DE1953025A1

DE1953025A1 - Oxydationsbestaendige Kobaltlegierung

Info

Publication number: DE1953025A1
Application number: DE19691953025
Authority: DE
Inventors: Desforges Charles Desmond; Henri Hatwell; Moentack Pierre Louis
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1968-11-04
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3591371A; BE741042A; NL6916456A; DE1953025B2; DE1966758A1; LU59746A1; GB1250382A; BR6913788D0; DE1953025C3; AT296635B; SE343890B; CA918459A; FR2022561A1

Description

6 Frankfurt am Main 70

Schneckenhofsfr. 27 - Tei. 61 7079 20 . Ok t . 19 6 9

Gzy/goe

UNION CARBIDE CORPORATION

Oxydationsbeständige Kobaltlegierung.

Die Erfindung betrifft Kobaltlegierungen, die bei erhöhten Temperaturen und in einer oxydierenden Umgebung verwendet werden können. Insbesondere betrifft sie Chrom enthaltende Kobaltlegierungen, die auch bei.Temperaturen von 1200 und darüber sehr beständig gegen Oxydation sind«

Kobaltlegierungen sind bisher bei hohen Temperaturen verwendet worden, da sie gute mechanische Eigenschaften haben«, Wegen ihrer schlechten Beständigkeit gegen Oxydation bei hohen Temperaturen ist ihr Anwendungsbereich aber beschränkt. Insbesondere ist die Oxydationsbeständigkeit von Kobaltlegierungen, ebenso wie die von den im allgemeinen oxydationsbeständigeren Nickellegierungen, sehr schlecht bei Temperaturen von 1200° C und >_t, darüber. Dieser Nachteil verbietet verschiedene Anwendungen, z.B. als Bestandteil von Düsenflugzeugen, wo die Kobaltlegierungen vorteilhaft benutzt werden könnten^ wenn die Oxydatiorisbeständigkeit dieser Legierungen bei Temperaturen von 1200° C und darüber besser ware·

Ein Ziel der Erfindung ist eine Kobaltlegierung mit einer hohen Oxydationsbeständigkeit, insbesondere bei Temperaturen von 12oo C und darüberβ

¥eitere Gegenstände der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor β

Die Fig« 1 und 2 zeigen graphisch die Oxydationsbeständigkeit einiger erfindungsgemäßer Legierungen im Vergleich mit anderen bekannten Legierungen«,

Die Fig. 3 zeigt graphisch die mechanischen Werte für eine erfindungsgemäße Legierung·

Die erfindungsgemäßen Kobaltlegierungen sind dadurch gekennzeichnet , daß sie wenigstens 35 % Kobalt und etwa 15 bis 25 % Chrom, etwa 15 bis 35 % Nickel, etwa 0,1 bis 1,0 % Silizium, weniger als 3 % Wolfram und 0,02 bis 0,3 % Lanthan enthalten. Legierungen dieser Zusammensetzung haben eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen₀

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Legierung zusätzlich bis zu etwa 2 % Hangan· Diese Legierungen haben unter zyklischen Oxydationsbedingungen eine noch bessere Oxydationsbeständigkeit und bessere mechanische Eigenschaften,

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Der bevorzugte Gehalt an Mangan liegt zwischen etwa O,k und

Die Erfindung beruht darauf, daß die Oxydationsbeständigkeit von Kobaltlegierungen mit etwa 15 bis 25 % Chrom bedeutend verbessert werden kann durch Zugabe sowohl von Silizium als auch von Lanthan.in geregelten Mengen, wenn der Wolframgehalt der Legierung unter etwa 3 % gehalten· wird. Eine weitere Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit wird erreicht, wenn der Wolframgehalt unter 1 %, vorzugsweise unter 0,1 %, liegt. Die besten Legierungen sind nrolframfrei«,

Ebenso verbessert ein Gehalt an Mangan in Mengen bis zu etwa

2 % die Oxydationsbeständigkeit.

Eine besonders bevorzugte Legierung enthält etwa l8 bis 2k % Chrom, etwa 0,2 bis 0,4 % Silizium, etwa 0,09 bis 0,15 % Lanthan, etwa 0,3 bis 0,6 % Mangan, weniger als etwa 0,05 % Wolfram, etwa l8 bis 2k % Nickel, Rest Kobalt.

Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Legierung besteht im wesentlichen aus etwa 20 % Chrom, etwa 0,3 % Silizium, etwa 0,1 % Lanthan, etwa 0,5 % Mangan, etwa 20 % Nickel, Rest Kobalt.

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Außer den genannten Bestandteilen können die erfindungsgemäßen Legierungen kleinere Mengen solcher Elemente enthalten, die üblicherweise in Kobaltlegierungen zugegen sind. So kann beispielsweise Bisen in Mengen bis zu etwa 10 % und Molybdän in Mengen bis zu etwa 1 % zugegen sein. Vorzuziehen sind allerdings Legierungen, die kein Molybdän enthalten.

Zum Nachweis des erzielten technischen Fortschrittes wurden verschiedene Legierungen genau geprüft, wozu auch isothermische und zyklische thermische Prüfungen auf Oxydationsbeständigkeit in trockener Luft gehörten.

Bei den isothermischen Versuchen wurden Muster der Legierungen mit strömender trockener Luft bei einer konstanten Temperatur behandelt. Die Gewichtszunahme der Muster in Abhängigkeit von der Zeit wurde aufgezeichnet. Die Muster waren heiß gewalzte Bleche mit einer Dicke von 2 mm.'Vor der Prüfung wurden die Muster eine Stunde lang in einer Atmosphäre von Argon mit Lösungen behandelt und dann in Salzlösung abgeschreckte

Die untersuchten Legierungen hatten die in der Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen:

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- 5 -Tabelle 1

Zusammensetzung

Gewichtsprozent

Legierung Cr

Si

La

Mn

Fe

Ni

A 20

B 20

C 20

D 20

E 20

0,1 0,34

0,34 0,1 0,34 0,1 0,62

20	- Rest
20	— It
20	_ I»
20	_ H
20	_ Il

F 23,24 0,32 0,03 0,42 13,42 1,65 20,76 0,11 0,001 »

Bei der isothermischen Prüfung auf Oxydationsbeständigkeit dieser Legierungen bei 1100 C wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Legierungen D und E überlegen waren. Die Ergebnisse sind graphisch in der Fig. l dargestellt.

Weitere isothermische Versuche auf Oxydationsbeständigkeit wurden bei 1200 C durchgeführt. Die Ergebnisse sind graphisch in der Fig. 2 dargestellt. Wie man sieht, ist die erfindungsgemäße Legierung E bei 1200° C erheblich besser als die Legierung F.

Zusätzlich wurden weitere Prüfungen unter thermischen zyklischen Bedingungen durchgeführt. Hierbei wurden die Muster wiederholt während je 20 Minuten in einem Ofen auf Il8o° C erhitzt, dann außerhalb des Ofens 10 Minuten lang auf 50° C oder darunter abgekühlt, worauf die Behandlung wiederholt wurde. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle II enthalten.

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- 6 -Tabelle II

Oxydationswert - Thermische Behandlung während 100 Stdo Legierung ^/v M Metallverbrauch

mg/cm mg/cm

F . -6,15 (Mittelwert) 15,2 E -0,6 " 4,8

Weitere Versuche wurden bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften von erfindungsgemäßen Legierungen f estiustellen«. Die Ergebnisse dieser Versuche für die Legierung E mit 20 % Chrom, 0,34 % Silizium, o,l % Lanthan, 0,62 % Mangan, 20 % Nickel, Rest Kobalt, sind graphisch in der Fig_e 3 dargestellt. Als Muster wurden heiß gewalzte Bleche mit einer Dicke von 0,1 mm verwendet, die 30 Minuten lang bei 1100 C mit einer Lösung behandelt und dann in Wasser abgeschreckt waren. Die Versuche wurden in Luft durchgeführt.

Die Fig. 3 zeigt, daß die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung zusätzlich zu ihrer Oxydatio^isbeständigkeit diese Legierung geeigne« machen als Matrix für zusammengesetzte Werkstoffe.

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Claims

' - 7 Patentansprüche

1. Kobaltlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 15 bis 25 % Chrom, etwa 15 bis 33 % Nickel, etwa 0,1 bis 1,0 % Silizium, etwa 0,02 bis 0,3 % Lanthan, weniger als etwa 3 % Wolfram, Rest Kobalt, besteht«

2. Kobaltlegierung nach Anspruch 1, d a d u r eh

gekennzeichnet, daß sie zusätzlich bis zu etwa 2 % Mangan enthält·

3d Kobaltlegierung nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek ennz e lehnet, daß sie im wesentlichen aus etwa l8 bis 24 % Chrom, etwa l8 bis 24 % Nickel_t etwa 0,2 bis 0,4 % Silizium, etwa 0,09 bis 0,15 % Lanthan, etwa 0,3 bis 0,6 % Mangan, weniger als etwa 0_t05 % Wolfram, Rest Kobalt, besteht ο

4. Kobaltlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 20 % Chrom, etwa 20 % Nickel, etwa 0,3 % Silizium, etwa 0,1 % Lanthan, etwa 0,5 % Mangan, Rest- Kobalt, besteht.

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