DE19623943C2 - gamma-gehärtete einkristalline Turbinenschaufellegierung für mit Wasserstoff betriebene Triebwerkssysteme, Formgegenstand und wärmebehandelter Gegenstand daruas sowie Verfahren zur Herstellung der Legierung - Google Patents

gamma-gehärtete einkristalline Turbinenschaufellegierung für mit Wasserstoff betriebene Triebwerkssysteme, Formgegenstand und wärmebehandelter Gegenstand daruas sowie Verfahren zur Herstellung der Legierung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine γ"-gehärtete Legierung auf Nickelbasis mit verbessertem Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Legierung.
Ausscheidungsgehärtete (durch γ' und/oder γ"-Härten) Legierungen auf Nickelbasis sind in vielen Luftfahrtanwendungen, wie Gasturbinenanwendungen mit hohen Belastungen und hohen Temperaturen, die Materialien der Wahl gewesen. Bei Turbinenschaufelanwendungen werden γ'-Legierungen in einkristalliner Form gegossen. Die US-Patente Nr. 4,116,723 für Gell et al., 4,209,348 für Duhl et al., 4,643,782 für Harris et al., 4,677,035 für Fiedler et al., 4,802,934 für Ohno et al., 4,885,216 für Naik, 4,888,069 für Duhl et al., 4,908,183 für Chin et al., 5,077,141 für Naik et al., 5,100,484 für Wukusick et al. und 5,154,884 für Wukusick et al. und die veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 150,917 für Schweizer beschreiben einige der einkristallinen Legierungen auf Nickelbasis, die für Gasturbinen-Triebwerkskomponenten und ihre Herstellung verwendet wurden.
Superlegierungen auf Nickelbasis sind auch die Materialien der Wahl für Turbopumpen von mit flüssigem Wasserstoff angetriebenen Raketentriebwerken. Sie werden extensiv in derzeitigen Versionen des Haupttriebwerks des Space Shuttle der NASA verwendet. Bei der Verwendung in dieser Umgebung treffen die Legierungen auf Nickelbasis auf Wasserstoffversprödung.
Grundsätzliche Aspekte der Legierungsstruktur spielen eine wichtige Rolle, wenn Mechanismen der Wasserstoffversprödung betrachtet werden. Gegossene γ'-gehärtete Legierungen, wie einkristalline PWA 1480 und gleichachsige MAR-M-247 werden für Anwendungen in heißen Abschnitten von Turbopumpen verwendet, wo die Temperaturen sich 900°C nähern. Formlinge aus säulenartigem Korn, welche gerichtet verfestigt wurden, sind für Turbinenschaufeln bevorzugt und ausschließlich vom γ'-Typ. Gleichachsige Formlinge, wieder vom γ'-Typ, werden bei Drehschaufelanwendungen verwendet. Das γ'-härtende Präzipitat ist bei diesen Liegerungen aus legiertem Ni3Al mit L12-Ordnung zusammengesetzt. Es nimmt eine quaderförmige Morphologie an, die in der γ-Matrix geordnet ist. Die Kubuskanten verlaufen parallel mit den <001<-Richtungen.
γ"-ausscheidungsgehärtete Legierungen, wie INCO 718, finden Verwendung in vielen strukturellen Anwendungen, wie Pumpengehäusen und Flanschen. Ihre Betriebstemperatur ist allgemein auf 650°C beschränkt. Sie werden ausschließlich in gleichachsiger Form verwendet, geschmiedet oder gegossen. Das primäre Härtungspräzipitat in diesen Legierungen ist γ", (geordnetes Ni3Nb) und nimmt eine linsenförmige Morphologie an. γ"- Ausscheidungen zeigen sowohl atomare (DO22) und geometrische Ordnung, übereinstimmend mit den <001<-Richtungen. Sie sind viel feiner als solche in den nur gegossenen γ'-gehärteten Legierungen und von einem geringeren Volumenanteil.
Viele Turbopumpenkomponenten sind während des Betriebs gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck ausgesetzt und die mechanischen Eigenschaften von fast allen der eingesetzten Materialien werden dadurch wesentlich herabgesetzt. Die Auswirkungen von Wasserstoff auf die Ermüdungs- und Bruchcharakteristika von Superlegierungen auf Nickelbasis sind Gegenstand intensiver Forschung gewesen. Die Mechanismen der Wasserstoffzersetzung variieren, abhängig von u. a. der Legierungsklasse (γ' oder γ"), Gußform (gleichachsig, säulenförmige Körnung oder einkristallin) und der in Frage stehenden besonderen mechanischen Eigenschaft. Häufig ist die Zersetzung das Ergebnis eines mikroskopischen Übergangsbruchs, der aus durch Wasserstoff induzierten Veränderungen der Fehlordnungsmobilität resultiert.
Es wurden Wasserstoffmechanismen in verschiedenen gegossenen γ'- und γ"-gehärteten Legierungen untersucht. Eine diese Untersuchungen konzentrierte sich auf zwei gleichachsige Legierungen, PWA 1489 (eine γ'-Legierung) und PWA 1490 (eine γ"-Legierung). Proben mit geringer Zyklusermüdung und Ermüdungsbruchwachstum, die in Umgebungen mit hohen Wasserstoffdrucken getestet werden, wurden mit Probenbrüchen, die an Luft erzeugt wurden, verglichen. In Wasserstoff zeigte die γ'-gehärtete gleichachsige Legierung PWA 1489, eine durch isostatisches Heißpressen mikrogegossene Version der MAR-M-247, intergranulare Brüche und isolierte Bereiche von γ'- γ'- Dekohäsion an den Ermüdungsursprüngen. Dieser Bruchmodus (Dekohäsion) ist mit einer großen Zunahme des Ermüdungsbruchswachstums in einkristallinen und Turbinenschaufel- Legierungen säulenartiger Körnung verbunden, wenn sie in Wasserstoff untersucht werden.
Die Dekohäsion ist als submikroskopische (111) Fraktur bewiesen, die auf die Phase der γ-Matrix beschränkt ist. Das Ergebnis ist eine Trennung an der γ- γ'-Grenzfläche. Der normale an Luft beobachtete Bruchmodus ist der des Abscherens von γ'- Ausscheidungen auf (111)-Ebenen. Die γ"-Legierung, PWA 1490, die in den Untersuchungen verwendet wurde, erfuhr auch den Übergang zu intergranularen Brüchen bei der Gegenwart von Wasserstoff, zeigte aber keine Tendenz zu fehlerhaftem Verhalten durch Matrix-/Ausscheidungs-Dekohäsion. Die Ergebnisse der Studie zeigten, daß γ"-gehärtete Legierungen eine innere Immunität gegenüber durch Wasserstoff induzierte Matrix-/Ausscheidungs- Dekohäsion besitzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Legierung auf Nickelbasis mit verbessertem Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung bereitzustellen.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Legierung auf Nickelbasis wie oben mit der Verwendbarkeit bei Turbopumpenanwendungen in Raketentriebwerken bereitzustellen.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bildung einer Legierung auf Nickelbasis mit verbessertem Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung breitzustellen.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch die neue erfindungsgemäße Legierung auf Nickelbasis und dem Verfahren zur Bildung derselben gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Legierung auf Nickelbasis mit verbessertem Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung eine γ"-gehärtete einkristalline Legierung auf Nickelbasis, die von ungefähr 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von ungefähr 17 bis 19 Gew.-% Eisen, von ungefähr 2,8 bis 3,3 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 1,75 bis ungefähr 2,25 Gew.-% Titan, von ungefähr 5,75 bis ungefähr 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von ungefähr 0,40 bis 0,80 Gew.- % Aluminium, von ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,06 Gew.-% Kohlenstoff und als Rest hauptsächlich Nickel enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die γ"-gehärtete Legierung auf Nickelbasis im wesentlichen aus von ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, bis zu ungefähr 0,35 Gew.-% Mangan, bis zu ungefähr 0,15 Gew.-% Silicium, bis zu ungefähr 0,015 Gew.-% Phosphor, bis zu ungefähr 0,005 Gew.-% Schwefel, von ungefähr 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von ungefähr 17 bis 19 Gew.-% Eisen, bis zu ungefähr 1,0 Gew.-% Kobalt, von ungefähr 2,80 bis 3,30 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von ungefähr 1,75 bis 2,25 Gew.-% Titan, von ungefähr 0,4 bis 0,8 Gew.-% Aluminium, bis zu ungefähr 0,005 Gew.-% Bor, bis zu ungefähr 0,10 Gew.-% Kupfer, bis zu ungefähr 0,03 Gew.-% Zirkon, bis zu ungefähr 5 ppm Blei, bis zu ungefähr 0,3 ppm Wismut, bis zu ungefähr 3 ppm Selen, bis zu ungefähr 30 ppm Sauerstoff, bis zu ungefähr 100 ppm Stickstoff und dem Rest im wesentlichen Nickel.
Die erfindungsgemäße γ"-gehärtete Legierung auf Nickelbasis kann durch Bereitstellen einer Legierung auf Nickelbasis, wie oben, in geschmolzener Form, Gießen der Legierung auf Nickelbasis in einkristalliner Form und anschließendem Unterwerfen unter eine Zweischrittwärmebehandlung hergestellt werden. Während eines ersten Schrittes der Wärmebehandlung wird die gegossene Legierung bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 1200°C bis 1250°C, bevorzugt von ungefähr 1215°C bis ungefähr 1235°C, für eine Zeitdauer im Bereich von 3,75 bis 4,25 Stunden homogenisiert. Danach wird die homogenisierte, gegossene Legierung auf Raumtemperatur gekühlt und einer zweiten Ausscheidungshärtungs- Wärmebehandlung unterworfen. Die Ausscheidunghärtungs- Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 750°C bis 800°C, bevorzugt von ungefähr 750°C bis ungefähr 770°C, für eine Dauer im Bereich von ungefähr 7,75 bis ungefähr 8,25 Stunden durchgeführt.
Andere Einzelheiten, Aufgaben und Vorteile der erfindungsgemäßen γ"-gehärteten Legierung auf Nickelbasis und dem Verfahren zu deren Herstellung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellt.
Wie bereits zuvor erörtert, betrifft die vorliegende Erfindung eine γ"-gehärtete Legierung auf Nickelbasis mit verbessertem Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung. Die verbesserte Legierung auf Nickelbasis enthält erfindungsgemäß von ungefähr 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von ungefähr 17 bis 19 Gew.-% Eisen, von ungefähr 2,8 bis ungefähr 3,3 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 1,75 bis ungefähr 2,25 Gew.-% Titan, von ungefähr 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von ungefähr 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, von ungefähr 0,40 bis 0,80 Gew.-% Aluminium und als Rest hauptsächlich Nickel. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Legierung auf Nickelbasis im wesentlichen aus von ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, bis zu ungefähr 0,35 Gew.-% Mangan, bis zu ungefähr 0,15 Gew.-% Silicium, bis zu ungefähr 0,015 Gew.-% Phosphor, bis zu ungefähr 0,005 Gew.-% Schwefel, von ungefähr 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von ungefähr 17 bis 19 Gew.-% Eisen, bis zu ungefähr 1,0 Gew.-% Kobalt, von ungefähr 2,8 bis 3,3 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von ungefähr 1,75 bis 2,25 Gew.-% Titan, von ungefähr 0,4 bis 0,8 Gew.-% Aluminium, bis zu ungefähr 0,005 Gew.-% Bor, bis zu ungefähr 0,1 Gew.-% Kupfer, bis zu ungefähr 0,03 Gew.-% Zirkon, bis zu ungefähr 5 ppm Blei, bis zu ungefähr 0,3 ppm Wismut, bis zu ungefähr 3 ppm Selen, bis zu ungefähr 30 ppm Sauerstoff, bis zu ungefähr 100 ppm Stickstoff und dem Rest im wesentlichen Nickel.
Die erfindungsgemäße Legierung auf Nickelbasis muß als Einkristall gegossen werden, um so den gewünschten Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung zu erzielen. Die Bildung der Legierung in einkristalliner Form ist ein kritischer Aspekt der vorliegenden Erfindung, aber das Verfahren der Einkristallbildung ist nicht wichtig. Ein Verfahren, das verwendet werden kann, ist im US- Patent No. 3,494,709 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in diese Offenbarung eingeschlossen wird. Ein weiteres Verfahren, das verwendet werden kann, besteht aus dem Gießen von überhitztem Metall in eine keramische Form unter Hochvakuumbedingungen und Abziehen der Hitze aus dem unteren Bereich der Form, die sich auf einem wassergekühlten Kupferkühler befindet. Kornkeime bilden sich an der Kühleroberfläche und wachsen auf säulenartige Weise parallel zu einem unidirektionalen Temperaturgradienten. An dem wassergekühlten Kupferkühler werden viele Kornkeime mit im wesentlichen zufälligen Orientierungen gebildet. Die Wachstumsgeschwindigkeit in <001<-Richtung ist jedoch höher als andere. Beim Fortschreiten der Verfestigung treten die Körner in einen helixförmigen Einkristallselektor ein. Nach einem oder zwei Windungen der Helix überlebt nur ein Kristall und dieses Korn füllt die gesamte Kavität der Form.
Nach dem Gießen wird das Material einer Homogenisierungsbehandlung unterworfen. Die Homogenisierungsbehandlung wird bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 1200°C bis ungefähr 1250°C, bevorzugt von ungefähr 1215°C bis ungefähr 1235°C, für eine Zeit im Bereich von ungefähr 3,75 bis ungefähr 4,25 Stunden durchgeführt. Die Homogenisierungsbehandlung kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten Wärmebehandlungsvorrichtung aus dem Stand der Technik und unter Verwendung jeglicher geeigneter Schutzatmosphäre durchgeführt werden. Während dieser Homogenisierungsbehandlung werden alle während der Verfestigung ausgeschiedenen Phasen in Lösung gebracht.
Nach der Homogenisierung wird das Material auf Raumtemperatur gekühlt. Dies kann durch Gebläsekühlung erfolgen. Danach wird das Material einer Ausscheidungshärtungsbehandlung unterworfen. Die Ausscheidungshärtungsbehandlung wird bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 750°C bis ungefähr 800°C, bevorzugt von ungefähr 750°C bis ungefähr 770°C, für eine Zeit in dem Bereich von ungefähr 7,75 Stunden bis ungefähr 8,25 Stunden durchgeführt. Die Ausscheidungshärtungsbehandlung kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten Wärmebehandlungsvorrichtung aus dem Stand der Technik und unter Verwendung jeglicher Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Diese Behandlung dient zur Ausscheidung eines hohen Volumenanteils feiner γ"-Präzipitate.
Ein Verfahren um die Anfälligkeit eines bestimmten Materials für die Wasserstoffzersetzung gegenüber der eines anderen Materials auszudrücken, ist die Bestimmung des Wasserstoffs zu Sauerstoff- Solls für jedes Material für einige mechanische Eigenschaften, von denen bekannt ist, daß sie herabgesetzt werden, wenn sie Wasserstoff ausgesetzt sind. Zur Demonstration der durch die erfindungsgemäße Legierung auf Nickelbasis erzielten Verbesserungen wurde das folgende Beispiel durchgeführt.
Eine Form von Teststangen einer Legierung auf Nickelbasis mit einer Nominalzusammensetzung von 12 Gew.-% Chrom, 18 Gew.-% Eisen, 2,0 Gew.-% Titan, 0,60 Gew.-% Aluminium, 3,05 Gew.-% Molybdän, 6,0 Gew.-% Niob und Tantal, 0,04 Gew.-% Kohlenstoff und dem Rest Nickel wurde in einkristalliner Form hergestellt. Die Stangen waren 0,5 cm im Durchmesser und ungefähr 10 cm lang. Das Material wurde bei 1225°C für vier Stunden homogenisiert, gefolgt von einer Gebläsekühlung bis auf Raumtemperatur. Danach wurde eine Ausscheidungsbehandlung bei 760°C für acht Stunden durchgeführt.
Gekerbte Untersuchungsproben mit niedrigem Ermüdungszyklus wurden aus den gegossenen Stangen hergestellt. Tests für niedrige Ermüdungszyklen wurden bei 26°C mit einem Spannungsverhältnis von 0,05 bei 0,17 Hz durchgeführt. Zylindrische, kalibriert gekerbte Proben mit niedrigem Ermüdungszyklus wurden bei einer Nettoabschnittsspannung von 620,5 MPa an der Luft und 34,5 MPa in gasförmigem Wasserstoff getestet. Die Ermüdungslebenszeit (Zyklen bis zum Ausfall) wurde in Luft und Wasserstoff bestimmt und das Verhältnis der Ermüdungslebensdauern wurde bestimmt.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten, daß die einkristallinen Legierungen auf Nickelbasis, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, keinen Wasserstoff induzierten Übergang im Bruchmodus zeigten. Der mikroskopische Bruchmodus in beiden, Luft und Wasserstoff, verlief kristallographisch entlang oktaedrischer (111)-Ebenen.
Weiterhin war die Lebensdauer der einkristallinen Legierung auf Nickelbasis mit niedrigen Ermüdungszyklen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, in Wasserstoff größer als die von PWA 1480, einer γ'-gehärteten Turbinenschaufel- Legierung, die in fortschrittlichen Turbopumpenentwicklungen im Haupttriebwerk des NASA Space Shuttle verwendet wird. In Wasserstoff und dem Verhältnis von Luft zu Wasserstoff-Lebenslänge wurde es nur als 5 X herausgefunden, welches signifikant niedriger war als das 100fache Verhältnis, welches für PWA 1480 beobachtet wurde.
Aus diesem Test ist offensichtlich, daß die γ"-gehärteten einkristallinen Legierungen auf Nickelbasis, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wurden, zur Herstellung von Komponenten für mit Wasserstoff angetriebene Raketentriebwerke, wie Turbopumpen, verwendet werden kann.
Es ist offensichtlich, daß eine erfindungsgemäß γ"-gehärtete einkristalline Turbinenschaufel-Legierung für mit Wasserstoff angetriebene Antriebssysteme bereitgestellt wird, die die zuvor dargelegten Aufgaben, Mittel und Vorteile vollständig erfüllt. Obwohl die Erfindung in Kombination mit einer besonderen Ausführungsform beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für den Fachmann im Lichte der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich sind. Dementsprechend sind alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Veränderungen als in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallend anzusehen.

Claims (11)

1. Legierung auf Nickelbasis mit verbessertem Widerstand gegen Wasserstoffversprödung, wobei die Legierung von 11 bis 13 Gew.-% Chrom enthält, von 17 bis 19 Gew.-% Eisen, von 2,8 bis 3,3 Gew.-% Molybdän, von 1,75 bis 2,25 Gew.-% Titan, von 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von 0,4 bis 0,8 Gew.-% Aluminium, von 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff und den Rest hauptsächlich Nickel, wobei die Legierung in einkristalliner Form vorliegt und γ"-gehärtet ist.
2. Legierung nach Anspruch 1, die weiterhin bis zu 0,35 Gew.-% Mangan enthält, bis zu 0,15 Gew.-% Silicium, bis zu 0,015 Gew.-% Phosphor, bis zu 0,005 Gew.-% Schwefel, bis zu 1,0 Gew.-% Kobalt, bis zu 0,005 Gew.- % Bor, bis zu 0,10 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Zirkon, bis zu 5 ppm Blei, bis zu 0,3 ppm Wismut, bis zu 3 ppm Selen, bis zu 30 ppm Sauerstoff und bis zu 100 ppm Stickstoff.
3. Legierung nach Anspruch 1, die homogenisiert und ausscheidungsgehärtet ist.
4. Formgegenstand, der zur Verwendung in Raketen- Turbopumpenanwendungen, wobei der Formgegenstand eine γ"- gehärtete Legierung auf Nickelbasis in einkristalliner Form umfaßt mit einer Zusammensetzung, die im wesentlichen aus von 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, von 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von 17 bis 19 Gew.-% Eisen, von 2,80 bis 3,30 Gew.-% Molybdän, von 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von 1,75 bis 2,25 Gew.-% Titan, von 0,4 bis 0,8 Gew.-% Aluminium und dem Rest im wesentlichen aus Nickel besteht.
5. Verfahren zur Herstellung einer Legierung auf Nickelbasis mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffversprödung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Legierung auf Nickelbasis mit einer Zusammensetzung, bestehend im wesentlichen aus von 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, von 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von 17 bis 19 Gew.-% Eisen, von 2, 80 bis 3,30 Gew.-% Molybdän, von 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von 1,75 bis 2,25 Gew.-% Titan, von 0,4 bis 0,8 Gew.-% Aluminium und dem Rest im wesentlichen Nickel;
Gießen der Legierung auf Nickelbasis und Verfestigung in einkristalliner Form; und
Wärmebehandeln der Legierung auf Nickelbasis zur Bildung einer γ"-gehärteten Legierung auf Nickelbasis.
6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner folgende Schritte aufweisend:
Wärmebehandlung der Legierung auf Nickelbasis einschließlich Homogenisieren der Legierung bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 1200°C bis ungefähr 1250°C für eine Dauer im Bereich von ungefähr 3,75 bis ungefähr 4,25 Stunden;
danach Kühlen der homogenisierten Legierung auf Nickelbasis auf Raumtemperatur.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem der Schritt der Homogenisierungsschritt bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 1215°C bis ungefähr 1235°C durchgeführt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Wärmebehandlungsschritt weiter das Heizen der homogenisierten Legierung auf Nickelbasis auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 750°C bis ungefähr 800°C für eine Zeitdauer im Bereich von ungefähr 7,75 bis 8,25 Stunden umfaßt, um die Legierung einer Ausscheidungshärtung zu unterziehen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Erwärmens der homogenisierten Legierung auf Nickelbasis bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 750°C bis ungefähr 770°C durchgeführt wird.
10. Ein wärmebehandelter Gegenstand mit verbessertem Widerstand gegenüber Wasserstoffversprödung, wobei der Gegenstand eine Legierung auf Nickelbasis enthält, die im wesentlichen aus von 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, von 11 bis 13 Gew.-% Chrom, von 17 bis 19 Gew.-% Eisen, von 2,80 bis 3,30 Gew.-% Molybdän, von 5,75 bis 6,25 Gew.-% Niob und Tantal, von 1,75 bis 2,25 Gew.-% Titan, von 0,4 bis 0,8 Gew.-% Aluminium und dem Rest im wesentlichen Nickel in einkristalliner Form besteht.
11. Der wärmebehandelte Gegenstand nach Anspruch 11, wobei die Legierung auf Nickelbasis homogenisiert ist und γ"-ausscheidungsgehärtet ist.
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GB (1) GB2302550B (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6531002B1 (en) * 2001-04-24 2003-03-11 General Electric Company Nickel-base superalloys and articles formed therefrom
US7250081B2 (en) * 2003-12-04 2007-07-31 Honeywell International, Inc. Methods for repair of single crystal superalloys by laser welding and products thereof
EP2031082B1 (de) * 2007-08-31 2014-09-03 Aperam Alloys Imphy Metallsubstrat mit kristallographischer Struktur, Vorrichtung mit kristallographischer Struktur, Fotovoltaikzelle und modul, das eine solche Vorrichtung umfasst, und Depotverfahren von Dünnschichten.

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US411673A (en) * 1889-09-24 Vehicle-shaft coupling
US3494709A (en) * 1965-05-27 1970-02-10 United Aircraft Corp Single crystal metallic part
DE2348247A1 (de) * 1972-09-25 1974-04-04 Special Metals Corp Verfahren zum behandeln einer nickelgrundlegierung
DE2348248A1 (de) * 1972-09-25 1974-04-04 Special Metals Corp Verfahren zum behandeln einer nickelgrundlegierung
US4643782A (en) * 1984-03-19 1987-02-17 Cannon Muskegon Corporation Single crystal alloy technology
US5154884A (en) * 1981-10-02 1992-10-13 General Electric Company Single crystal nickel-base superalloy article and method for making

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2570194A (en) * 1946-04-09 1951-10-09 Int Nickel Co Production of high-temperature alloys and articles
US2873187A (en) * 1956-12-07 1959-02-10 Allegheny Ludlum Steel Austenitic alloys
US3575734A (en) * 1968-07-26 1971-04-20 Carpenter Technology Corp Process for making nickel base precipitation hardenable alloys
US3972752A (en) * 1971-09-28 1976-08-03 Creusot-Loire Alloys having a nickel-iron-chromium base for structural hardening by thermal treatment
JPS5940900B2 (ja) * 1974-07-01 1984-10-03 トウホクダイガク キンゾクザイリヨウケンキユウシヨチヨウ 高強度、耐疲労、耐全面腐食、耐孔食、耐隙間腐食、耐応力腐食割れ、耐水素脆性用アモルフアス鉄合金
CA1212020A (en) * 1981-09-14 1986-09-30 David N. Duhl Minor element additions to single crystals for improved oxidation resistance
US4402772A (en) * 1981-09-14 1983-09-06 United Technologies Corporation Superalloy single crystal articles
JPS59190342A (ja) * 1983-04-08 1984-10-29 キヤノン−マスキ−ガン・コ−ポレイシヨン 単結晶合金
JPS60177160A (ja) * 1984-02-23 1985-09-11 Natl Res Inst For Metals 単結晶Νi基耐熱合金及びその製造法
IL80227A (en) * 1985-11-01 1990-01-18 United Technologies Corp High strength single crystal superalloys
JPS62116748A (ja) * 1985-11-18 1987-05-28 Hitachi Metals Ltd 単結晶Ni基超耐熱合金
US4888253A (en) * 1985-12-30 1989-12-19 United Technologies Corporation High strength cast+HIP nickel base superalloy
GB2191505B (en) * 1986-06-09 1991-02-13 Gen Electric Dispersion strengthened single crystal alloys
US5122206A (en) * 1989-05-16 1992-06-16 Mitsubishi Metal Corporation Precipitation hardening nickel base single crystal cast alloy
US5470371A (en) * 1992-03-12 1995-11-28 General Electric Company Dispersion strengthened alloy containing in-situ-formed dispersoids and articles and methods of manufacture
US5395584A (en) * 1992-06-17 1995-03-07 Avco Corporation Nickel-base superalloy compositions
JPH073369A (ja) * 1993-04-21 1995-01-06 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐水素脆化性高Ni基合金およびその製造方法
JPH073368A (ja) * 1993-04-21 1995-01-06 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐水素脆化性高Ni基合金およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US411673A (en) * 1889-09-24 Vehicle-shaft coupling
US3494709A (en) * 1965-05-27 1970-02-10 United Aircraft Corp Single crystal metallic part
DE2348247A1 (de) * 1972-09-25 1974-04-04 Special Metals Corp Verfahren zum behandeln einer nickelgrundlegierung
DE2348248A1 (de) * 1972-09-25 1974-04-04 Special Metals Corp Verfahren zum behandeln einer nickelgrundlegierung
US5154884A (en) * 1981-10-02 1992-10-13 General Electric Company Single crystal nickel-base superalloy article and method for making
US4643782A (en) * 1984-03-19 1987-02-17 Cannon Muskegon Corporation Single crystal alloy technology

Also Published As

Publication number Publication date
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US5679180A (en) 1997-10-21
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FR2735792A1 (fr) 1996-12-27

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