirmed that Le gations of the invention of higher hardness at 700 ° C and higher tensile strength at 700 ° C than the comparison alloy and the conventional alloys and from recorded mechanical properties in a high temperature door area. Their thermal expansion coefficients showed Values close to those of the well-known alloy no. 54 hot forming tool steel shown. The well-known Le alloy No. 52 had a high coefficient of thermal expansion in comparison with that of the known alloy no. 54 specified hot forming tool steel.

Die Oxidationsgewichtsänderung wurde nach fünfmaligem Wie­ derholen des Schritts des 16stündigen Haltens bei 900°C in atmosphärischer Luft mit den Ergebnissen beobachtet, daß die anderen Legierungen mit Ausnahme der bekannten Legie­ rungen No. 53 und 54 einen Anstieg der Werte zeigten und daß die engen Haftungen der Oxidationsfilme gut waren.The change in oxidation weight was repeated after five times repeat the step of holding at 900 ° C for 16 hours atmospheric air with the results observed that the other alloys with the exception of the known alloy stanchions No. 53 and 54 showed an increase in values and that the tight adherence of the oxidation films was good.

Es wurde gefunden, daß bei einer Senkung des Cr-Gehalts wie im Fall der Vergleichslegierung No. 42 eine Gewichtssteige­ rung aufgrund von Oxidation auftritt und daß eine weitere Senkung des Cr-Gehalts wie im Fall der Vergleichslegierung No. 51 eine erhebliche Steigerung des Gewichts aufgrund von Oxidation im Vergleich mit den Legierungen der Erfindung auftritt und daß daher eine große Cr-Menge wie bei den Le­ gierungen der Erfindung erforderlich war, um die Oxidati­ onsbeständigkeit zu verbessern. Andererseits zeigte Heiß­ verformungswerkzeugstahl wie die bekannten Legierungen No. 53 und 54 eine Senkung der Oxidationsgewichtsänderungswer­ te. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Oxidfilm wäh­ rend eines Oxidationstests abgeschält wurde und daß das Oxidationsgewicht unter Ausschluß dieses abgeschälten Oxid­ films berechnet wurde, was zeigt, daß die enge Haftung des Oxidfilms denen der erfindungsgemäßen Legierungen unterle­ gen ist.It has been found that when the Cr content is decreased like in the case of the comparative alloy No. 42 a weight increase tion occurs due to oxidation and that another Reduction of the Cr content as in the case of the comparison alloy No. 51 a significant increase in weight due to Oxidation compared to the alloys of the invention occurs and that therefore a large amount of Cr as in the Le gations of the invention was required to the Oxidati ons resistance to improve. On the other hand, Heiß showed deformation tool steel like the well-known alloys No. 53 and 54 a decrease in the oxidation weight change te. This is because the oxide film is thick was peeled off after an oxidation test and that the Oxidation weight excluding this peeled oxide films, which shows that the close liability of the Oxide films lower than those of the alloys according to the invention gen is.

Die schematische Darstellung der auf Beobachtung basieren­ den Gefügephasen ist in Fig. 1 gezeigt, um ein Mikrogefüge auf dem Querschnittoberflächenteil der Legierung No. 10 der Erfindung nach einem Oxidationstest zu erklären, der unter einem Abtasttyp-Elektronenmikroskop beobachtet wurde. Die den Oxidfilm bildenden Phasen wurden mit Mikroröntgenbeu­ gung und Energieverteilungstyp-Röntgenanalyse identifi­ ziert. Jede der erfindungsgemäßen Legierungen hat einen Dreischichtenaufbau, der eine äußere, hauptsächlich Cr ent­ haltende oxidierte Schicht, eine körnige α-W-Schicht und eine innere, hauptsächlich Al und Ti enthaltende oxidierte Schicht in der Reihenfolge von der Oberflächenseite aus aufweist, wenn die Legierung einer oxidierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur von 700 bis 1000°C ausgesetzt wurde. Der Aufbau hat also eine Form, bei der die körnige α-W-Schicht zwischen der äußeren, hauptsächlich Cr enthal­ tenden oxidierten Schicht und der inneren, hauptsächlich Al und Ti enthaltenden oxidierten Schicht eingefügt ist, und wegen dieses Oxidationsfilmaufbaus haben die erfindungsge­ mäßen Legierungen die hohe Oxidationsbeständigkeit, die enge Oxidfilmhaftung sowie die damit verbundene hohe Heiß­ gleitfähigkeit und Heißverschleißbeständigkeit.The schematic representation of the structural phases based on observation is shown in FIG. 10 to explain the invention after an oxidation test observed under a scanning type electron microscope. The phases forming the oxide film were identified with micro X-ray diffraction and energy distribution type X-ray analysis. Each of the alloys of the present invention has a three-layer structure, which has an outer, mainly Cr containing oxidized layer, a granular α-W layer and an inner, mainly containing Al and Ti oxidized layer in order from the surface side when the alloy is one oxidizing atmosphere at a high temperature of 700 to 1000 ° C was exposed. The structure thus has a shape in which the granular α-W layer is inserted between the outer, mainly Cr-containing oxidized layer and the inner, mainly containing Al and Ti oxidized layer, and because of this oxidation film structure, the alloys according to the invention have that high oxidation resistance, the close oxide film adhesion as well as the associated high hot gliding ability and hot wear resistance.

Es wurde mit dem Heißgleitfähigkeitstest bestätigt, daß die erfindungsgemäßen Legierungen hohe ein Festfressen verursa­ chende Lasten im Vergleich mit denen des durch die bekannte Legierung No. 54 dargestellten Heißverformungswerkzeug­ stahls aufwiesen. Ausgezeichnete enge Haftung und Stabili­ tät und eine Hochtemperaturfestigkeit bei einem erhaltenen Oxidfilm werden bezüglich der Heißgleitfähigkeit benötigt, und es wurde bestätigt, daß die erfindungsgemäßen Legierun­ gen diesen Anforderungen genügten und die ausgezeichnete Heißgleitfähigkeit hatten.It was confirmed by the hot sliding test that the Alloys according to the invention cause a seizure loads in comparison with those of the known Alloy No. 54 illustrated hot forming tool steel. Excellent tight grip and stabilization act and a high temperature strength in a obtained Oxide films are required with regard to the hot sliding ability, and it was confirmed that the alloys of the present invention met these requirements and the excellent Had hot sliding ability.

Der Heißverschleißtest führte dazu zu zeigen, daß die er­ findungsgemäßen Legierungen sehr geringe Verschleißmengen im Vergleich mit denen des durch die bekannte Legierung No. 54 dargestellten Heißverformungswerkzeugstahls hatten. Die bekannte Legierung No. 51, die eine große Menge von W enthielt, hatte eine 30 Vol.-% übersteigende α-W-Menge und einen niedrigen Cr-Gehalt. Daher hat, obwohl No. 51 eine hohe ein Festfressen verursachende Last beim Heißgleitfä­ higkeitstest hatte, der erhaltene Oxidfilm eine schlechte enge Haftung und Stabilität nach dem Verstreichen einer langen Zeitdauer und ist daher bezüglich der Verschleißbe­ ständigkeit im Vergleich mit der erfindungsgemäßen Legie­ rung unterlegen. Bei allen Legierungen wurden Heißrisse verursacht, ausgenommen die bekannte Legierung No. 53. Da die bekannte Legierung No. 53 einen niedrigen AC₁-Punkt hat, übersteigt die Temperatur auf der Endfläche des Pro­ benstücks ohne weiteres diese AC₁-Temperatur durch das Rei­ bungsgleiten, wodurch eine Umwandlung der Endfläche in Au­ stenit verursacht wird, was eine extrem hohe Verringerung der Festigkeit des Reibungsgleitungsteils mit dem Ergebnis verursachte, daß Heißrisse leicht abgerieben und nach dem Test nicht beobachtet wurden, obwohl die Risse gebildet wa­ ren.The hot wear test showed that he Alloys according to the invention have very low amounts of wear in comparison with that of the known alloy no. 54 of the hot forming tool steel shown. The well-known alloy No. 51, which a large amount of W had an amount of α-W exceeding 30% by volume and a low Cr content. Therefore, although No. 51 a high seizure caused by seizure when hot sliding test, the oxide film obtained was poor tight adhesion and stability after the passage of a long period of time and is therefore related to wear resistance in comparison with the alloy according to the invention inferior. There were hot cracks in all alloys causes, except the well-known alloy No. 53. There the well-known alloy No. 53 a low AC₁ point the temperature on the end face of the Pro exceeds benstücks easily this AC₁ temperature by the Rei exercise sliding, causing a conversion of the end face to Au  stenite is caused, which is an extremely high reduction the strength of the friction sliding part with the result caused hot cracks to rub off easily and after Test was not observed even though the cracks were formed ren.

Da die bekannte Legierung No. 52 einen hohen Wärmedehnungs­ koeffizient hatte, traten leicht Heißrisse auf. Dementspre­ chend steigern die Heißrisse den Reibungskoeffizient der Reibungsgleitfläche, und der Verschleiß wurde stärker als der der erfindungsgemäßen Legierungen. Die Vergleichslegie­ rung No. 41 mit einem hohen C-Gehalt bildete die Ketten­ struktur eines MC-Typ-Karbids, und Heißrisse entstanden in diesem Teil unter Bildung vieler Heißrisse, die einen An­ stieg des Verschleißes verursachten. Da die Vergleichsle­ gierung No. 42 eine 10 At.-% niedrigere γ′-Menge als die der erfindungsgemäßen Legierungen hatte, wies sie bei 700°C eine niedrigere Zugfestigkeit als die der erfin­ dungsgemäßen Legierungen auf und verursachte mehr Ver­ schleiß. Es wurde mit diesem Test bestätigt, daß die erfin­ dungsgemäßen Legierungen von ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber Heißverschleiß sind, der Heißrisse verursacht.Since the well-known alloy no. 52 high thermal expansion coefficient, hot cracks easily occurred. Dementia The hot cracks accordingly increase the coefficient of friction of the Friction sliding surface, and the wear became more than that of the alloys according to the invention. The comparative theory tion No. 41 with a high C content formed the chains structure of an MC-type carbide, and hot cracks developed in this part with the formation of many hot cracks that have an on increased wear caused. Since the comparison le alloy No. 42 a 10 at% lower γ′-amount than that of the alloys according to the invention, she demonstrated 700 ° C a lower tensile strength than that of the inventor alloys according to the invention and caused more ver wear. It was confirmed with this test that the inventions alloys according to the invention of excellent resistance against hot wear that causes hot cracks.

Beispiel 2Example 2

Die Legierung No. 4 gemäß der Erfindung und die bekannten Legierungen No. 52 und 53, die sämtlich in der Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Wärmebehandlung in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 und danach einem Zerspanbarkeits­ test unter Verwendung einer Kugelkopfmühle unterworfen. Ein Zerspanungszentrum wurde verwendet, um die Verschleißmenge der Schneidklingenkante davon zu messen, um so die Zerspan­ barkeit durch eine aus mit Keramiküberzug zementiertem Kar­ bid bestehenden Kugelkopfmühle unter Verwendung eines wäs­ serigen Schneidöls zu untersuchen. Der Test wurde unter den Bedingungen einer Schneidgeschwindigkeit von 50 m/min, ei­ nes Vorschubs von 0,5 mm/Klinge, Schneidbeträgen von 2 mm in einer Axialrichtung und 1 mm in einer Umfangsrichtung und einer Schneidlänge von 25 m durchgeführt, um die Ver­ schleißbreite einer Flanke einer Schneidkante in der End­ mühle zu messen. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.Alloy No. 4 according to the invention and the known Alloys No. 52 and 53, all of which are in Table 1 heat treatment in the same Way as in Example 1 and then machinability subjected to test using a ball head mill. On Machining center was used to measure the amount of wear the cutting edge of it to measure so the cutting availability thanks to a ceramic-cemented card bid existing ball mill using a washer  to examine the cutting oil. The test was among the Conditions of a cutting speed of 50 m / min, ei nes feed of 0.5 mm / blade, cutting amounts of 2 mm in an axial direction and 1 mm in a circumferential direction and a cutting length of 25 m performed to Ver wear width of a flank of a cutting edge in the end mill to measure. The test results are in Table 3 shown.

Obwohl die erfindungsgemäßen Legierungen zur Kategorie der hochhitzebeständigen Nickelbasislegierungen gehören, zeig­ ten die Legierungen eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit im Vergleich mit der des bekannten Heißverformungswerkzeug­ stahls No. 53 sowie der der hochitzebeständigen Eisenbasis­ legierung No. 52. Diese gute Zerspanbarkeit ergibt sich durch die Verteilung der feinen α-W-Phase. So haben die er­ findungsgemäßen Legierungen eine ausreichende Zerspanbar­ keit auch nach einer Anlaßbehandlung und können daher für ein vorgehärtetes Werkzeug verwendet werden, das keine Wär­ mebehandlung nach Verarbeitung zu Formen benötigt.Although the alloys according to the invention belong to the category of include heat-resistant nickel-based alloys, show the alloys have excellent machinability Comparison with that of the known hot forming tool steel No. 53 and the highly heat-resistant iron base alloy No. 52. This good machinability arises by the distribution of the fine α-W phase. So he did Alloys according to the invention are sufficiently machinable speed even after an occasional treatment and can therefore be used for use a pre-hardened tool that does not heat Treatment after processing into molds is required.

Tabelle 3 Table 3

Beispiel 3Example 3

Die Beispiele, in denen die erfindungsgemäßen Legierungen für Heißverformungsformen verwendet wurden, werden im fol­ genden beschrieben.The examples in which the alloys according to the invention were used for hot deformation molds, are fol described above.

Die Materialien, die durch Schmelzen der Bestandteile ähn­ lich denen der in der Tabelle 1 gezeigten Legierungen No. 10 und 14 der Erfindung hergestellt wurden, und das Mate­ rial der Zusammensetzung der in der Tabelle 1 gezeigten be­ kannten Legierung No. 54 wurden hergestellt. Heißverfor­ mungsformen wurden aus diesen Materialien erzeugt, und praktische Tests wurden durchgeführt. Die Ergebnisse davon sind in der Tabelle 4 gezeigt. Die Form dient der Erzeugung einer Getriebewelle, die ein Kraftfahrzeugteil ist, und de­ ren Abmessungen sind 80 mm im Durchmesser und 160 mm in der Länge. Die Form zur Erzeugung dieser Getriebewelle weist eine Grobform zum groben Verformen des Materials und eine Endbearbeitungsform zum Beenden der Verformung des grob verformten Materials auf, und der Test wurde unter Verwen­ dung der Grobform durchgeführt, die stark verschlissen wurde. Ein verformtes Material war S35C und wurde durch eine Hochfrequenzheizeinrichtung auf 1200°C erhitzt. Eine Kurbelpresse mit einer Maximalkapazität von 1600 t wurde zum Schmieden verwendet, und ein Schmiermittel der weißen Gruppe wurde auf die Formoberfläche nach jedem Preßschlag aufgesprüht.The materials made similar by melting the components Lich those of alloys No. 1 shown in Table 1 10 and 14 of the invention, and the mate rial of the composition of the be shown in Table 1 known alloy No. 54 were made. Hot forming Forms were created from these materials, and practical tests were carried out. The results of it are shown in Table 4. The shape is used for generation a transmission shaft, which is a motor vehicle part, and de Its dimensions are 80 mm in diameter and 160 mm in diameter Length. The shape for generating this gear shaft has a rough shape for roughly deforming the material and one Finishing form to end the deformation of the rough deformed material, and the test was carried out using Coarse form carried out, the heavily worn has been. A deformed material was S35C and was through a high frequency heater heated to 1200 ° C. A Crank press with a maximum capacity of 1600 t used for forging, and a lubricant of the white Group was applied to the mold surface after each press blow sprayed on.

Die bekannte Legierung No. 54 ist JIS SKD61. Bei einer Wär­ mebehandlung wurde die Form nach Grobverformung des Materi­ als zur Form der Heißverformungsform auf 1020°C erhitzt, und es wurde ein Ölabschrecken durchgeführt, bei dem die erhitzte Form in Öl von 200°C eingetaucht wurde, und da­ nach wurde das Tempern so durchgeführt, daß die Härte 446 HV wird. Dann wurde die Endverformung durchgeführt, und die erhaltenen Produkte wurden praktischen Tests unterworfen.The well-known alloy No. 54 is JIS SKD61. With a heat The treatment became the shape after rough deformation of the material than heated to 1020 ° C to form the hot deformation mold, and an oil quench was carried out in which the heated mold was immersed in oil of 200 ° C, and there after the tempering was carried out so that the hardness 446  HV will. Then the final deformation was carried out, and the The products obtained were subjected to practical tests.

Tabelle 4 Table 4

Die Standzeiten der aus diesen Legierungen erzeugten Heiß­ verformungsformen sind in der Tabelle 4 gezeigt. Bei diesem Heißschmieden werden die Oberflächenteile der Formen ther­ misch in einem hohen Ausmaß durch Kontakt mit einem Hoch­ temperaturwerkstück und durch Gleiten mit dem Werkstück be­ einflußt. Die untersuchten Formen wurden mit Schmiermitteln der weißen Serie anstelle der Verwendung herkömmlicher Schmiermittel der Graphitserie geschmiert, was besonders zur Steigerung der Hitzeerzeugungswirkung durch das Gleiten am Werkstück führte. Als Ergebnis traten bei der bekannten Legierung No. 54 die Erweichung des getemperten Martensits und eine Austenitumwandlung aufgrund eines thermischen Ein­ flusses und aufgrund der Übersteigung des AC₁-Umwandlungs­ punkts auf, was zu einer Verringerung der Festigkeit eines Oberflächenteils und zu starkem Verschleiß mit entsprechen­ der Verkürzung der Standzeit führte. Das Schmiermittel der weißen Serie wurde auf die Formoberfläche nach jedem Preß­ schlag mit Verwendung der Formen gesprüht, und daher ergab sich ein Wärmezyklus der Erhitzung und Abkühlung für die Formoberfläche, so daß Heißrisse auf der Oberfläche auftra­ ten. Da die auf der Formoberfläche hervorgerufenen Heiß­ risse zur Steigerung des Reibungskoeffizienten mit dem Werkstück führen, wurde die durch Gleiten am Werkstück ver­ ursachte Hitzeerzeugung stärker, so daß der Wärmeeinfluß auf die Formoberfläche gesteigert wurde. Außerdem wurde die an der Formoberfläche verursachte Scherspannung stärker, so daß das plastische Fließen der Formoberfläche verstärkt wurde und daher der Verschleiß beschleunigt wurde. Die be­ kannte Legierung No. 54 wurde in hohem Ausmaß durch das Auftreten von Heißrissen thermisch beeinflußt, und die sich ergebende Scherspannung übetraf die Festigkeit des Form­ oberflächenteils, so daß leicht Verschleiß verursacht und die Standzeit der Form verkürzt wurden.The service life of the hot produced from these alloys Deformation shapes are shown in Table 4. With this The forging parts of the molds are hot forged mix to a high degree by contact with a high temperature workpiece and by sliding with the workpiece influences. The shapes examined were made with lubricants the white series instead of using conventional ones Lubricants of the graphite series lubricated, what special to increase the heat generation effect by sliding led on the workpiece. As a result, the well-known Alloy No. 54 the softening of the annealed martensite and austenite transformation due to thermal on flow and due to the climb of the AC₁ conversion points on what leads to a decrease in the strength of a Partial surface and excessive wear with shortened the service life. The lubricant of the white series was on the mold surface after each press blow sprayed using the molds, and therefore revealed a heat cycle of heating and cooling for the  Mold surface so that hot cracks appear on the surface Because the hot on the mold surface cracks to increase the coefficient of friction with the Guide workpiece, was the ver by sliding on the workpiece caused heat generation more so that the heat influence was increased on the mold surface. In addition, the shear stress caused more on the mold surface, see above that the plastic flow of the mold surface is enhanced was and therefore the wear was accelerated. The be known alloy No. 54 was largely influenced by the Occurrence of hot cracks thermally influenced, and that resulting shear stress exceeded the strength of the shape surface part so that easily causes wear and tear the mold life has been shortened.

Die Legierungen No. 10 und 14 der Erfindung unterdrückten wegen ihrer ausgezeichneten Oxidfilmeigenschaften eine durch Gleiten am Werkstück verursachte Wärmeerzeugung. Au­ ßerdem war bei den Legierungen, auch wenn der thermische Einfluß hervorgerufen wurde, die Hochtemperaturfestigkeit des Oberflächenteils höher als die durch die Schmiedever­ formung verursachte Scherspannung, so daß auf dem Oberflä­ chenteil kein plastisches Fließen stattfand und der Abrieb minimiert wurde, was die Standdauer der Form verlängerte.Alloys No. 10 and 14 of the invention were suppressed because of their excellent oxide film properties Heat generation caused by sliding on the workpiece. Au was also in the alloys, even if the thermal Influence was caused, the high temperature strength of the surface part higher than that of the forging Forming caused shear stress, so that on the surface No plastic flow took place and the abrasion was minimized, which extended the service life of the mold.

Heißrisse wurden auch an den Legierungen No. 10 und 14 der Erfindung verursacht. Die Heißrisse waren auf der Legierung No. 14 mehr, und deren Standzeit war daher kürzer. Die Le­ gierung No. 14 ist eine Legierung mit einer großen α-W-Menge. Eine Beobachtung des Mikrogefüges am verschlissenen Teil der Form nach einem praktischen Test führte zur Fest­ stellung, daß Heißrisse längs α-W entstanden und daß die Heißrisse eher an Punkten mit einer größeren α-W-Menge auf­ traten, was zur Steigerung des Verschleißes führte. Im vor­ liegenden praktischen Test bestand eine enge Beziehung zwi­ schen dem Auftreten der Heißrisse und dem Verschleiß, und bei Verwendung für eine ungenügend geschmierte Form trat der Effekt der Festfreßbeständigkeit des α-W während des Heißgleitens auf.Hot cracks were also found on alloys No. 10 and 14 of the Invention caused. The hot cracks were on the alloy No. 14 more, and their service life was therefore shorter. The Le alloy No. 14 is an alloy with a large amount of α-W. An observation of the microstructure on the worn Part of the form after a practical test led to the festival position that hot cracks developed along the α-W and that the Hot cracks tend to appear at points with a larger amount of α-W occurred, which led to increased wear. In the front lying practical test, there was a close relationship between  the occurrence of hot cracks and wear, and when used for an insufficiently lubricated mold the effect of seizure resistance of the α-W during the Hot gliding on.

Die Legierungen der Erfindung waren bekannten Legierungen bezüglich der Hochtemperaturhärte überlegen, jedoch in ei­ nigen Fällen bezüglich der Härte bei Raumtemperaturen un­ terlegen. In diesem Fall wurde eine Form mit großer Dicke gelegentlich durch die Pressenbelastung während der Schmie­ deverformung deformiert. Jedoch wurde es durch Bilden einer Form in Kombination der erfindungsgemäßen Legierungen, die auf einen Formteil angewendet wurden, mit der bekannten Le­ gierung No. 54 bzw. JIS SKT4, die für einen Basisteil ver­ wendet wurde, möglich, die Verbesserung der Verschleißbe­ ständigkeit der erfindungsgemäßen Legierung auszunutzen.The alloys of the invention were known alloys superior in high temperature hardness, but in egg few cases regarding the hardness at room temperatures and submit. In this case, a shape with a large thickness occasionally due to the press load during the smithing Deformation deformed. However, it was made by making one Form in combination of the alloys according to the invention, the were applied to a molded part with the known Le alloy No. 54 or JIS SKT4, which ver for a base part was used, possible to improve the wear to exploit the durability of the alloy according to the invention.

Es wurde aus dem Vorstehenden klar, daß die erfindungsgemä­ ßen Legierungen ausgezeichnete Leistungen als Heißverfor­ mungsformen haben, die in vielen Fällen in Temperaturberei­ chen von 700 bis 900°C betrieben werden.It was clear from the foregoing that the invention Alloys perform excellently as hot forging have in many cases in temperature range be operated from 700 to 900 ° C.

Beispiel 4Example 4

Ein Beispiel, in dem die erfindungsgemäße Legierung für ein Cu-Legierungs-Strangpreßwerkzeug verwendet wurde, wird im folgenden beschrieben.An example in which the alloy according to the invention for a Cu alloy extrusion tool was used in described below.

Es wurden ein Material, das durch Schmelzen der Bestand­ teile ähnlich denen der in der Tabelle 1 gezeigten Legie­ rung No. 10 der Erfindung erzeugt wurde, und ein anderes Material der Zusammensetzung der in der Tabelle 1 gezeigten bekannten Legierung No. 52 hergestellt. Heißstrangpreßwerk­ zeuge wurde aus diesen Materialien hergestellt, und prakti­ sche Tests wurden durchgeführt. Die Ergebnisse hiervon sind in der Tabelle 5 gezeigt. Die in der Tabelle 1 gezeigte be­ kannte Legierung 52 ist JIS SUH660 und unter dem Namen von A286 bekannt. Diese Legierung ist als Heißstrangpreßwerk­ zeug für Cu oder eine Cu-Legierung bekannt.It became a material by melting the stock parts similar to those of the alloy shown in Table 1 tion No. 10 of the invention, and another Material of the composition shown in Table 1 well-known alloy No. 52 manufactured. Hot extrusion Witness was made from these materials, and practical  tests have been carried out. The results of this are shown in Table 5. The be shown in Table 1 Known alloy 52 is JIS SUH660 and under the name of A286 known. This alloy is called a hot extrusion press known for Cu or a Cu alloy.

Tabelle 5 Table 5

Es wurde ein Heißstrangpreßwerkzeug eines Doppelaufbaus, das durch Aufschrumpfung erhalten wurde, verwendet, wobei JIS SKT4 für den äußeren Zylinder verwendet wurde und die Legierung No. 10 der Erfindung sowie die bekannte Legierung No. 52 zur Herstellung innerer Zylinder zwecks Vergleichs verwendet wurden. Die klein bemessenen Werkzeuge des Dop­ pelaufbaus, bei dem der äußere Zylinder einen Außendurch­ messer von 200 mm hatte und der innere Zylinder einen Au­ ßendurchmesser von 100 mm und einen Innendurchmesser von 60 mm hatte, wobei die Länge von beiden 200 mm war, wurden aus der Legierung No. 10 der Erfindung und aus der bekann­ ten Legierung No. 52 hergestellt. Diese Werkzeuge wurden zur Durchführung von Strangpreßversuchen reiner Kupferknüp­ pel bei 950°C mit einer 100 t-Presse verwendet. Die inne­ ren Zylinder wurden einer hohen Temperatur von etwa 800°C und einem hohen Druck von etwa 500 N/mm² ausgesetzt, wobei schildkrötenrückenartige Heißrisse durch eine thermische Beanspruchung verursacht wurden und sich die Oberfläche ab­ schälte, was zur Beendigung der Standzeit führte. Im Fall der bekannten Legierung No. 52 wurde das Auftreten von Heißrissen an der Innenfläche nach Strangpressen von etwa 10000 Stücken beobachtet. Andererseits beobachtete man im Fall der Legierung No. 10 der Erfindung nach Strangpressen von etwa 30000 Stücken nur wenige Heißrisse.It became a double extrusion hot extrusion tool, obtained by shrinking, where JIS SKT4 was used for the outer cylinder and the Alloy No. 10 of the invention and the known alloy No. 52 for the production of inner cylinders for comparison were used. The small-sized tools of the dop construction in which the outer cylinder has an outer diameter had a diameter of 200 mm and the inner cylinder had an Au outer diameter of 100 mm and an inner diameter of 60 mm, the length of both being 200 mm from alloy no. 10 of the invention and from the known Alloy No. 52 manufactured. These tools were pure copper knot to carry out extrusion tests pel at 950 ° C with a 100 t press. The inside their cylinders were exposed to a high temperature of around 800 ° C and subjected to a high pressure of about 500 N / mm², wherein Turtle-back-like hot cracks caused by a thermal  Stress was caused and the surface wore off peeled, which led to the end of the service life. In the case the well-known alloy No. 52 the appearance of Hot cracks on the inner surface after extrusion of about 10,000 pieces observed. On the other hand, one observed in Alloy No. 10 of the invention after extrusion only a few hot cracks from around 30,000 pieces.

Da die Legierung No. 10 der Erfindung eine hohe Zugfestig­ keit und einen geringen Wärmedehnungskoeffizient in einem Hochtemperaturbereich hatte, wurden kaum Heißrisse verur­ sacht, was die Standzeit des Strangpreßwerkzeugs beträcht­ lich verlängerte. Dies Ergebnis hat klar gezeigt, daß die Legierungen der Erfindung ausgezeichnete Leistungen als Heißstrangpreßwerkzeug haben.Since the alloy no. 10 of the invention has a high tensile strength speed and a low coefficient of thermal expansion in one Had high temperature range, hot cracks were hardly caused gently, which considerably increases the service life of the extrusion tool extended. This result clearly showed that the Alloys of the invention perform excellently Have hot extrusion tool.

Die Legierungen der Erfindung sind ausgezeichnet in ihren Hochtemperatureigenschaften, wie z. B. Heißgleitfähigkeit, Heißabriebwiderstand, Heißrißbeständigkeit und Oxidations­ beständigkeit, Zerspanbarkeit und Heißverformbarkeit. Ihre Verwendung für Warm- oder Heißverformungsformen, die zur Bildung von Kraftfahrzeugteilen, wie z. B. Kurbelwellen und Kurbelstangen für Kraftfahrzeuge, verwendet werden, und für Heißstrangpreßwerkzeuge für Cu, Al oder deren Legierungen ist geeignet, die Standzeiten der Werkzeuge im Vergleich mit herkömmlichen Materialien erheblich zu verbessern.The alloys of the invention are excellent in their High temperature properties, such as B. hot sliding, Hot abrasion resistance, hot crack resistance and oxidation resistance, machinability and hot formability. Your Use for hot or hot forming molds that are used for Formation of automotive parts such. B. crankshafts and Crank rods for motor vehicles, used and for Hot extrusion tools for Cu, Al or their alloys is suitable to compare the tool life to improve significantly with conventional materials.

Claims (9)

1. Hochhitzebeständige Nickelbasislegierung mit einem einer Anlaßbehandlung unterworfenen Gefüge, das eine Karbidphase des MC-Typs von 0,02 bis 1,5 als in At-% aus 2[C] berechneter Menge, wobei das [C] At.-% Koh­ lenstoff bedeutet, eine γ′-Phase von 10 bis 30% als in At.-% aus 4(0,026 [Cr] + 0,13[Mo] + 0,13[W] + 0,61[Al] + 0,68 [Ti] + 0,5[Nb] + 0,5[Ta] - [C]) berech­ neter Menge, wobei jedes eingeklammerte Element At.-% des Elements bedeutet und nicht zugesetzte Elemente als Null gerechnet sind, α-W-Phase von 0,5 bis 30 Vol.-% und als Rest eine hauptsächlich Ni enthaltende austenitische Phase aufweist.1. High heat resistant nickel base alloy with one a structure subjected to tempering treatment, the one MC type carbide phase from 0.02 to 1.5 as in at% amount calculated from 2 [C], the [C] at% Koh lenstoff means a γ′-phase of 10 to 30% as in at% from 4 (0.026 [Cr] + 0.13 [Mo] + 0.13 [W] + 0.61 [Al] + 0.68 [Ti] + 0.5 [Nb] + 0.5 [Ta] - [C]) calc amount, each bracketed element at% of the element means and not added elements are calculated as zero, α-W phase from 0.5 to 30 Vol .-% and the remainder mainly containing Ni austenitic phase. 2. Nickelbasislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie nach Aussetzen bei hohen Temperatu­ ren von 700-1000°C in atmosphärischer Luft ein Oberflächenzundergefüge aufweist, das wenigstens drei Schichten aus einer äußeren oxidierten, hauptsächlich Cr enthaltenden Schicht, einer körnigen α-W-Schicht und einer inneren oxidierten, hauptsächlich Al und Ti enthaltenden Schicht in dieser Reihenfolge von der Oberflächenseite aus aufweist. 2. Nickel-based alloy according to claim 1, characterized records that after exposure to high temperatures temperatures of 700-1000 ° C in atmospheric air Surface scale structure that has at least three Layers of an outer oxidized, mainly Cr containing layer, a granular α-W layer and an inner oxidized one, mainly Al and Ti containing layer in that order from the Has surface side from.   3. Nickelbasislegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gewichtsmäßig im wesentlichen aus 0,002-0,15% C, bis zu 2% Si, bis zu 3 Oo Mn, <10-25% Cr, 10-30% W, bis zu 15% Fe, 0,4-2,5% Al, 0,4-3,5% Ti und Rest Ni und zufälligen Verunreinigungen besteht.3. Nickel-based alloy according to claim 1 or 2, characterized characterized in that they essentially weight from 0.002-0.15% C, up to 2% Si, up to 3 Oo Mn, <10-25% Cr, 10-30% W, up to 15% Fe, 0.4-2.5% Al, 0.4-3.5% Ti and balance Ni and random There is contamination. 4. Nickelbasislegierung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil des Ni durch bis zu 3,0 Gew.-% Nb und/oder bis zu 3 Gew.-% Ta ersetzt ist.4. Nickel-based alloy according to claim 3, characterized characterizes that a part of the Ni by up to 3.0 wt .-% Nb and / or up to 3 wt .-% Ta is replaced. 5. Nickelbasislegierung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Ni durch bis zu 10 Gew.-% Mo im Bereich von W + 2 Mo 30 Gew.-% ersetzt ist.5. Nickel-based alloy according to claim 3 or 4, characterized characterized in that a part of the Ni by up to 10 Wt .-% Mo in the range of W + 2 Mo 30 wt .-% replaced is. 6. Nickelbasislegierung nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Ni durch bis zu 0,2 Gew.-% Zr und/oder bis zu 0,02 Gew.-% B ersetzt ist.6. Nickel based alloy according to any one of claims 3 to 5, characterized in that part of the Ni by up to 0.2% by weight of Zr and / or up to 0.02% by weight B is replaced. 7. Nickelbasislegierung nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Ni durch bis zu 0,02 Gew.-% Mg und/oder bis zu 0,02 Gew.-% Ca ersetzt ist. 7. Nickel based alloy according to any one of claims 3 to 6, characterized in that part of the Ni by up to 0.02% by weight of Mg and / or up to 0.02 % Ca is replaced.   8. Verfahren zur Herstellung einer hochhitzebeständigen Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßbehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 600-850°C durchge­ führt wird.8. Process for making a highly heat-resistant Nickel-based alloy according to one of claims 1 to 7, characterized in that the tempering treatment at a temperature in the range of 600-850 ° C leads. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßbehandlung ein- oder zweimal während einer Gesamtdauer von wenigstens 3 Stunden durchgeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the tempering treatment once or twice during a Total duration of at least 3 hours becomes.
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