DE1967005B2 - Verfahren zum herstellen eines nickel-chrom-kobalt-werkstoffs - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines nickel-chrom-kobalt-werkstoffs

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DE1967005B2 DE19691967005 DE1967005A DE1967005B2 DE 1967005 B2 DE1967005 B2 DE 1967005B2 DE 19691967005 DE19691967005 DE 19691967005 DE 1967005 A DE1967005 A DE 1967005A DE 1967005 B2 DE1967005 B2 DE 1967005B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Nickel-Chrom-Kobalt-Werkstoffes für Bauteile, die den gleichen Anforderungen genügen müssen wie Glasfaserspinndüsen, aus einer Legierung, bestehend aus 0,4 bis 1,4% Kohlenstoff, 0,5 bis 5% Niob, 23,5 bis 33% Chrom, einem Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt von 1 bis 9%, 5 bis 42% Kobalt, 0 bis 12% Eisen, 0 bis 1% Titan und/oder Aluminium, 0 bis 1% Zirkonium und 0 bis 0,1% Bor, Rest einschließlich erschmeizungsbedingter Verunreinigungen Nickel.
Zahlreiche Verfahren erfordern Temperaturen bis 1000°C und mehr und demzufolge Anlagen und Apparaturen aus Legierungen, die einer hohen Belastung und korrodierendem Angriff bei diesen Temperaturen standhalten. Außerdem sollten die Legierungen schweißbar sein und gute Gießeigenschaften besitzen, um die Vorteile des Gießens auszunutzen.
Bekannt ist aus der britischen Patentschrift 8 21 745 eine Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung mit 4 bis 30% Chrom, 35 bis 90% Nickel, 0 bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 30% Kobalt, 0 bis 30% Eisen, je 0 bis 8% Titan und Aluminium, 0 bis 30% Molybdän, 0 bis 15% Wolfram, 0 bis 6% Niob und/oder Tantal, 0 bis 3% Vanadin, 0,005 bis 0,05% Bor, 0,005 bis 0,5% Zirkonium, 0 bis 3% Mangan und 0 bis 3% Silizium. Diese Legierung soll eine ■hohe Zeitstandfestigkeit, Kriechfestigkeit und Zähigkeit besitzen sowie oxydationsbeständig sein und als Werkstoff für Gasturbinenteile Verwendung finden.
Des weiteren ist aus der US-Patentschrift 32 12 886 eine schweiß- und aushärtbare Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung mit 0,20 bis 0,40% Kohlenstoff, 19,0 bis 24,0% Chrom, 9,0 bis 10,0% Kobalt, 6,0 bis 8,0% Wolfram, bis 1,0% Molybdän, 0,35 bis 1,0% Niob, 0,40 bis 1,0% Aluminium, 0,45 bis 0,65% Titan, 0,20 bis 0,60% Zirkonium, höchstens 0,50% Mangan, höchstens 0,75% Silizium, höchstens 0,020% Phosphor, höchstens 0,020% Schwefel und höchstens 4,0% Eisen, Rest Nickel, bekannt. Diese Legierung soll sich als Guß- und Knetwerkstoff eignen und neben einer guten Zerspanbarkeit bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit, insbesondere Zeitstandfestigkeit und Kriechfestigkeit sowie eine gute Zunderbeständigkeit auch gegenüber stark oxydierenden Medien und eine angemessene Raumtemperatui -Festigkeit besitzen; sie soll sich daher als Werkstoff für Ofenteile und Turbinenschaufeln eignen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung zu schaffen, die sich als Werkstoff für Gußstücke, die wie Glasfaserspinndüsen bei hoher Temperatur einer hohen Belastung und korrodierendem Angriff unterworfen sind, eignet. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Erkenntnis, daß im Hinblick auf die vorerwähnte Eigenschaftskombination die Gehalte der Legierungsbestandteile Molybdän, Wolfram, Kobalt
9 67
und Chrom in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt werden müssen. Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Gehalte an MolybJän und/oder Wolfram sowie Chrom innerhalb des Polygonzuges ι ABCDEFA des Diagramms der Fig. 1 sowie die Gehalte an Kobalt und Chrom innerhalb des Polygonzuges MWVPQM des Diagramms der F i g. 2 eingestellt werden.
Die hohe Warmfestigkeit der nach dem crfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierung hängt in starkem Maße vom Vorhandensein unlöslicher Karbide ab. Der Kohlenstoff gehört deswegen zu den wesentlichen Legierungsbestandteilen; sein Gehalt muß im Hinblick auf eine angemessene Zeitstandfestigkeit ι j mindestens 0,4% betragen. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt erhöht sich zunächst auch die Zeitslandfestigkeit, die jedoch dann wieder abfällt. Zu hohe Kohlenstoffgehalte sind zu vermeiden, d? der Kohlenstoff die Kerbschlagzähigkeit der Legierung beeinträchtigt, weswegen der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise 1% nicht übersteigt. Der jeweils optimale Kohlenstoffgehalt hängt von der Art ab, in der die Gußstücke hergestellt werden.
Bei der Verwendung von Dauerformen ergibt sich eine optimale Kombination von Zeitstandfestigkeit und Zähigkeit bei Kohlenstoffgehalten von 0,43 bis 0,7%. Im Gegensatz dazu sind die Karbide von in Sand- oder anderen feuerfesten Formen abgegossenen Gußstücke wegen der geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit wesentlich größer.
Demzufolge ist im allgemeinen ein höherer Kohlenstoffgehalt erforderlich, um bei Sandguß eine gegebene Zeitstandfestigkeit zu erreichen. Optimale Werte ergeben sich daher erst bei Kohlenstoffgehalten von 0,6 bis 0,8%. Auch beim Vergießen sollte der Kohlenstoffgehalt, soweit die erforderliche Festigkeit es gestattet, so niedrig wie möglich liegen und vorzugsweise weniger als 0,65% betragen, wenn die Gußstücke unter starker Verspannung geschweißt werden müssen.
Das Niob trägt als Karbidbildner ebenfalls zur Zeitstandfestigkeit bei, weswegen die Legierung mindestens 0,5%, vorzugsweise mindestens 1% Niob enthält. Mit steigendem Niobgehalt erhöht sich zunächst die Zeitstandfestigkeit bis zu einem Maximum, um dann wieder abzufallen. Aus diesem Grund darf der Niobgehalt 5% nicht übersteigen; er beträgt vorzugsweise höchstens 4%, besser noch 1,5 bis 3,5%.
Tantal kann als zufälliges Begleitelement des Niobs bis zu einem Zehntel des Niobgehalts in die Schmelze gelangen. Höhere Tantalgehalte beeinträchtigen dagegen die Zeitstandfestigkeit.
Das Chrom trägt zur Korrosionsbeständigkeit der Legierung bei, doch darf der Chromgehalt 33% nicht übersteigen, um die Bildung einer schädlichen Alpha-Phase zu vermeiden. Wolfram und Molybdän tragen zur Zeitstandfestigkeit bei; der Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt muß mindestens 1% betragen. Eine Erhöhung des Gesamtgehaltes auf Kosten des Nickelgehaltes bei im übrigen gleichbleiben- ω den Gehalten an anderen Legierungsbestandteilen erhöht die Zeitstandfestigkeit auf ein Maximum, um dann wieder abzufallen. Der Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt, bei dem dieses Maximum erreicht wird, ist umgekehrt proportional b5 dem Chromgehalt, wie sich aus der Form des Feldes ABCDEFA der F i g. 1 ergib!. Vorzugsweise beträgt der Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt mindestens 2% und ist so auf den Chromgehall abgestellt, daß die Legierungszusammensetzung innerhalb des Feldes CHIJKLC liegt.
Bei gegebenem Gesamtgehalt an Molybdän uno Wolfram hängt die Zeitstandfestigkeit außerdem vom Verhältnis der beiden Elemente zueinander ab, weswe gen die Legierung vorzugsweise mindestens 2% Wolfram enthält.
Kobalt trägt ebenfalls zur Zeitstandfestigkeit bei, die sich mit steigendem Kobaltgehalt rasch bis auf ein Maximum erhöht, wenn die Legierung bei gegebenem Chrom- und Niobgehalt das Optimum an Molybdän und Wolfram enthält. Eine weitere Erhöhung des Kobaltgehaltes führt dann zu einem Abfall der Zeitstandfestigkeit. Der Kobaltgehalt, bei dem sich eine optimale Eigenschaftskombination ergibt, erhöht sich mit dem Chromgehalt, wie sich aus der Form des Feldes MWVPQMm Fig. 2 ergibt. Die Legierungszusammensetzung liegt vorzugsweise im Feld MNOPQM. besser noch im Feld RSOTUR.
Die Legierung kann auch geringe Gehalte an Titan und/oder Aluminium bis zu einem Gesamtgehalt von 1% enthalten. Das Titan wirkt sich in dieser Größenordnung vorteilhaft auf die Zugdehnung aus, sofern beim Gießen das Entstehen von Oxydeinschlüssen vermieden wird, während das Aluminium die technologischen Eigenschaften der Legierung nicht beeinträchtigt. Gegen eine Bildung von Oxydfilmen anfälliger stationärer Guß enthält vorzugsweise weder Titan noch Aluminium.
In diesem Fall sollten die durch Schrott oder als Desoxydationsmittel eingeführten Gehalte an Titan und Aluminium unter 0,5% gehalten werden.
Geringe Zirkoniumgehalte erhöhen ebenfalls die Zugdehnung und Zeitstandfestigkeit, während Zirkonium und Bor das Verhältnis der Kerbzugfestigkeit zur Zugfestigkeit verbessern. Außerdem wurde überraschenderweise festgestellt, daß das Zirkonium sowohl die Schweißbarkeit des Grundwerkstoffes als auch die Zeitstandfestigkeit eines Schweißmetalls aus einem artgleichen Zusatzwerkstoff entsprechender Zusammensetzung erhöht. Aus diesem Grunde soll die Legierung bis 1% Zirkonium und bis 0,1% Bor, beispielsweise 0,005 bis 0,5% Zirkonium und 0,001 bis 0.05% Bor, enthalten. Vorteilhafterweise besitzt der Zusatzwerkstoff einen höheren Zirkoniumgehalt als die zu verschweißende Legierung.
Unter den Verunreinigungen und zufälligen Begleitelementen, wie beispielsweise den üblichen Desoxydationsrückständen hochwarmfester Nickel-Chrom-Legierungen, kann die Legierung bis je 2% Silizium und Mangan enthalten; vorzugsweise übersteigen die Gehalte dieser Elemente jedoch I % nicht.
Die Legierung wird vorzugsweise mit Magnesium desoxydiert, beispielsweise mit einer 15% Magnesium enthaltenden Nickel-Magnesium-Vorlegierung, die einen Magnesiumrestgehalt von 0,01 bis 0,02% ergibt. Das Restmagnesium verbessert die Zugdehnung. Die Legierung kann bis 0,15% beisn Erschmelzen in Luft aufgenommenen Stickstoffs enthalten.
Eisen, das als Bestandteil von Ferrolegierungen in die Schmelze gelangen kann, beeinträchtigt die Zeitstandfestigseit. Dennoch kann die Legierung bis 12% Eisen enthalten, wenngleich iin Hinblick auf eine optimale Eigenschaftskombination der Eisengehalt 0,5% nicht übersteigt und vorzugsweise so niedrig wie möglich gehalten wird. Gleichwohl ergeben sich gute technologische Eigenschaften bei Eisengehalten bis 5%,
beispielsweise von 2 bis 4%, die insofern eine Verbilligung ergeben, als die Legierungsbestandteile Niob, Wolfram und Molybdän in Gestalt ihrer Ferrolegierungen eingeführt werden können.
Zwei bevorzugte, erfindungsgemäß hergestellte Legierungen nach der Erfindung enthalten Chrom, Kobalt, Molybdän und Wolfram in den nachfolgenden, sorgfältig aufeinander abgestimmten Gehaltsgrenzen:
(a)
(b)
24 bis 27% Chrom,
8 bis 20% Kobalt,
mindestens 5% Wolfram und
4bis7%(%Mo) + i/2(%W)
28 bis 32% Chrom,
20 bis 30% Kobalt,
mindestens 4% Wolfram und
2bis4%(%Mo)
Die Zusammensetzung der beiden vorgenannten Legierungen liegt vorzugsweise in den Feldern GHIjKLG und RSOTUR der F i g. 1 und 2. Außerdem enthalten diese Legierungen 1,5 bis 3,5% Niob, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Niob, und 0,4 bis 0,8% Kohlenstoff. Innerhalb dieser Grenzen hängt der bevorzugte Kohlenstoffgehalt von der Art des Vergießens ab und sollte unter 0,65% liegen, wenn die Gußstücke unter schwerer Verspannung geschweißt werden müssen. Vorzugsweise enthalten die Legierungen Titan und/oder Zirkonium, beispielsweise 0,03 bis 0,2% Titan und 0,005 bis 0,3% Zirkonium.
Eine besonders bevorzugte Legierung enthält 25% Chrom, 12% Kobalt, 9% Wolfram, 0,5% Molybdän. 2% Niob, 0,1% Titan und/oder 0,1% Zirkonium sowie 3% Eisen.
Zahlreiche Versuche wurden an Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung gemacht und haben erwiesen, daß es im Hinblick auf eine gute Eigenschaftskombination wichtig ist, die Legierungsbestandteile in der obenerwähnten Weise sorgfältig aufeinander abzustimmen.
Die untersuchten Legierungen wurden in Luft erschmolzen und in üblicher Weise mit 0,3% Mangan, 0,3% Silizium und 0,03% Kalzium oder Magnesium in Form von Kalziumsilizid oder Nickel-Magnesium desoxydiert und in Feinguß-Formen vergossen.
Die Versuchsergebnisse sind in den Diagrammen der F i g. 3 bis 8 veranschaulicht und in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt.
In den Fig. 3 bis 6 und 8 sind die Standzeiten, gemessen in Stunden, unter einer Belastung von 4,7 kp/mm2 bei einer Temperatur von 10000C im logarithmischen Maßstab gegen den Wert (%Mo) + '/2 (%W) aufgetragen. Die Fig.3 und 4 beziehen sich auf Legierungen mit 25% Chrom und 0,75% Kohlenstoff. Sie zeigen die Wirkung unterschiedlicher Kobaltgehalte bei einem Niobgehalt von 2% (Fig. 3) und von 3% (Fig. 4). Die Fig. 5 und 6 zeigen dasselbe, jedoch bei einem Chromgehalt von 30%. Außerdem zeigt die gestrichelte Kurve in Fig.3 die Wirkung einer Verringerung des Niobgehaltes auf 1% bei einer Legierung mit 10% Kobalt und in ähnlicher Weise F i g. 4 die Erhöhung des Niobgehaltes dieser Legierung auf 4%.
Die Wirkung unterschiedlicher Kobaltgehalte wird des weiteren durch die Kurve der Fig. 7 veranschaulicht, in der in logarithmischem Maßstab die Zeitstandfestigkeit bei 10000C und einer Belastung von 4,7 kp/mm3 (untere Kurve) und 2,8 kp/mm2 (obere Kurve) gegen den Kobaltgehalt aufgetragen sind. Die Standzeiten bei 10000C und einer Belastung von 2,8 kp/mm2 wurden durch Extrapolation der Versuchsergebnisse höherer Belastungen ermittelt. Die gestrichelte Kurve bezieht sich auf eine Legierung mit, vom Kobaltgehall abgesehen, 25% Chrom, 2% Niob, 0,75% Kohlenstofl und 5% [(%Mo) + >/2(%W)], Rest Nickel, während sich
jo die vollausgezogene Kurve auf eine Legierung mit 30% Chrom, 2% Niob, 0,75% Kohlenstoff und 6% Wolfram Rest Nickel, bezieht.
Die Kurven zeigen, daß sich die höchsten Standzeiten bei Legierungen mit 25% Chrom, 12,5% Kobalt und 2%
1) Niob bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt von 4 bis 7% einerseits und mil 30% Chrom, 25% Kobalt und 2% Niob bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt von 2 bis 4% andererseits ergeben.
Die nachfolgende Tabelle I zeigt die Standzeiten bei 10000C und einer Belastung von 4,7 kp/mm2 von Legierungen der vorerwähnten Zusammensetzunger mit verschiedenen Gehalten an Molybdän und Wolfram Außerdem enthält die Tabelle I die Kerbschlagzähigkei-
■ii ten bei 2O0C im Gußzustand oder nach einerr lOOOstündigen Glühen bei 8000C mit anschließenderr Luftabkühlen, um Betriebsverhältnisse zu simulieren.
Tabelle I C kp/mm2 Cr Co C. W Mo Nb Ni Mo+ '/2 W Standzeit (h) (b) (C) Kerbschlag (e)
Legie kp/mm2 C. 615 661 zähigkeit (kgm) 2,4
rung (%) (%) (%) C. (%) (%) (%) (%) (%) (a) 833 956 (d) 4,0
0,75 25 10 6 1 2 Rest 4 186 1080 1184 4,0 2,4
1 0,75 25 10 6 2 2 Rest 5 252 625 — 4,0 2,4
2 0,75 25 10 9 0,5 2 Rest 5 397 396 454 4,0 2,4
3 0,75 25 10 6 3 2 Rest 6 212 1453 — 4,0 —
4 0,75 25 10 6 6 2 Rest 9 111 2,4
5 0,75 30 25 6 - 2 Rest 3 :i84 —
6 (a) 5,5 kp/mm2 bei 1000° (d) Gußzustand.
(b) 4,7 bei 1000° (e) lOOOstUndigcs Glühen bei 800° C, Abkühlen in Luft.
(c) 3,2 bei 1050°
Der Ersatz der 2% Niob durch eine äquivalente Menge Tantal, d.h. durch 4% Tantal bei Legierung 3, verringert die Standzeit bei 10000C und einer Belastung von 5,5 kp/mm2 auf ül Stunden und bei einer Belastung von 4,7 kp/mm2 auf nur 137 Stunden.
Bei einem Vergleich der Daten der Tabelle I mit dei
Kurven der Diagramme ist zu berücksichtigen, daß die Kurven auf einer großen Anzahl von Versuchen basieren und sich demzufolge bei den Einzelversuchen eine gewisse Streuung der Werte ergibt. Dies erklärt sich sowohl aus unvermeidlichen Schwankungen der Versuchsbedingungen als auch dadurch, daß nicht sämtliche Legierungen dasselbe Verhältnis von Molybdän zu Wolfram besaßen. Eine Änderung des Verhältnisses von Molybdän zu Wolfram wirkt sich vornehmlich auf das Optimum der Zeitstandfestigkeit aus, wie)» F i g. 8 zeigt, die sich auf Legierungen mit 25% Chrom, 10% Kobalt, 2% Niob und 0,75% Kohlenstoff, Rest
Nickel, bezieht. Es zeigt sich, daß die wolframfreien Legierungen verhältnismäßig schlechte Eigenschaften besitzen und sich die Standzeit mit steigendem Wolframgehalt erhöht. Es ergibt sich bereits eine wesentliche Verbesserung, wenn die Legierungen mindestens 2% Wolfram enthalten, während Legierungen mit 5% Wolfram eine höhere Festigkeit besitzen.
Die Wirkung unterschiedlicher Niobgehalte bei anderen Legierungen als der Legierung 1 zeigen die Zeitstand- und Kerbschlagversuche der nachfolgenden Tabellen.
Tabelle II Nb Standzeit (h) 4,7 kp/mm2 Kerbschlagzähigkeit (kgm) Luftabkühlung
Legierung bei 10000C und bei 200C _
(%) 5,5 kp/mm2 71 2,4
300 Gußzustand 1000 h/800° C 2,4
0 _ 615 2,4
A 1 64 376 _ 2,4
7 2 186 206 4,0 3,0
1 3 162 56 4,0
8 6 62 4,0
B 8 28 3,0
C 5,0
Die Daten der Tabelle zeigen, daß sowohl die niobfreie Legierung A als auch die mehr als 5% Niob enthaltenden Legierungen B und C sehr schlechte Eigenschaften besitzen.
Die Wirkung unterschiedlicher Kohlenstoffgehalte bei Legierungen mit von der Legierung 2 abweichender Zusammensetzung zeigt die nachfolgende Tabelle III.
Tabelle III
Legierung C Standzeit (h) Kerbschlagzähigkeit (kgm)
bei 1000° C und bei 20° C
(%) 5,5 kp/mm2 4,7 kp/mm2 Gußzustand 1000h/800°C
Luftabkühlung
10
11
12
13
0,36
0,49
0,62
0,70
0,77
0,91
1,14
69 194 8,0 4,0
94 528 5,9 3,0
260 660 4,0 3,0
342 1019 4,0 2,4
252 833 4,0 4,0
291 816 3,0 2,4
145 440 3,0 2,4
Die bemerkenswerte Verbesserung der Zeitstandfesligkeit bei den Legierungen 2 und 9 bis 13 im Vergleich zu der weniger als 0,4% Kohlenstoff enthaltenden Legierung D zeigt die Bedeutung eines sorgfältigen Einstellen des Kohlenstoffgehaltes.
Zu Vcrgleichszweckcn sind in der nachfolgenden 50
Tabelle IV die Zusammensetzungen und Standzeiten dreier bekannter Legierungen aufgeführt. Die beträchtliche Verbesserung der Zeitstandfestigkeit bei der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierung ergibt sich eindeutig bei einem Vergleich der Daten der Tabelle I und IV.
Tabelle IV
Legierung
Cr
Ni
Co
W Fe Standzeit bei
1000°C und
4,7 kp/mm2
(o/o) (%) (h)*)
Rest 17
5 Rest 80
5 Rest 5
G 0,4 25 20
H 0,5 26 35
J 0,5 25 50
15
*) Geschützt aufgrund veröffentlichter Daten.
ίο
Die Daten der nachfolgenden Tabelle V zeigen die Wirkung von Titan-, Zirkonium- und Borzusätzen sowie des Restmagnesiums aus der Desoxydation auf die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur an Legierungen mit zweierlei verschiedenen Gehalten an Kohlenstoff und Eisen. Außer den in der Tabelle V aufgeführten Bestandteilen enthielten die Legierungen noch 25% Chrom, 10% Kobalt, 6% Wolfram, 2% Molybdän und 2% Niob, Rest Nickel. Der Wert »ZV« stellt das Verhältnis der Kerbzugfestigkeit zur Zugfestigkeit dar, während mit »D« die Dehnung einer Probe von 5,65 d und »E« die Einschnürung bezeichnet werden.
Tabelle V C F Ti Zr B Mg ZV D E
Legierung (%) C/o) (%) (%) (0/0) (0/0) (0/0) (%)
0,47 _ _ _ _ 1,24 4,5 7,2
14 0,48 — 0,31 — — — 1,20 13,5 11,0
15 0,46 — — 0,06 — — 1,32 9,0 6,4
16 0,47 — — — 0,009 — 1,30 6,8 5,0
17 0,48 — — 0,06 0,009 — 1,35 5,6 7,2
18 0,50 — — — — 0,02 1,25 5,6 5,0
19 0,63 — — — — — 1,16 4 3,4
20 0,62 — — — _ 0,024 1,23 4,4 5,5
21 0,64 3 — 0,11 0,041 1,33 2,6 5,0
22 0,62 3 — 0,17 _ 0,028 1,22 6,0 6,6
23 0,64 3 — 0,38 — 0,028 1,17 6,0 7,0
24 0,65 3 — 0,8 — 0,033 1,27 4,9 9,6
25 0,71 — — 1,13 2,3 1,1
26
Ein Vergleich der Legierung 14 mit den fünf jo nachfolgenden Legierungen zeigt die Erhöhung der Zähigkeit mit dem Titangehalt bei Legierung 15, die Verbesserung sowohl der Zähigkeit als auch die Zugfestigkeitsverhältnisse mit dem Zirkoniumgehalt bei Legierung 16, die Verbesserung des Zugfestigkeitsver- js hältnisses in Abhängigkeit vom Borgehalt bei Legierung 17, die synergistische Wirkung von Zirkonium und Bor bei Legierung 18 und die günstige Wirkung des Magnesiums bei Legierung 19. Die schädliche Wirkung einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes auf das Zugfestigkeitsverhältnis und die Duktilität zeigt ein Vergleich der Legierungen 14,20 sowie 26, während sich die günstige Wirkung des Magnesiums aus dem Vergleich der Legierungen 20 und 21 ergibt. Die positive Wirkung des Zirkoniums sowohl auf das Zugfestigkeitsverhältnis als auch auf die Duktilität zeigt sich schließlich auch anhand der Versuchsergebnisse der Legierungen 22 bis 25.
Die Wirkung unterschiedlicher Eisengehalte wird nachfolgend anhand der Daten aus der Tabelle VI veranschaulicht, die sich auf Legierungen mit 0,75% Kohlenstoff, 25% Chrom, 10% Kobalt, 6% Wolfram, 2% Molybdän und 2% Niob, Rest Nickel, beziehen.
Tabelle VI Standzeit (h) 3,2 kp/mm2/ Kerbschlag (kgm)
Legie Fe 1050°C zähigkeit (b)
rung 4,7 kp/mm2/ 956 (a)
(%) 100O0C 579 4,0
833 612 4,0 3,0
2 0 554 336 4,0 4,0
27 1,5 576 5,0 2,4
28 3 341 4,0
29 5
a) Gußzustand.
Nach lOOOstündigem Glühen bei 8000C.
Um die technologischen Eigenschaften der nach dem ι,ο erfinduügsgemäßen Verfahren hergestellten Legierung darzutun, wurden auf herkömmliche Weise sechs Hohlproben mit einem Außendurchmesser von 127 mm und einer Wandstärke von 25 mm abgegossen. |cdc Einzclschmclzc wurde durch die Zugabe von 0,03% t,r> Magnesium mittels einer Nickel-Vorlegierung mit 15% Magnesium desoxydiert und besaß die sich aus der nachfolgenden Tabelle VII ergebenden Gehalte an Kohlenstoff, Titan, Zirkonium und Aluminium. Im übrigen bestanden die Legierungen aus 25% Chrom, 12% Kobalt, 9% Wolfram, 0,5% Molybdän, 2% Niob und 3% Eisen, Rest Nickel. Die Zeitstand- und Zugfestigkeiten der erfindungsgcmäß hergestellten Legierungen 30 bis 34 und der außerhalb der Erfindung liegenden Legierung K ergeben sich aus den Tabellen VII und VIII.
S Z 11 E Zr 1967 005 = Meßlängenverhältnis. Z (h) (b) 12 (d) (o/o) 1000 h/
* (V0) 346 300 10 7,5 10000C
Tabelle VII kp/mm2 Ti kp/mm2 956 646 2,0 8,4
Legierung C K 30 (0/0) _ Al Standzeit 66 !186 (C) 831 2,0 6,5 7,1
(ο/ο) 30 28 — (0/0) (a) 62 1264 440 825 2,0 10,5 5,0
K 0,34 31 30 _ 0,01 79 65 1581 1324 1078 5,0 11 4,0
30 0,45 32 32 — — 212 63 - 1617 — - 5,0 4,0
31 0,64 33 28 — - — 301 66 2235 5,9
32 0,47 34 30 0,1 (c) 3,9 kp/mm-1 - — 242 - 2091 -
33 0,45 S = Streckgrenze. - (d) 3,2 kp/mm2 - 282 -
34 0,42 Z = Zugfestigkeit. 0,44 - Kerbschlagzähigkeit
1000° C. (kgm)
1050° C. Dehnung E Guß
Dehnung E zustand
1000h/1000°C 5,65 |/Ä*
(%)
5,65 l/X* (o/o)
(%)		 Π
13 13 S 3,8
kp/mm2 12 10 2,2
60 6,9 6 kp/mm2 2,7
60 7,9 10 28 5,2
60 15 12 29 —
59 11 9 33
(a) 5,5 kp/mm2 - 10000C. 61 = Einschnürung. 33
(b) 4,3 kp/mm2 - 10000C. 63 31
Tabelle VIII —
Legie- Gußzustand
rung
Die Schweißbarkeil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierung ist überraschend gut, insbesondere wenn sie Zirkonium und/oder Titan enthält und ihr Kohlenstoffgehalt 0,65% nicht übersteigt. Die nachfolgenden Schweißbeispiele veranschaulichen die Vorteile der Verwendung eines Zusatzwerkstoffes mit hohem Zirkoniumgehalt auf die Standzeit und die Dehnung des Schweißwerkstoffes.
Hohlproben der Legierungen 30 und 32 wurden quer unterteilt und die Schneidkanten auf einen J-Querschnitt gebracht sowie anschließend unter Argon bei Verwendung eines Zusatzwerkstoffes entsprechender Zusammensetzung, d. h. einer zirkoniumfreien Legierung im Falle der Legierung 30 und einer 0,01% Zirkonium enthaltenden Legierung im Falle der Legierung 32 geschweißt. Bei allen Versuchen ergaben sich gesunde Schweißnähte ohne Schweißrisse in der wärmebeeinflußten Zone.
An Schweißmaterial einer den Legierungen 30 und 32
entsprechenden Zusammensetzung und einem ähnlichen Material mit 0,48% Zirkonium ergaben sich folgende Werte:
Tabelle IX
Zeitstandfestigkeit bei 4,3 kp/mm2
100O0C
Standzeit Dehnung
0 152 2,2
0,01 138 1,2
0,48 1156 15
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Legierung besteht darin, daß sich die Legierung warmverformen, beispielsweise walzen, schmieden und strangpressen, läßt.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Hersteilen eines Nickel-Chrom-Kobalt-Werkstoffes für Gußstücke, die wie Glas faserspinndüsen bei hoher Temperatur einer hohen Belastung und korrodierendem Angriff unterworfen sind, aus einer Legierung, bestehend aus 0,4 bis 1,4% Kohlinstoff, 0,5 bis 5% Niob, 23,5 bis 33% Chrom, einem Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt von 1 bis 9%, 5 bis 42% Kobalt, 0 bis 12% Eisen, 0 bis 1 % Titan und/oder Aluminium, 0 bis 1% Zirkonium und 0 bis 0,1% Bor, Rest einschließlich erschmeizungsbedingter Verunreinigungen Nikkei, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte an Molybdän und/oder Wolfram sowie Chrom innerhalb des Polygoni.uges ABCDEFA des Diagramms der Fig. 1 sowie die Gehalte an Kobalt und Chrom innerhalb des Polygonzuges MU'VPQM des Diagramms der F i g. 2 eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kobaltgehalt auf höchstens 40% zusammen mit dem Chromgehalt innerhalb des Polygonzuges MNOPQM und der Eisengehalt auf höchstens 5% eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte an Kobalt und Chrom innerhalb des Polygonzuges RSOTLJR eingestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ω gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf 1,5 bis 3,5% eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehait an Molybdän und dem halben Wolframgehalt auf mindestens 2% zusammen mit dem Chromgehalt innerhalb des Polygonzuges GHI]KLG eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolframgehalt auf mindestens 2% eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkoniumgehalt auf 0,005 bis 0,5% und/oder der Borgehalt auf 0,001 bis 0,05% eingestellt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisengehalt auf 2 bis 4% eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt auf 24 bis 27%, der Kobaltgehalt auf 8 bis 20%, der Wolframgehalt auf mindestens 5% bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt von 4 bis 7% sowie der Niobgehalt auf 1,5 bis 3,5% und der Kohlenstoffgehalt auf 0,4 bis 0,8% eingestellt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt auf 28 bis 32%, der Kobaltgehalt auf 20 bis 30%, der Wolframgehalt auf mindestens 4% bei einem Gesamlgehalt an Molyb- t>o dän und dem halben Wolframgehalt von 2 bis 4% sowie der Niobgehalt auf 1,5 bis 3,5% und der Kohlenstoffgehalt auf 0,4 bis 0,8% eingestellt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder i0, dadurch gekennzeichnet, daß der Titangehalt auf 0,03 bis 0,2% und/oder der Zirkoniumgehalt auf 0,005 bis 0,3% eingestellt werden.
12. Verfahren nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt auf 25%, der Kobaltgehalt auf 12%, der Wolframgehalt auf 9%, der Molybdängehalt auf 0,5%, der Niobgehalt auf 2%, der Titangehalt auf 0,1% und/oder der Zirkoniumgehalt auf 0,1%, der Kohlenstoffgehalt auf 0,5% und der Eisengehalt auf 3% eingestellt werden.
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