DE1953025B2 - Oxydationsbeständige Kobaltlegierung und ihre Verwendung - Google Patents
Oxydationsbeständige Kobaltlegierung und ihre VerwendungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Kobaltlegierungen, welche bei höheren Temperaturen in oxydierender
Umgebung verwendet werden können; insbesondere betrifft die Erfindung Chrom einhaltende Kobaltlegierungen,
die auch bei Temperaturen von 1200°C und höher beständig gegen Oxydation sind. Die
Erfindung betrifft ferner die Verwendung solcher Legierungen.
Wegen ihrer guten mechanischen Eigenschafter, sind
KobaltlegierungeE bereits bisher bei hohen Temperaturen eingesetzt worden; die müßige Beständigkeit
gegen Oxydation bei hohen Temperaturen hat jedoch den Anwendungsbereich beschränkt. Insbesondere bei
Temperaturen von 1200D C und darüber hinaus ist
die Oxydationsbeständigkeit von Kobaltlegierungen, ebenso wie die von im allgemeinen als oxydationsbeständiger
angesehenen Nickellegierungen unbefriedigend, was verschiedene Anwendungen, z. B. als
Bestandteile von Düsentriebwerken, verbietet; gerade dort könnten Kobaltlegierungen vorteilhaft eingesetzt
werden, wenn die Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen von 1200°C und darüber hinaus besser wäre.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Kobaltlegie:rung
bereitzustellen, welche hohe Oxydationsbeständigkeit, insbesondere bei Temperaturen von 1200° C und
darüber hinaus aufweist.
F i g. 1 und 2 zeigen graphisch die Oxydationsbeständigkeit erfindungsgemäßer Legierungen im Vergleich
mit anderen Legierungen;
F i g. 3 zeigt graphisch Festigkeitswerte für eine erfmdungsgeraftße Legierung bei unterschiedlichen
mechanischen Belastungen.
Die erfindungsgemäße Kobaltlegierung besteht aus 18 bis 24% Chrom, 18 bis 24% Nickel, 0,2 bis 0,4%
s Silizium, 0,09 bis 0,15% Lanthan, 0,3 bis 0,6% Mangan, weniger als 0,05% Wolfram, Rest Kobalt
und gegebenenfalls übliche herstellungsbedingte Verunreinigungen
und Beimengungen.
Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Legierung besteht aus 20% Chrom, 20% Nickel, 0,3%
Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Legierung besteht aus 20% Chrom, 20% Nickel, 0,3%
Silizium, 0,1 % Lanthan, 0,5 % Mangan, Rest Kobalt.
Alle Gebaltsangaben gelten in Gewichtsprozent.
Der Mangangehalt verleiht diesen Legierungen unter
dynamischen Oxydationsbedingungen noch bessere
Oxydationsbeständigkeit und bessere mechanische Eigenschaften.
Der bevorzugte Mangangehalt liest 7v,ischen 0,4 und 1%.
Die Erfindung beruht darauf, daß die Oxydationsbeständigkeit von Kobaltlegierungen mit den angegebenen Chromgehalten bedeutend verbessert werden kann durch gezielte Zugabe von Silizium und Lanthan in bestimmten Mengen, wenn der Wolframgehalt der Legierung unter etwa 0,05% gehalten wird.
Die Erfindung beruht darauf, daß die Oxydationsbeständigkeit von Kobaltlegierungen mit den angegebenen Chromgehalten bedeutend verbessert werden kann durch gezielte Zugabe von Silizium und Lanthan in bestimmten Mengen, wenn der Wolframgehalt der Legierung unter etwa 0,05% gehalten wird.
Außer den aufgeführten Bestandteilen können die erfindungsgemäßen Legierungen kleinere Mengen solcher
Elemente enthalten, die üblicherweise in Kobaltlegierungen zugegen sind. So kann beispielsweise Eisen
in Mengen bis zu 10% und Molybdän in Mengen bis zu 1 % zugegen sein. Vorzuziehen sind allerdings
Legierungen, die kein Molybdän enthalten.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der oben aufgeführten Legierungen als Werkstoff zur
Herstellung von Gegenständen, welche bis zu Temperaturen von 1200°C und darüber hinaus erhöhte
Oxydationsbeständigkeit aufweisen müssen.
Erfindungsgemäße und bekannte Legierungen wurden statischen und dynamischen Untersuchungen zur
Bestimmung der Oxydationsbeständigkeit gegenüber trockener Luft bei höheren Temperaturen ausgesetzt.
Bei den statischen Untersuchungen wurden Proben der Legierungen bei konstanter Temperatur mit
strömender trockener Luft behandelt und die zeitabhängige Gewichtszunahme der Proben aufgezeichnet.
Die Proben bestanden aus heiß gewalzten Blechen mit einer Dicke von 2 mm. Vor der Untersuchung
wurden die Proben 1 Stunde lang unter Argon erwärmt, anschließend abgekühlt und sorgfältig Gewicht
und Oberfläche bestimmt.
Die untersuchten Legierungen hatten die in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen:
Tabelle 1 Zusammensetzung — Gewichtsprozent
| Legie rung |
Cr | Si | La | Mn | W | Fe | Ni | C | B | Co |
| A | 20 | 20 | Rest | |||||||
| B | 20 | — | 0,1 | —. | — | — | 20 | — | — | Rest |
| C | 20 | 0,34 | 20 | Rest | ||||||
| D | 20 | 0,34 | 0,1 | — | — | 20 | — | — | Rest | |
| E | 20 | 0,34 | 0,1 | 0,62 | — | — | 20 | — | — | Rest |
| F | 23,24 | 0,32 | 0,03 | 0,42 | 13,42 | 1,65 | 20,76 | 0,11 | 0,001 | Rest |
Bei der statischen Bestimmung der Oxydationsbeständigkeit dieser Legierungen bei XlOO0C wurde
festgestellt, daß die erßndungsgeraäßen Legierungen D und E gegenüber den anderen Legierungen überlegen
sind; die Ergebnisse sind graphisch in der F i g, 1 dargestellt.
Weitere statische Untersuchungen zur Oxydationsbeständigkeit wurden bei 1200° C durchgeführt; die
Ergebnisse sind graphisch in der F i g, 2 dargestellt. Die Versuchsergebnisse belegen, daß die erfindungsgemäße
Legierung E bei 12000C erheblich besser als die Legierung F ist, welche ihrerseits als industrieller
Standard für eine !Cobaltlegierung mit guter Oxydationsbeständigkeit
bei hohen Temperaturen angesehen wird.
Zusätzlich wurden weitere Untersuchungen unter dynamischen Bedingungen durchgeführt; hierbei wurden
die Proben wiederholt für eine Dauer von jeweils 20 Minuten in einem Ofen auf 11800C erwärmt, dann
außerhalb des Ofens 10 Minuten lang auf 5O0C oder darunter abgekühlt und die Erwärmung anschließend
wiederholt. Die gesamte Versuchsdauer betrug 100 Stunden. Die Versuchsergebnisse sind in
der folgenden Tabelle 2 aufgeführt:
Oxydationswert bei dynamischer Untersuchung während 100 Stunden
| Le gierung |
ΔΜ. mg/cm2 |
Metallverbrauch mg/cm* |
| F F |
—6,15 (Mittelwert) —0,6 (Mittelwert) |
15,2 4,8 |
Weitere Versuche wurden bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften
erfinduiigsgemäßer Legierungen zu ermitteln.
Die Ergebnisse dieser Versuche für die Legierung E mit 20% Chrom, 0,3% Silizium, 0,1% Lanthan,
0,62% Mangan, 20% Nickel, Rest Kobalt sind graphisch in der F i g. 3 dargestellt. Die Proben
bestanden aus; heiß gewalzten Blechen mit einer Dicke von 0,1 mm, welche für eine Dauer von 30 Minuten
as bei 11000C unter strömendem Schutzgas angelassen
und anschließend in Wasser abgeschreckt worden waren; die Untersuchungen selbst wurden an Luft
durchgeführt.
Die F i g. 3 belegt, daß die erfindungsgemäßen Legierungen dank ihrer mechanischen Eigenschaften
zusätzlich zu der hohen Oxydationsbeständigkeit als Matrix Material für zusammengesetzte Werkstoffe
eingesetzt werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. KobalUegjerung, bestehend aus 18 bis 24%
Chrom, 18 bis 24% Nickel, 0,2 bis 0,4% Silizium,
0,09 bis 0,15% Lanthan, 0,3 bis 0,6% Maogan, weniger als 0,05% Wolfram, Rest Kobalt und
übliche herstellungsbedingte Verunreinigungen und Beimengungen einschließlich bis zu 10 % Eisen und
bis zu 1% Molybdän.
2. Kobaltlegierung nach Anspruch 1, bestehend aus 20% Chrom, 20% Nickel, 0,3% Süraum,
0,1% Lanthan, 0,5% Mangan, Rest Kobalt.
3. Verwendung einer Kobaltlegierung nach Anspruch 1 oder 2, als Werkstoff zur Herstellung
von Gegenständen, welche bei Temperaturen von 1200° C und darüber hinaus erhöhte Oxydationsbeständigkeit aufweisen müssen.
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