DE1967005C3

DE1967005C3 - Verfahren zum Herstellen eines Nickel-Chrom-Kobalt-Werkstoffs

Info

Publication number: DE1967005C3
Application number: DE1967005A
Authority: DE
Inventors: Peter John Hollywood Birmingham Penrice (Grossbritannien); Stuart Walter Ker Sutton Coldfield Warwickshire Shaw
Original assignee: INCO EUROPE Ltd LONDON
Current assignee: INCO EUROPE Ltd LONDON
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-12-13
Publication date: 1978-10-19
Also published as: BE743070A; DE1962547A1; DE1967005B2; DE1962547B2; GB1245158A; CA918457A; US3681059A; DE1967005A1; FR2032294A1

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% !Cobalt. 0 bis 12% Eisen. 0 bis 1% Titan und/oder Aluminium, 0 bis 1 % Zirkonium und 0 bis 0,1 % Bor, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel.

Zahlreiche Verfahren erfordern Temperaturen bis 1000⁰C und mehr und demzufolge Anlagen und Apparaturen aus Legierungen, die einer hohen Belastung und korrodierendem Angriff bei diesen Temperaturen standhalten. A jßerdem 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 oxydationsbestanHig 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% 21irkonium, höchstens 0,50% Mangan, höchstens 0,75% Silizium, höchstens 0,020% Phosphor, höchstens 0,020% Schwefel und hödistens 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 Raumtemperatur-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 sieh 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

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 Molybdän und/oder Wolfram sowie Chrom innerhalb des Polygonzuges -j ABCDEFA des Diagramms der Fig. 1 sowie die Gehalte an Kobalt und Chrom innerhalb des Polygonzuges MWVPQM des Diagramms der Fig.2 eingestellt werden.

Die hohe Warmfestigkeit der nach dem erfindungsge- to mäßen 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 mindestens 0,4% betragen. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt erhöht sich zunächst auch die Zeitstandfestigkeit, die jedoch dann wieder abfällt. Zu hohe Kohlenstoffgehalte sind zu vermeiden, da der Kohlenstoff die Kerbschlagzähigkeit der Legierung beeinträch- m tigt, 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 Abkühlungsgeschw-ndigkeit jn 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 ji 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 NioL trägt als Karbidbildner ebenfalls zur Zeitstandfestigkeit bei, weswegen die Legierung mindestens 0,5%. vorzugsweise mindestens !% Niob enthält. Mit steigendem Niobgehalt erhöht sich zunächst die Zeitstandfestigkeit bis zu einem Maximum. 4j um dann wieder abzufallen. Aus diesem Grund darf der Niobgehalt 5% nicnt 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- y, Phase /u vermeiden. Wolfram und Molybdän tragen zur Zeitstandfestigkeit bei; der Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt muß mindestens 1% betragen. Eine Erhöhung des Gesamigehaltes auf Kosten des Nickelgehaltes bei im übrigen gleichbleibenden Gehalten an anderen l.egierungsbestandteilen erhöht die Zeitstandfestigkeit auf ein Maximum, um dann wieder abzufallen. Der Gesamtgehalt an Molybdän urid dem halben Wolframgehalt, bei dem dieses Maximum erreicht wird, ist umgekehrt proportional dem Chromgehalt, wie sich aus der Form des Feldes ABCDEFA der Fi g, I ergibt. 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 GHI]KLG liegt.

Bei gegebenem Gesamtgehalt an Molybdän und Wolfram hängt die Zeitstandfestigkeit außerdem vom Verhältnis der beiden Elemente zueinander ab, weswegen 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 MU'VPQM in F i g. 2 ergibt. Die Legiurungszusammensetzung liegt vorzugsweise im Feld MNOPQM. besser noch im Feld RSOTUR.

Die Legierung kann auch geringe iehalte an Titan und/oder Aluminium bis zu einem Gc:s?rntgehalt 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 Zirkonmmgehalte 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 au -h die Zeitstandfestigkeit eines Schweißmetalls aus einem artgleichen Zusatzwerkstoff entsprechender Zusammer ^etzung 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 a's 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 1% nicht.

Dir Legierung wird vorzugsweise mit Magnesium desoxydiert, beispielsweise mit einer 15% Magnesium enthaltenden Nickel-Magnesium-Vorlegicning, die einen Magnesiumrestgehalt von 0,01 bis 0.02% ergibt. Das Restmagnes'um verbessert die Zugdehnung. Die Legierung kann bis 0,15% beim Erschmelzen in Luft aufgenommenen Siickstoffs enthalten.

Eisen, das als Bestandteil von Ferrolegierungen in die Schmelze gelangen kann, beeinträchtigt die Zeitstandfestigkeit. Dennoch kann die Legierung bis' 12% Eisen enthalten, wenngleich im Hinblick auf eine optimale Eigenschaftskombination der Eisengehalt 0,5% nicht übersteigt und vorzugsweise so niedrig wie möglich gehallen 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 Legieruhgeh nach der Erfindung enthalten Chrom, Kobalt, Molybdän und Wolfram in den nachfolgenden, sorgfältig aufeinander abgestimmten Gehaltsgrenzen:

(a) 24 bis 27% Chrom.

8 bis 20% Kobalt,
mindestens 5% Wolfram und
4bis7%(%Mo) ■
oder

(b) 28 bis 32% Chrom,
20 bis 30% Kobalt,
mindestens 4% Wolfram und

15 Fig.3 bis 8 veranschaulicht und in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt.

In den F ig, 3 bis 6 und 8 sind die Standzeiten, gemessen in Stunden, unter einer Belastung von 4,7 kp/mm² bei einer Temperatur von l000°C im logafithrnischen 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 Kobaltgchaltc bei einem Niobgehall 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 Zusammensetzung der beiden vorgenannten Legierungen liegt vorzugsweise in den Feldern CHI]KLG und RSOTUR der F i g. I 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 Jo 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 03% Mangan, 03% 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

YVirkimcr Ii η I p

f» HI ir· hf» r \C nknlf f

des weiteren durch die Kurve der Fig. 7 veranschaulicht, in der in logarithmischem Maßstab die Zeitstandfestigkeit bei 1000"C und einer Belastung von 4.7 kp/nim² (untere Kurve) und 2,8 kp/mm² (obere Kurve) gegen den Kobaltgehall 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 Kobaltgehalt abgesehen. 25% Chrom. 2% Niob, 0,75% Kohlenstoff und 5% [(%Mo) + i/2(%W)], Rest Nickel, während sich die vollausgezogene Kurve auf eine Legierung mit 30% Chrom. 2% Niob, 0,75% Kohlenstoff und 6% Wolfram. Ftest Nickel, bezieht.

Die Kurven zeigen, daß sich die höchsten Standzeiten bei Legierungen mit 25% Chrom. 12,5% Kobalt und 2% Niob bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt von 4 bis 7% einerseits und mit 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 1000° C und einer Belastung von 4,7 kp/mm² von Legierungen der vorerwähnten Zusammensetzungen mit verschiedenen Gehalten an Molybdän und Wolfram. Außerdem enthält die Tabelle I die Kerbschlagzähigkeiten bei 20°C im Gußzustand oder nach einem lOOOstündigen Glühen bei 800°C mit anschließendem Luftabkühlen, um Betriebsverhältnisse zu simulieren.

Tabelle	I	C	Cr	Co	W	Mo	Nb	Ni	Mo+ '/2 W	Standzeit (h)	(b)	(c)	Kerbschlag	(e)
Legie										615	661	zähigkeit (kgm)	2,4
rung	(%)	,m		(%)	(%)	(%)	(%)		(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	284
6

) 5,5 kp/mm² 6ei 1000⁰C
) 4,7 kp/mm² bei 1000° C
) 3,2 kp/mm² bei 1050³C

(<£) Gußzustand.

(e) lOOOstündiges Glühen bei 800° C Abkühlen in Luft.

Der Ersatz der 2% Niob durch eine äquivalente Menge Tantal, d. h. durch 4% Tantal bei Legierung 3, verringert die Standzeit bei 1000°Cund einer Belastung von 5,5 kp/mm² auf 61 Stunden und bei einer Belastung von 4,7 kp/mm² auf nur 137 Stunden.

Bei einem Vergleich der Daten der Tabelle F mit den

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, wieio F i gi 8 zeigt, die sich auf Legierungen mit 2i% 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 Zeilstand- und Kerbschlagversuche der nachfolgenden tabelle IL

Tabelle Il	Nb	Standzeit (h)	4,7 kp/mm²	kerbschiagzähigkeit (kgm)	l.iiftahkiihliing
Legierung		bei 1000⁰C und		bei 20° C	_
	(%)	5,5 kp/mm²	71		2,4
			300	GuDzustand 1000h/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	C	Standzeit (h)	4,7 kp/mm²	Kerbschlagzähigkeit (kgm)	Luftabkühlung
Legierung		bei 1000°C und		bei 20° C	4,0
	(o/o)	5,5 kp/mm²	194		3,0
			528	Gußzustand 1000h/800°C	3,0
	0,36	69	660		2,4
D	0,49	94	1019	8,0	4,0
9	0,62	260	833	5,9	2,4
10	0,70	342	816	4,0	2,4
11	0,77	252	440	4,0
2	0,91	291		4,0
12	1,14	145		3,0
13			3,0

Die bemerkenswerte Verbesserung der Zeitstandfestigkeit 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 Vergleichszwecken sind in der nachfolgenden

Tabelle IV

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.

Legierung	C	Cr	Ni	Co	W	Fe	Standzeit bei
							1000°C und
							4,7 kp/mm²
	(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	*00)**

G	0,4	25	20
H	0,5	, 26	35
J	0,5	25	50

Rest
Rest
Rest

17

80

'·) Geschätzt aufgrund veröffentlichter Daten.

809 642/33

Die Daten der nachfolgenden Tabelle V zeigen die Wirkung von Titan-, Zirköhiünv Und Borzüsätzert sowie des Restmagnesiums aus der Desoxydation auf die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur an Legierungen mit zweierlei verschiedenen Gehalten an Kohlenstoff und Elsen. Außer den in der Tabelle V aufgeführten

10

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

Legierung C

Ti

Zr

Mg

ZV

(0/0)

E
(o/o)

14	0,47	3
15	0,48	3
16	0,46	3
17	0,47	3
18	0,48
19	0,50
20	0,63
21	0,62
22	0,64
23	0,62
24	0,64
25	0,65
26	0,71

0,31

—	—	—	1,24	4,5	7,2
—	—	—	1,20	13,5	11,0
0,06	—	—	1,32	9,0	6,4
—	0,009	—	1,30	6,8	5,0
0,06	0,009	—	1,35	5,6	7,2
—	—	0,02	1,25	5,6	5,0
—	—	—	1,16	4	3,4
—	—	0,024	1,23	4,4	5,5
0,11	—	0,041	1,33	2,6	5,0
0,17	—	0,028	1,22	6,0	6,6
0,38	—	0,028	1,17	6,0	7,0
0,8	—	0,033	1,27	4,9	9,6
—	—	—	1,13	2,3	1,1

Ein Vergleich der Legierung 14 mit den fünf 3b 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 Zügfestigkeitsverhältnisses 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

Legierung

Fe Standzeit (h) Kerbschlagzähigkeit (kgm)

(⁰Zo) 4,7kp/mm2/ 3,2kp/mmV (a) (b)

inooT. in«!" r.

2	0	833	956	4,0	4,0
27	1,5	554	579	4,0	3,0
28	3	576	612	5,0	4,0
29	5	341	336	4,0	2,4

(a) Gußzüstand

(b) Nach lOOOstündigem Glühen bei 800⁰C

Um die technologischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierung darzutun, wurden auf herkömmliche Weise sechs Hohlproben mit einem Außendurchmesser von 127 mm und einer Wandstärke von 25 mm abgegossen. Jede Einzelschmelze wurde durch die Zugabe von 0,03% 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 erfindungsgemäß hergestellten Legierungen 30 bis 34 und der außerhalb der Erfindung liegenden Legierung K ergeben sich aus den Tabellen VII und VIII.

Tabelle VII

Legierung C Ti	(o/o) (o/o)	S Z	Zr	Al	Standzeit	= Meßlängenverhältnis.	Z	(h)	(b)	(C)	E	(d)	1000 h/
	0,34 -		(0/0)	(%)	W			346	440		300	10O0°C -
K.	0,45 -	kp/mm² kp/mm²	.		79	kp/mm²	956	1324	(o/o)	646
30	0,64 -	30 60	—	—	212	66	1186	1617	10	831	7,1
31	0,47 -	28 60	—	—	301	62	1264	2235	2,0	825	5,0
32	0,45 0,1	30 60	0,01	—	242	65	1581	2091	2,0	1078	4,0
33	0,42 -	32 59	_	_	282	63	-	-	2,0	—	4,0
34	5,5 kp/mm² - 1000° C.	28 61	—	0,44	-	66			5,0		5,9
(a)	43 kp/mm² - 10O0°C.	30 63	(c) 3,9 kp/mm² -	1000° C.		—			—		-
(b)	Tabelle VIII	= Streckgrenze. E	(d) 3,2 kp/mm² -	1050° C.
Legie- Gußzustand	= Zugfestigkeit. *								Kerbschlagzähigkeit
rung		1000h/1000°C				(kgm)
			Dehnung		Guß
	Dehnung E	S			zustand
			5,65 \ίλ" (o/„)
K	5,65 \|/a* (o/o)	kp/mm²	11		7,5
30	13 13	28	3,8		8,4
31	12 10	29	2,2		6,5
32	6,9 6	33	2,7		10,5
33	7,9 10	33	5,2		11
34	15 12	31	—		5,0
S	It 9	—
Z	= Einschnürung.

Die Schweißbarkeit der nach dem errindungsgemä-Den Verfahren hergestellten Legierung ist überraschend gut, insbesondere wenn sie Zirkonium und/oder Titan enthält und ihr Kohlenstoffgehalt 0,65% nicht über-, steigt. Die nachfolgenden Schweißbeispiele veranschaulichen die Vorteile der Verwendung eines Zusatzwerkstoffes mit hohem Zirkoniumgehalt auf die Standzeit und die Dehnung des Schweißwerkstoffes.
I 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

(ο/α)

Zeitstandfestigkeit bei 4,3 kp/mm²

10O0^DC

Standzeit Dehnung

(h) (o/o)

⁴⁵ 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 strängpressen, läßt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Nickel-Chrom-Kobalt-Werkstoffes für Gußstücke, die wie Glasfaserspinndüsen bei hoher Temperatur einer hohen Belastung und korrodierendem Angriff unterworfen sind, 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 Woiframgehalt 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 erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nikkei, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte an Molybdän und/oder Wolfram sowie Chrom innerhalb des Polygonzuges 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.3 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 RSOTUR eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf 1,5 bis 3,5% eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß uer Gesamtgehalt an Molybdän und dem halben Wolframgehalt auf mindestens 2% zusammen mii jem Chromgehalt innerhalb des Polygonzuges GHI]KLC 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 biiü 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 Gesamtgehalt an Molyb- r,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 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Titartgehalt auf 0,03 bis 0,2% und/oder der Zirkoniumgehalt auf 0,005 bis 0,3% eingestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, 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.