DE2016137A1

DE2016137A1 - Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Hochleistungslegierungen und Binde mittel zur Verwendung in dem Verfahren

Info

Publication number: DE2016137A1
Application number: DE19702016137
Authority: DE
Inventors: George Sidney Yount Reed Ervin Berry Thomas Frederic Barker James Francis Cincinnati Ohio Hoppin III (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-04-04
Publication date: 1971-05-13
Also published as: BE748730A; US3632319A; GB1302160A; CH528327A; FR2056157A5; DE2025833C3; JPS496470B1; DE2025833B2; SE375714B; DE2025833A1; GB1299983A; DE2016137C2

Description

Die Entwicklung bekannter Hartlotlegierungen für Hochleistungslegierungen (SuperIegierungen), wie solchen auf der Basis von Nickel-, Kobalt oder Eisen, basierte bisher auf relativ einfachen ternären oder quaternären Legierungen relativ nahe oder bei einem eutektischen Punkt. Hierdurch wurden relativ niedrig schmelzende Legierungen geschaffen, wie sie für das Hartlöten von Bauelementen aus Hochleistungslegierungen gebraucht werden. Außerdem wurden durch derart einfache Systeme Schwierigkeiten vermieden, die bei der Herstellung relativ reaktiver, komplexer Legierungspulver und beim Hartlöten mit derartigen Pulvern in

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üblichen Ofenatmosphären auftraten. Im Ergebnis waren Legierungen zum Hartlöten, wie diejenigen für HochlelstungsIegierungen auf der Basis von Nickel, einfache Legierungen mit geringer Festigkeit.

Weil die Verbindungsstelle zwischen zwei miteinander verbundenen Teilen aus Hochleistungslegierungen im allgemeinen die schwächste Stelle des Bauteils darstellt, ergab sich aus der Entwicklung von verbesserten Vorrichtungen für die Energiegewinnung, zum Beispiel von Turbinenmaschinen, wie Strahltriebwerken, ein Bedarf zur Verbesserung der Festigkeit solcher Verbindungsstellen. P Die Herstellung von Sehweißverbindungen in üblicher Weise unterlag starken Einschränkungen, da während des Schweißens oder bei der anschließenden Hitzebehandlung Risse auftreten können.

In den letzten Jahren wurde über bedeutende Leistungen beim Vakuumheißdruckdiffusionsverbinden im festen Zustand von Hochleistungslegierungen, wie solchen auf der Basis von Nickel, berichtet. Obwohl es einige Verbesserungen beim Verbinden von im wesentlichen nicht unter Verschmelzung schweißbaren Hochleistungslegierungen gab, treten dabei bestimmte, im Verfahren selbst liegende Schwierigkeiten auf, die dessen Anwendbarkeit auf eine Vielzahl von geformten Gegenständen beschränken. BeI-spielsweise sind bei der zum Verbinden angewendeten Temperatur relativ hohe Drücke bei den Vorrichtungen erforderlich. So sind Mindestdrücke von etwa l4l kg/cm² (2000 psi) bei 12O4°C (2200⁰F) anscheinend typisch für dieses Verfahren. Ein derartiges Verfahren verbietet die Verwendung bei relativ zerbrechlichen Teilen. Außerdem wird an der Verbindungsstelle der verbundenen Teile eine Kerbe gebildet, die zu einer Festigkeitsverminderung, wie der Ermüdungsfestigkeit bei hoher Beanspruchungsfolge, führen kann. Die zur Vorbereitung der Oberfläche bei gewöhnlichen Vakuumdruckdiffusionsverbindungsverfahren erforderlichen Arbeitsschritte sind äußerst kritisch und bei der Produktion schwer aufrecht zu erhalten. Da garis allgemein ein Zwischenmaterial fehlt, ist es äußerst kritisch, die Toleranzen der

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aufeinandergepaßten Teile sehr eng zu halten, was eine sehr enge Verbindungsstelle ergibt. Beim derzeitigen Entwicklungsstand liegt die Toleranzgrenze für Abweichungen beim Aufeinanderpassen im gewöhnlichen Vakuumheißdruckdiffusionsverbindungsverfahren bei maximal etwa 0,025 mm (0,001 inch). Eine derartige Toleranz 1st nur aufwendig zu erreichen und bei der Produktion beizubehalten.

Ziel der -Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Verbinden von Hochleistungslegierungsteilen, wobei die Verbindungsstelle bessere Festigkeitseigenschaften besitzt und leichter herzustellen ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung 1st die Schaffung eines verbesserten Verbindungspulvers zur Verwendung bei dem Verbindungsverfahren, wobei eine solche verbesserte Verbindungsstelle geschaffen wird.

Das Verfahren zum Verbinden mehrerer Hochleistungslegierungsteile auf der Grundlage von Eisen-, Kobalt- oder Nickellegierungen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein Verbindungsmaterial, das an«die Zusammensetzung der Hochleistungslegierungsteile angepaßt ist, eine Liquidustemperatur hat, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Legierungsteile zu schmelzen beginnen, und die Elemente Bor; Silicium, Mangan, Niob oder Tantal oder Gemische dieser EIe- ^: mente in Mengen über 1 Gew.% bis zu 15 Gew.%₃ bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, enthält,

b) zwischen zu verbindende angrenzende und fluchtende Flächen der Hochleistungslegierungsteile, deren Verbindungsspalt höchstens 0,51 mm (0,02 inch) breit ist, einbringt,

c) um den Verbindungsteil Hochvakuum anlegt,

d) den Verbindungsteil ein erstes Mal bei einem solchen Vakuum auf eine Temperatur von 1065,6 bis 1232,2°C (1950 bis 2250⁰F) so lange erhitzt, daß das Verbindungsmaterial wenigstens teil⁴-

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weise schmilzt, wobei jedoch die Temperatur unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Hochleistungslegierungsteile zu schmelzen beginnen, und

e) den Verbindungsteil durch ein zweites Erhitzen unter nichtoxydierenden Bedingungen bei einer Temperatur unterhalb der beim ersten Erhitzen angewendeten Temperatur unter Diffusionswechselwirkung zwischen den Hochleistungslegierungsteilen und dem Verbindungsmaterial homogenisiert.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung, Zeichnungen und Beispiele, die nicht als Beschränkung aufzufassen sind, näher erläutert.

In den beigefügten Zeichnungen ist

Fig. 1 eine graphische Vergleichsdarstellung der Zerreißfestigkeit durch Beanspruchung bei in üblicher Weise hartgelöteten Verbindungen gegenüber dieser Festigkeit bei einer erfindungsgemäß hergestellten Verbindung, wobei in beiden Fällen Gußteile verwendet wurden,

Fig. 2 eine graphische Vergleichsdarstellung der Zerreißfestigkeit gemäß Fig. 1, wobei jedoch geschmiedete Teile verbunden sind,

Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer Turbinenschaufel, wobei ein Flügelkörper mit einem Basisteil verbunden ist,

Fig. 4 ein isometrischer Teilschnitt eines mit einem Flügel versehenen Rotorteils einer Gasturbine mit einem Flügelkörper, der über einen Fuß mit einem Rad ver-. bunden Ist,

Fig. 5 eine graphische Vergleichsdarstellung von erfindungsgemäß hergestellten und von im üblichen Diffusions-

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verbindungsverfahren im festen Zustand hergestellten doppelt überlappenden Verbindungen.

Durch die Erfindung werden die Vorzüge der Technologie des üblichen Hartlötens und des Druckdiffusionsverbindungsverfahrens im festen Zustand kombiniert, wobei der hohe Druck und die engen Toleranzerfordernisse des Diffusionsverbindungsverfahrens vermieden werden. Im Ergebnis wird ein Verfahren erhalten, das die Leichtigkeit der Herstellung von Hartlötverbindungen mit den Festigkeiten der Verbindungsstellen kombiniert, die im allgemeinen größer sind als diejenigen, die beim Verbinden im festen Zustand erhalten werden. Trotzdem unterscheidet sich das Verfahren erheblich vom Diffusionsverbindungsverfahren im festen Zustand dadurch, daß die zwischen den zu verbindenden Teilen herrschenden hohen Drücke vermieden werden und ein einzigartiges zwischengeschaltetes Bindemittelpulver verwendet wird. Es wird nur ein geringer Druck zum Einrichten der Verbindungsstelle von beispielsweise-etwas-"

Über 0,07 kg/cm (0 psi) benötigt, damit eine starke Verbindung gemäß der Erfindung in einem Hochvakuum von etwa 10"^ mm Hg oder darunter während der Einleitung des Verbindens bewirkt wird. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgende Wärmebehandlungsstufen umfassen, damit maximale mechanische Eigenschaften bei der Verbindungsstelle entwikkelt werden. Es sind jedoch keine engen Toleränzwerte erforderlich. ""' ."■■""""-

Die Entwicklung des komplexen Bindemittelpulvers für hohe Festigkeiten gemäß der Erfindung erlaubt die Kombination der Technologien des üblichen Hartlötens und der Diffusionsverbindung im festen Zustand zur Erzielung einer Verbindung bei Hochleistungslegierungen verbesserter Festigkeit. Die verschiedenen Anwendungen der Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit HochleistungsIegierungen auf der Basis von Nickel beschrieben, weil sie hier eine erhebliche größere Bedeutung und einen breiteren Anwendungsbereich für"energie-

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erzeugende Vorrichtungen, die bei hohen Temperaturen arbeiten, wie Gasturbinen, besitzen, für die die Erfindung besonders brauchbar ist. Es ist jedoch für den Metallurgen erkennbar, daß die Erfindung auch auf andere Hochtemperatur-Hochleistungslegierungen, wie solchen auf der Basis von Eisen oder Kobalt, angewendet werden kann.

Typische Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel, die erfindungsgemäß verbunden werden können, sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Alle Legierungen gemäß Tabelle I werden gegenwärtig für Strahltriebwerke hergestellt oder entwickelt.

Tabelle I

Gew.35, Rest Ni und Zufallsverunreinigungen einschließlich bis zu 0,5 Gew.? Si und Mn

Element	Legierung A	B	C	D	015	E	F	G	H
C	ο,ιδ	0,07	0,	17 0,09		0,06	0,15	0,05	0,06
Cr	9,5	15	14	19		14	14	19	12
Co	15	15	9,	5 11		15	8		12
Mo	3	4,2	4	10		6	3,5	3	7
W			4		3	3,5		2
V	1
Al	5,5	4,3	3	1,7	3,8	3,5	0,5	5
Ti	4,2	3,4	5	3,2	2,5	2,5	1	3
B	0,015	0,015	ο,	0,015	0,01		0,2
Ta					-	5 ⁺
Nb					3,5	5⁺	0,8
Zr					0,05
Pe						18

- Gesamt Nb/Ta

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Die Legierungen gemäß Tabelle I sind typisch für solche, deren Zusammensetzung im brauchbaren Bereich von etwa 0,02 - 0,3 %_yCy 8 - 25■ % Cr; 5 - 20 % Co; 2 - 12 % Mo; 0,3 - 7 % Al; 0,5 - 6 g Ti; bis 5 Π; bis 2 £ V; bis 6 2 Nb und/oder. Ta; bis 0,2 % Zr; bis 0,4 2 B; bis 25 % Pe; .Rest Nickel und Zufallsverunreinigungen (in Gew„#) liegt. Wie später näher erläutert, ergibt eine Legierung mit Bestandteilen in einem derartigen Mengenbereich mit einem Zusatz von mehr als 1 % bis zu 15%» bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, eines sehmelzpunktsenkenden Elements aus der Gruppe B, Si, Mn, Nb, Ta und deren Gemische das durch Altern härtbare Bindemittelpulver auf Nickelbasis gemäß der Erfindung.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bindemittelpulver zwischen einander gegenüberliegende, ausgerichtete " Flächen, die miteinander verbunden werden sollen, unter einem minimalen oder gar keinem Druck aufgebracht. Die erfolgreiche Durchführung des Verfahrens und die resultierende Festigkeit der Verbindung und die Duktilität hängen von den Eigenschaften des Bindemittelpulvers-ab. Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein Bindemittelpulver verwendet, das die Eigenschaft hat, zwischen den zu verbindenden Teilen eine verbesserte'Verbindung zu schaffen, deren Zereißfestigkeit bei Belastung mehrfach größer ist als übliche hartgelötete Verbindungen, wobei jedoch deren Schmelzpunkt unterhalb der Temperatur liegt, bei der die HochleistungsIegierungen der zu verbindenden Teile zu schmelzen beginnen. Grundsätzlich wird das Bindemittelpulver, das erfindungsgemäß verwendet wird, mit diesen Eigenschaften durch die Auswahl einer Zusammensetzung versehen, die durch Einschluß von festigkeitsverbessernden Elementen, wie Ti, Al, Mo oder W und dergleichen an die Eigenschaften der zu verbindenden Legierungen angepaßt wird, wozu eine wesentliche, aber kritische.Menge eines schmelzpunktsenkenden Elements zugesetzt wird. Das Bindemittelpulver kann somit in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dem Hartlöten ähnelt, bereits bei einer Temperatur wirksam werden, die unterhalb der

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Temperatur liegt, bei der die mechanischen Eigenschaften der zu verbindenden Teile aus den Hochleistungslegierungen nachteilig beeinflußt werden. Da außerdem festigkeitserhöhende Elemente, die durch Ausfällung wirken, wie Al und Ti, und solche, die in Lösung wirken, wie Mo oder W, oder beide, mitverwendet werden, ist die erhaltene Verbindungsstelle im Gegensatz zu üblicherweise hergestellten Verbindungen alterungsfähig, wobei die Alterung oder Festigkeitserhöhung gleichzeitig auch bei der Legierung der miteinander verbundenen Teile erfolgen kann.

P Das Blndemittelpuiver unterscheidet sich hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von der Grund-Hochleistungslegierung , an die es hauptsächlich hinsichtlich.der Duktilität angepaßt ist. Weil es schmelzpunktsenkende Mittel enthält, wird das Bindemittelpulver selbst spröde. Obwohl diese Eigenschaft dazu beiträgt, daß das Bindemittel in Pulverform gewonnen werden kann, verhindert sie die Verwendung der Legierung des Pulvers als Bauelement selbst. Wenn jedoch ein derartiges sprödes Bindemittelpulver zur Verbindung der Hochleistungslegierungsteile verwendet wird, hat die erhaltene Verbindung, wie gefunden wurde, eine ausreichende Duktilität für den vorgesehenen Zweck.

Es wurden im Verlaufe ausgedehnter Untersuchungen viele Bindemittelpulver verschiedener Zusammensetzung hergestellt, geprüft und mit Hartlotlegierungen verglichen, die gegenwärtig zur Verbindung von Hochleistungslegierungsteilen auf Nickelbasis verwendet werden. In den folgenden Tabellen II, III, IV und V sind die Zusammensetzungen einiger Bindemittelpulver angegeben, die geprüft wurden, zusammen mit Werten des Schmelzpunktbereichs. Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäß verwendete Bindemittelpulver bezüglich seiner Zusammensetzung den Teilen aus den Hochleistungslegierungen angepaßt, die verbunden werden sollen. Somit beziehen sich die Tabellen auf die entsprechende Zusammensetzung der Grundlegierungen gemäß Ta-

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belle I und geben lediglich die nominalen Gewichtsprozentwerte des schmelzpunkt senkenden Elements "bzw. der Elemente
wieder.

Die Leglei-ungen der Bindemittelpulver wurden durch Schmelzen
der Elemente in einer inerten Atmosphäre (Argon) unter Verwendung üblicher Gas-Wolfram-Liehtbogenvorrichtungen hergestellt. Nach der Herstellung wurde jede Legierung mechanisch zu Pulver zerkleinert.

	Silicium als	Tabelle II	Mittel	1163,8	(2125)	1218,4⁺⁺	(2225)
	Grund legie rung			1148,9	(2100)	1184,8	(2165)
Binde mittel pulver	B	s chmelzpunkt senkendes		1093,3	(2000)	1136,1	(2075)
1	B		Si-Zusatz Schmelzbereich (Gew.%) Solidus Liquidus o_{c (}o_F) o_{G (}o_F)	II60	(2120)	1187,8	(2170)
2	B	2	1112,8	(2035)	1163,8	(2125)
3	C	4,3	1115,6	(2040)	1148,9	(2100)
4	C	8			1136,1	(2075)
5	C	4,5
6	C	5,5
7	6,5
	7,5

1160 (2120) 1187,8 (2170)

Aus Tabelle I

Liquidus nahe bei Obergrenze

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Tabelle III

Box» als schmslzpunktser.kendes Mittel

Binde- . xnittel- pulver	Grund- rung	B-Zuc .·:/-.: t -~ _Λ _ ,
9	C
10	C	1,7
11	C	3
12	C	4

Schrcelzbereich

'O-LlGUS

Ό (⁰F)

Li qu:
⁰C (^v

1153,6 (2125) ^-12:8,4* (<222p)

1163,8 (2125) 120^,i* (2200)

8 (<2125) 1190,6 (2175)

1 (<2O75) 1176,7 (2150)

1121,1 (2050) 1190,6 (2175)

Liquidus nahe bei Cber^renze

Obwohl Silicium oder Bor als schmelzpunktsenkende Elemente
bevorzugt sind, können bei den erfindungsgemäß verwendeten
Bindemittelpulvern auch andere derartige Elemente oder acven
Kombination^verwendet werden, wie die folgende Tabelle IV
zeigt.

Tabelle IV
Schmelzpunktsenkende Elemente und Kombinationen

Bindemittelpulver"

Grundlegierung __

C C C

C C B

Mittelzusatz (Gew. % )

Schmelzbereich

Solidus
°G (⁰P)

Liouldus ⁰C (⁰P)

₊₊Liqulduc KU hoch

........ w^._ Obergrenze

1,8 Si; 0,4B 1163,8 (2125) 1204,4 (2200)

Si; 2B 1107,2 (2025) 1148,9 (2100)

Si; 2 Kn >121δ,4 (>2225)>1232,2⁺ (>2250)

Si;10 Mn <1148,9 (<2l00) 1176,7 (2150)

Si; 5 Nb 1176,7 (2150) 1190,6 (2175)

Nb 1168,4 (2135) 1173,9 (2145)

<119O,6 (<2175) 1218,4⁺⁺ (2225)

4·

15

10

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BAD

■ - li -^;

Es sind eine Reihe von Elementen dafür bekannt, daß sie den Schmelzpunkt von Nickel oder Nickellegierungen senken. Wie sich aus der folgenden Tabelle V ergibt, sind merkliche Mengen von zwei solchen Elementen, nämlich Aluminium und/oder Titan,/bei bestimmten Legierungsbauteilen gemäß, der Erfindung nicht wirksam. Außerdem ist Nb allein in einer Menge bis zu etwa 5 Gew.% nicht ausreichend als schmelzpunktsenkendes Mittel für die relativ niedrig schmelzenden Hochleistungslegierungen wirksam.

Tabelle V
Unwirksame schmelzpunktsenkende Mittel

Binde- Gruna- Mittelzusatz Schmelzbereich ₊ mittel- legie- (Gew. SO Solidus Liquidus pulver rung ⁰C (⁰F) ⁰C (⁰F) ^:

21 C 4 Al, 4 Ti 1218,4 (2225) >1232,2 (>225O)

22 C 6 Al, 6 Ti 1218,4 (2225) >1232,2 (>225O)

23 C 8 Al, 8 Ti > 1218,4(>2225)'>1232,2 (>225O)

24 A 8 Ti 1204,4 (2200) >1232,2 (₇2250)

25 B 5 Nb >1218,4(>2225) >1232,2 (72250) Alle Liquidus-Temperaturen zu hoch

Eine der Eigenschaften des Binaemitteipulvers gemäß der Erfindung ist die, daß das Pulver eine Liquidustemperatur hat, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die zu verbindenden Legierungsbauteile zu schmelzen beginnen und durch die die Legierungsbauteile hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften nachteilig beeinflußt werden würden. Die Erfindung wird insbesondere im Zusammenhang mit Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis beschrieben, von denen einige typische in Tabelle I angeführt sind. Da solche Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis einer Wärmebehandlung unterhalb der Temperatur unterworfen werden, bei der sie zu schmelzen beginnen, und zwar unterhalb etwa 1232,2°C (2250⁰F), 1st eine derartige Temperaturgrenze wichtig zur Definition der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf HochleistungsIegierungen auf Nickelbasis.

Bindemittelpulver, wie diejenigen der Nummern 1, 9 und 20, die die schmelzpunktsenkenden Elemente Silicium, Bor und Niob einzeln enthalten, sind so definiert, daß ihre Liquidustem-

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BAD ORIGINAL

peraturen nahe an der Obergrenze aes erfinaungsgemäß verwendeten Bereichs liegen. Wenn daher Silicium als einziges schmelzpunktsenkendes Mittel ausgewählt wird, sollte die Menge wenigstens etwa 2 Gew.% betragen. Die entsprechenden Mengen liegen bei Bor über etwa 1 Gew.$ und bei Nb bei wenigstens etwa 10 Gevi.%. Wie sich jedoch aus Tabelle IV ergibt, können geringere Mengen solcher schmelzpunktsenkenden Elemente in Kombination verwendet werden. Das erfindungsgemäß verwendete Bindemitte lpulver wurde daher derart definiert, daß die Menge an schmelzpunktsenkenden Elementen insgesamt mehr als 1 Gew.% bis zu 15 Gew.% beträgt, sofern die Liquidustemperatur des Pulvers bei der Verwendung bei Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis weniger als etwa 1232,2⁰C beträgt.

Die gleiche Menge eines schmelzpunktsenkenden Elements bei einem an eine Art eines Legierungsbauteils angepaßten Pulvers, z. B. gemäß Tabelle I, kann wirksam sein und innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen, wie er durch die Liquidustemperatur begrenzt ist. Wenn das gleiche schmelzpunktsenkende Element in einem Pulver verwendet wird, das an eine anaere Hochleistungslegierung angepaßt ist, könnte dessen Liquiaustemperatur zu hoch und außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen. Das Bindemittelpulver gemäß der Erfindung muß daher nicht nur durch die Zusammensetzung, sondern auch durch aie tk Schmelzeigenschaften definiert werden.

Wie bereits erwähnt, sind erfindungsgemäß bevorzugte schmelzpunktsenkende Elemente Si und B allein oder in Kombination oder zusammen mit anderen Elementen. Besonders bevorzugt sind aie Bindemittelpulver Nr. k gemäß Tabelle II und Nr. 9 und 10 gemäß Tabelle III, wobei die bevorzugte Zusammensetzung des Bindemittelpulvers im folgenden Bereich liegt: 0,1 - 0,2 % C; 12 - 15 % Cr; 6 - 12 % Co; 3 - 5 % Mo; 2 - 4 % Al; H - 6 % Ti; 3 - 5 % W; 0,01 ■ 0,05 % Zr; 1,5 - 10 % Elemente aer Gruppe B, Si, Mn, Nb, Ta und deren Gemische, Rest Nickel una zufällige Verunreinigungen (in Gtew.2). Innerhalb dieses Bereichs beträgt die Menge Bor, wenn dieses ausgewählt ist, 1,5 - 2,5 Gew.? und

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- 13 - ■ ■ die Menge Silicium, wenn dieses ausgewählt ist, 4 — 6 Gew.SB.

In den folgenden Tabellen VI,. VII, VIII und IX sind Vergleichswerte für die Festigkeit von Stoßverbindungen, die erfindungsgemäß und durch Hartlöten unter Verwendung gegenwärtig verwendeter Hartlote hergestellt sind, angegeben. Die bekannten Legierungen sind durch die Nummer 8l mit der Zusammensetzung 19 QeMt.% Cr und 10 Gew.% Si, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen, und durch die Nummer 50 mit der Zusammensetzung 20,5 Gew.% Cr, 8,5 Gew.% Mo, 10 Gew.Ji.Si,. 20,5 Gew.% Pe, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen, bezeichnet.

Bei der Herstellung der Proben, deren Wert in den folgenden Tabellen wiedergegeben sind, wurde das Bindemittelpulver in einer Aufschlämmung mit Hilfe eines Hilfsstoffs, -wie einem Acrylsäureharz in Toluol, der ohne Rückstand beim Erhitzen zersetzt, hergestellt. Der Spalt zwischen den beiden verbundenen Bauteilen betrug etwa 0,025 mm (0,001 inch). Die Bauteile wurden praktisch ohne Druckanwendung festgehalten und ausgerichtet. Alle Probestücke einschließlich der mit den bekannten Hartlotlegierungen als Bindemittel verbundenen

Probestücke wurden erfindungsgemäß hergestellt. Hierbei wurde bei einer ersten Temperatur bei oder oberhalb der Liquidustemperatur des Bindemittelpulvers, aberunter der Temperatur, die die Eigenschaften der zu verbindenden Bauteile nachteilig beeinflussen würde, eine Verbindung vorgenommen. Anschließend wurde durch-§lne Wärmebehandlung bei einer zweiten Temperatur homogenisiert, die niedriger als die erste Temperatur lag. Schließlich wurde gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer dritten Temperatur gealtert, die allgemein niedriger als die zweite und immer niedriger als die erste Temperatur lag. Dieses erfindungsgemäße Vorgehen wird nachfolgend in Einzelheiten näher erläutert.

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- 14 Tabelle VI

Zerreißfestigkeit bei Verbindungen von Gußbauteilen aus Legierung A

Test: 815,5°C (15OO°F) bei 3840 Kg/cm

Bei	Bindemittel	Lebens
spiel	pulver	dauer (h)
1	81	20
2	50	13
3	4	131
4	10	539
Ul	10	138
6	9	179

R.A.

0,6 0,8 1,2 3,0

0,9 0,4

ßruchdehnung %

1,0 0,1 1,1 6,7 1,7 1,4

Fläc henverminderung

Die Probestücke, deren Werte in Tabelle IV wiedergegeben slna, stellten Stäbe von 9,5 mm Durchmesser und 50,8 mm Länge dar, die in der Mitte eine Querverbindung hatten. Das Verbinden wurde im Vakuum 30 Minuten bei 1218,4⁰C (2225°P) bei allen Proben vorgenommen, ausgenommen beim Pulver Nr. 9, aas 5 Minuten bei dieser Temperatur abgebunden wurde. Bei den Hartlotlegierungen 50 und 81 wurde das Homogenisieren und Altern bei folgenden Temperaturen und Zeiten vorgenommen: 1O65,6°C (1950⁰P)/15 h, 1O93,3°C (2OOO°P)/l6 h, 843,3⁰C (155O°P)/l6 h. Die mit den Pulvern 4, 9 und 10 im Bereich der Erfindung verbundenen Proben wurden bei folgenden Temperaturen und Zelten homogenisiert und gealtert: 1148,9°C (2100°F)/lb n, 843,3°C (155O°P)/lö h.

Der erhebliche Anstieg der Zerreißfestigkeit unter Belastung, der erfindungsgemäß erreicht wird, ergibt sich leicht aus den Werten der Tabelle VI. Diese Zerreißfestigkeitseigenschaften, die insbesondere durch die Verwendung des Bindemittelpulvers 10 erzielt werden, können die Festigkeit der verbundenen Bau-

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15 ■-.-"■ .'.=■■

elemente erreichen unet in manchen Fällen sogar mit diesen zusammenfallen. Dies ergibt sich noch klarer aus Fig. 1, in der Zerreißfestigkeitswerte bei Beanspruchung in der bekannten una weit verbreiteten Form der Larsen-Miller-Parameter sowie bei den Lebensdauerwerten- nach 50 Stunden bei verschiedenen Temperaturen aargestellt sind. Es ist bemerkenswert, wie nahe die Festigkeit von Verbindungen, die mit dem Bindemittelpulver una insbesondere mit dem Bindemittelpulver 10 verbunden sind, an aie Festigkeit des Gußstücks aus der Grunalegierung A herankommt . Typisch für die erheblich geringere Festigkeit von hartgelöteten Verbindungen, wie sie gegenwärtig hergestellt werden, verglichen mit der Festigkeit aer Grundlegierung, sind aie in Fig. 1 aargestellten Werte für ein Gußstück aus der Legierung A, die mit aer Legierung 81 hartgelötet ist.

Die Verbinaungsstellen bei Teilen aus der gegossenen Legierung C wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von Probeteilen der Größe 6,3 mm χ 12,6 mm χ 51 mm hergestellt, wobei eine Längsverbindung über einen Spalt von 0,025 mm geschaffen wurde. Das Verbinden wurde bei ll62,8°C (2225°F) 5 Minuten lang durchgeführt. Die Homogenisierung und das Altern wuraen bei ll48,9°C (2100°F) 16 Stunden lang bzw. bei 843,3°C (1550⁰F) Ii Stunden lang durchgeführt. Aus den Werten der folgenaen Tabelle VII ergeben sich Zerreißfestigkeitswerte unter Belastung, deren Verbesserung in der gleichen Größenordnung liegt wie aies aus Tabelle VI ersichtlich ist.

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- 16 Tabelle VII

Zerreißfestigkeit bei Verbindungen von Gußbauteilen aus Legierung C

	Bindemittel pulver	Test: 815,5°C (15 3840 kg/cm²	0O⁰F) bei
Bei spiel	4 9 10	Lebens dauer (h)	Bruch dehnung %
7 8 9	98 117 238	0 1,5 1,3

Es wurde eine weitere Reihe von Festigkeitsversuchen an Schmieaeteilverbindungen aus der Legierung B durchgeführt. Die verbundenen Probestücke hatten aie gleiche Größe una Form wie diejenigen, mit denen die Werte von Tabelle VI erhalten worden waren. Das Verbinaungsverfahren entsprach aem erfinaungsgemäßen Verfahren, wobei das Verbinden bei 1190,6⁰C (2175°F) 5 Minuten lang durchgeführt wurae. Die mit dem Bindemittelpulver 10 verbundene Probe wurde bei 1148,9°C (2100⁰F) 16 Stunden homogenisiert und bei 843,3⁰C (155O⁰F) 16 Stunden lang gealtert. Das unter Verwendung der Legierung 81 verbundene Probestück wurde bei 1O65,6°C (1950⁰F) 16 Stunden homogenislert und bei 843,3⁰C (155O⁰F) 16 Stunaen gealtert. Die Zerreißfestigkeit und Zugfestigkeitseigenschaften sind in der folgenden Tabelle VIII gegenübergestellt.

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-17-Tabelle VIII

Festigkeit von Verbindungen, .' Schmiedestücke aus Legierung B

Eigenschaften bei 815,5°C

Bei	Bindemittel	Zerreiß	Zugfestig
spiel	pulver	festigkeit	keit ₉
		bei 3160	(kg/cnr.)
		kg/cm²
		Lebensdauer
		(h)
IO	10	476	8460
11	81	+	2520

grenze dehnung (kg/cm²) %

75OO 9 0,5

Versagen bei Belastung

Die Tatsache, daß die Festigkeit von Verbindungen von Probestücken, die erfindungsgemäß hergestellt waren, an die Festigkeit der GrundIegierung heranreicht, ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Darstellung derjenigen von Fig. 1 entspricht. Es ist auch hier festzustellen, daß die Zerreißfestigkeit bei Belastung der erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen an diejenige der geschmiedeten Legierung B herankommt. Die überaus starKe Verbesserung gegenüber Verbindungen unter Verwendung der bekannten Legierung 81 geht deutlich aus Fig. 2 hervor.

Es wurden weitere Versuchsreihen durchgeführt, um die Möglichkeit zu zeigen, daß erfindungsgemäß zwei verschiedene Legierungen miteinander verbunden werden können. Typische Festigkeitswerte sind in der folgenden Tabelle IX für erfindungsgemäß miteinander verbundene Gußteile aus der Legierung A mit warmverformen Teilen aus der Legierung D angegeben. Größe und Form der Probestücke sowie die Bedingungen beim Homogenisieren und Altern waren die gleichen, wie sie bei den Probestücken angewendet wurden, mit denen die Werte der Tabelle VII erhalten worden waren. Das Verbinden wurde 5 Minuten bei

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ll62,8°C (2225°P) bei einem Spalt von 0,025 mm (0,001 inch) durchgeführt.

Tabelle IX

Festigkeit von Verbindungen zwischen Gußteilen aus Legierung A und warmverformten Teilen aus Legierung D

Ei ge nschaften bei 648,9°C(12OQ⁰P)

ZerreTßTestig-

iceit bei 6228

kg/cm² (90 ksl)

Bei- Bindemittel- Lebens- Bruch- Zugfestig- 0,2 % Bruchspiel pulver dauer dehnung keit Streck- dehnung

₂ grenze,

(h) {%) (kg/ein ) (kg/cm²) (%)

12 i|. 1152 1,2 8050 6730 3,0

(115 ksl) (96 ksi)

13 9 1226 2,8 8120 6730 5,0

(116 ksi) (96 ksi)

Die Eigenschaften b ei 648,9°C gemäß Tabelle IX zeigen erneut ciie ungewöhnliche Festigkeit una Duktilität der Verbindung, die erfindungsgemäß hergestellt wurde. Wie vorher erwähnt, ergaben sich die in den vorstehenden Tabellen wiedergegebenen Werte aus Proben, bei denen ein Versagen im Versuch eher an P der Verbindungsstelle als an dem Metall aer verbundenen Stücke auftrat. Die Werte geben daher die Festigkeit an der Verbindungsstelle wieder.

Typische weitere Beispiele für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Verbinden von Teilen aus unterschiedlichen Legierungen und unter verschiedenen Bedingungen sind in der folgenden Tabelle X wiedergegeben. Die bei verschiedenen Temperaturen und unter verschiedenen Belastungsbedingungen erhaltenen Werte zeigen wieder, daß die mechanischen Eigenschaften der Verbindungsstelle etwa 80 bis 100 % der Festigkeit des Grundmetalls oder der verbundenen Teile erreichen.

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Tabelle X

Festigkeit von Verbindungen

Bei- Legie- Spalt Test- Beansprü- Lebens- Flächen- .Bruchspiel rungs- temp, chung dauer vermin- dehnung

teile _o derung (mm) (⁰C) (kg/cnQ (h) {%) . (%}

14 C an C 0,025 815,5 .3870 238 1,4 1,3

15 C an C 0,051 815,5 3870 · 496 7,5 3,4

16 C an D 0,101 648,9- 6228 387 ·. 6,0 4,4

17 C an F 0,101 648,9 8400 349 5,0 2,8

Die Proben, an denen die Werte der Tabelle X gemessen wurden, wurden alle bei ll48,9°C (2100⁰F) 16 Stunden homogenisiert und bei 843,3°C (155O°F) 16 Stunden gealtert, außer bei Beispiel 17, wobei die Wärmebehandlung wie folgt vorgenommen wurde: 1093,3⁰C (2000⁰F)/16 h; 898,9°C (165O⁰F)/4 h; 1093,3⁰C (200O⁰F)Zl h; 732₅2°C (135O⁰F)/64 h. Die Teile aus der Legierung C waren Gußteile, während die Teile aus den Legierungen D und F warmverformt waren. Das Bindemittelpulver 10 wurde in allen Fällen bei einer Verbindungstemperatur von 1218,4°C (2225⁰F) 5 bis 15 Minuten angewendet.. Zusätzlich wurde die Oberfläche der Probestücke in einer Stärke von etwa 0,0076 mm (0,0003 inch) mit Nickel plattiert als Vorbereitung zum Verbinden über den angegebenen Spalt.

Wie bereits erwähnt, kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren die Hartlöttechnik mit der Diffusionsverbindungsteehnik im festen Zustand, Die Kombination der Verfahrensschritte unter bestimmten, kritischen Bedingungen macht die Anwendung von Druck überflüssig, ausgenommen der zur Ausrichtung und Gegenüberstellung der entsprechenden zu verbindenden Flächen ausreichenden Drücke. Beim üblichen Diffusionsverbinden im festen Zustand sind erhebliche Drücke, z. B. wenigstens etwa 7 kg/cm (100 psi), erforderlich. Bei der Durchführung des erfinaungsgemäßen Verbindungsverfahrens kann das Verbinden bei Drücken weit

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unterhalb dieser Drücke, im allgemeinen in der Nähe des Normaldrucks (0 psi), durchgeführt werden.

Bei der Durchführung des erfIndungsgemäßen Verfahrens werden die Flächen der Teile, die miteinander verbunden werden sollen, einander gegenübergestellt und fluchtend ausgerichtet, wobei ein Spalt frei bleibt, der das als Zwischenschicht verwendete Bindemittelpulver enthält. Das Bindemittelpulver kann in Form einer Aufschlämmung oder in anderer geeigneter Form vorliegen, damit es festgehalten oder an Ort und Stelle gehalten wird, bis das eigentliche Verbinden durchgeführt wird.

Wie bereits erwähnt und wie es.bei den Beispielen, aie aen Werten der Tabellen zugrunde liegen, der Fall war, 1st praktisch kein Druck zwischen aen zu verbindenden Teilen während der Durchführung aes erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich. Dieses Merkmal unterscheidet das erfindungsgemäße Verfahren von dem üblichen Diffusionsverbindungsverfahren im festen Zustand und ergibt eine Festigkeit der Verbindungsstellen, die ganz erheblich besser 1st als die Festigkeit von Verbindungen, die durch Anwendung von mehreren 100 atm unter den gleichen Bedingungen von Temperatur und Vakuum, aber ohne Gegenwart eines Bindemittelpulvers hergestellt worden sind.

P Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Stufe des Verbindens unter Hochvakuum durchgeführt wird, z. B. von nicht mehr als etwa 10 mm Hg. Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Bindemittelpulvers liegt die eigentliche Verbindungstemperatur, auch als erste Temperatur bezeichnet, im Bereich von 1065,6 bis 1232,2°C (1950 bis 2250⁰F). Die Verbindungstemperatur wird unter der Temperatur gehalten, die einen nachteiligen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften der zu verbindenden Bauteile hat, sowie unterhalb der Temperatur, bei der die Legierung der Bauteile zu schmelzen beginnt.

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- SCL-

Nach' dem Verbinden im Hochvakuum wird die Verbindungsstelle unter nichtoxydierenden Bedingungen, vorzugsweise unter vermindertem Druck, ausreichend lange homogenisiert, daß eine weitere Verbindung durch Diffusion zwischen den Bauteilen und dem Bindemittelpulver stattfindet. Die Homogenisierung wird bei einer Temperatur durchgeführt, die hier als zweite Temperatur bezeichnet wird und unterhalb der ersten Temperatur liegt, bei der das eigentliche Verbinden erfolgt. Gemäß den in den vorstehenden Tabellen wiedergegebenen Versuchen liegt diese Temperatur bei den untersuchten Pulvern und Legierungen' im Bereich von etwa 871,1 bis ll48,9°C (l600 bis 21QO⁰P).

Obwohl die erfindungsgemäß hergestellte Verbindungsstelle stark und duktil ist, kann sie weiter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgrund der Zusammensetzung verfestigt werden. Diese Verfestigung wird durch Altern bei einer dritten Temperatur durchgeführt, die unterhalb der ersten Temperatur liegt und gewöhnlich, ausgenommen einige besondere Legierungen,.auch unterhalb der zweiten Temperatur. Wie im Zusammenhang mit den aufgeführten Beispielen angegeben ist, liegt die dritte Temperatur oder Alterungstemperatur im Bereich von etwa 7OJl,4 bis 1O93,3°C (1300 bis 2000°P).

Die Erfindung kann unter Verwendung von Verbindungsspalten bis zu etwa 0,51 mm (0,02 inch) durchgeführt werden. Es ist jedoch bevorzugt,., daß der Spalt im Bereich von etwa 0,025 bis 0,127 mm (0,001 bis Ο-;605 inch) gehalten wird. Wie sich aus den obigen Werten ergibt, können die Festigkeiten von Verbindungen über solche Spalte nahe an diejenigen der Basismetalle der verbundenen Teile herankommen.

Mikrophotogräphische und chemische Analysen der erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen haben gezeigt, aaß eine beeinflußte Zone an jeder Seite des ursprünglichen Spalts von bis zu etwa 0,127 mm (0,005 inch),im allgemeinen nicht mehr als etwa 0,051 mm (0,02 inch) an jeder.Seite, vorliegt. Die ge-

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samte Verbindungsstelle bei einem erfindungsgemäß hergestellten Gegenstand würde einschließlich des ursprünglichen Spaltes bis zu etwa Oj76 mm (0,03 inch) und vorzugsweise nur bis zu etwa 0,25 mm (0,01 inch) betragen. Innerhalb dieser Verbindungsstelle existiert, wie gefunden wurde, eine Phase, uie sich von den Phasen der verbundenen Teile unterscheidet und an solchen Elementen angereichert ist, aie als Mittel zur Senkung der Schmelztemperatur zugesetzt worden sind. Beispielsweise zeigt sich die Gegenwart von Borgehalten durch die typische Phase der "chinesischen Schriftzeichen" an una die Gegenwart von Silicium ist durch blockartige Silicide gekennzeichnet, fe Die Konzentrationen sind im Zentralgebiet der Verbindungsstelle stärker und nehmen ab, wenn eine Diffusion aufgetreten ist.

Erfinaungsgemäß werden nicht nur Verbindungsstellen mit erheblich verbesserten Festigkeitseigenschaften gegenüber solchen, die in üblicher Weise durch Hartlöten oder gewöhnliches Diffusionsverbinden im festen Zustand erreichbar sind, erhalten,, sondern die Erfindung erlaubt auch die Verbindung von Teilen, die durch andere Verfahren nur sehr schwer ausreichend verbunden werden können. Es ist beispielsweise sehr schwierig, durch gewöhnliche Diffusionsverbindungsverfahren im festen Zustand oder durch Schweißverschmelzung zwei Teile aus der Le-P gierung C gemäß Tabelle I erfiSLgreich zu verbinden. Wie sich aus den Werten der Tabelle X ergibt, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Festigkeiten von Stoffverbindungen erhalten werden, die an die Festigkeit der Legierung der Teile selbst herankommen. Derart verbesserte Festigkeitseigenschaften resultieren wenigstens teilweise daraus, daß die Kerbbildung an der Kante der durch Diffusion im festen Zustand verbundenen Verbindungsstellen fortfällt. Dadurch, daß der Verbindungsspalt auf etwa 0,127 mm (0,005 inch) oder darunter gehalten wird, wird die Erzielung hoher Festitrkeitswerte unterstützt.

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Weitere Untersuchungen an überlappten Verbindungen, insbesondere bei verbundenen Teilen mit mehreren überlappenden Verbindungsstellen, zeigten- erheblich bessere Festigkeitseigenschaften, die erfindungsgemäß erreicht werden. Beispiele solcher überlappter Verbindungen, in diesem Fall doppelt überlappte Verbindungen, sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine Schaufel einer Turbine, wie sie gewöhnlich in einem Gasturbinenantrieb verwendet wird, mit einem Flügel IG und einer Basis lA. Flügel und Basis sind an der überlappenden Verbindungsstelle Ik verbunden, die hier als doppelt überlappte Verbindung bezeichnet wird. Ein solcher Verbundkörper, kann gegebenenfalls entweder zur Gewichtsverminderung oder zur Schaffung eines Flüssigkeitsdurchgangs einen hohlen Teil l6 zwischen dem Flügel 10 und der Basis 12 besitzen. Ein Flüssigkeit sdurchgang l6 kann mit ein oder mehreren Kanälen oder Kammern 18 für ein Kühlmittel für die Flügel in Verbindung stehen. Wenn dies für eine größere Festigkeit erwünscht ist,/kann je-, doch der Durchgang 16 fortgelassen werden und eine weitere Verbindungsstelle, in diesem Fall eine Stoßverbindung, zwischen dem Flügel 10 und der Basis 12 zusätzlich zu den überlappenden Verbindungsstellen 14 vorgesehen werden, Falls erwünscht kann der Flügel aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die an einer längslaufenden oder radial verlaufenden Verbindungsstelle verbunden sind, damit beispielsweise die Flügel an der einen Kante anaere Eigenschaften haben wie an der anderen Kante.

Eine Kombination zwischen einer doppelt überlappenden Verbin-. dungssteile und einer Stoßverbindung ist in Fig. k dargestellt, wobei schematisch ein mit einer Schaufel versehener Rotor der Art dargestellt ist, wie er gewöhnlich in einem Gasturbinenantrieb verwendet wird. Die bei 20 dargestellte Schaufel besteht" aus dem Flügelblatt 22 und einem Fuß 24. Der Fuß 2k ist mit dem Rad 26 am Radkranz 27 durch eine doppelt überlappende Verbindungsstelle und eine Stoßverbindung verbunden.

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fn

Die Gegenstände gemäß den Pig. 3 und 4 stellen allgemein Flügel, Flügelräder und Räder als Beispiele von zwei miteinander verbundenen Bauteilen dar, jedoch können Gegenstände auch einzeln oder in Kombination durch Verbinden verschiedener Teilkombinationen hergestellt werden. Beispielsweise kann der Flügel an den Fuß gebunden werden und der Fuß kannfentweder an den Radkranz oder an eine Basis gebunden werden. Es kann erwünscht sein, daß der Flügel aus einem gegossenen Material besteht, während der Fuß aus einer Art von warmverformten Material und das Rad oder die Basis aus einem anderen warmverformten Material bestehen. Es kann außerdem erwünscht sein, zwei Flügelfe blätter längs einer radialen Basisverbindung zu verbinden, damit eine gemeinsame Basis geschaffen wird. Weiterhin kann es erwünscht sein, ein hohles Rad durch Verbinden von zwei Radhälften herzustellen.

Wie erwähnt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Kerbe an der Kante von durch übliche Druckdiffusionsverfahren im feisten Zustand hergestellten Verbindungsstellen vermieden. Diese ;>t>' =.- kann schlechtere Ermüdungseigenschaften bei geringem Belastungswechsel bei überlappenden Scherverbindungen ergeben, z. B. bei einer doppelten Verbindung gemäß den Fig. 3 und 4. Es wurde eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, wobei doppelt überlappte Verbindungen, die erfindungsgemäß P hergestellt waren, mit Üblichen DruckdiffuBionsverbinaungen im festen Zustand verglichen wurden und die Verbindung der beiden Teile einer Anordnung gemäß Fig. 3 geprüft wurde. Der Teil, der dem Flügel 10 entsprach, bestand aus der Gußlegierung A und der Teil, der der Basis 12 entsprach, bestand aus der warmverformten Legierung B. Das bei der erfinaungsgemäßen Verfahrensweise verwendete Bindemittelpulver war das Pulver Nr. 10 gemäß Tabelle III, das bei einer Temperatur von 121O⁰C (2210°F) 15 Minuten abgebunden wurde. Die Homogenisierungsstufe und die Alterungsstufe wurden erfindungsgemäß bei 1O93,3°C (2OOO°F)/l6 h; 1050,7°C (1925°F)M h und 3°C (1550⁰F)/16 h durchgeführt. Wie sich aus den Werten

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in Pig. 5 ergibt, waren die Ermüdungsfestigkeitswerte bei geringem Belastungswechsel bei 648,9⁰C (120O⁰P) bei den erfindungsgemäß hergestellten Verbindungsstellen denjenigen überlegen, die durch das übliche Druckdiffusionsverbindungsverfahren im festen Zustand bei gleicher Behandlung hergestellt waren, wobei lediglich das erfindungsgemäß verwendete Bindemittelpulver fortgelassen wurde, aber eine nicht geschmolzene Zwischenschicht angewendet wurde und ein Druck von etwa l4l kg/cm (2000 psi) etwa 2 Stunden aufgebracht wurde.

Das Bindemittelpulver gemäß der Erfindung ermöglicht somit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Herstellung -eines Gegenstandes mit einer verbesserten Verbindungsstelle, die erheblich fester ist als eine Verbindungsstelle, die durch bekannte Verfahren erhalten wird.

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Claims

P 20 16 157.9 1442-13D-5O79 Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden mehrerer Hochleistungslegierungsteile auf der Grundlage von Eisen-, Kobalt- oder Nickellegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) ein Verbindungsmaterial, das an die Zusammensetzung der Hochleistungslegierungsteile angepasst ist, eine Liquidustemperatur hat, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Legierungsteile zu schmelzen beginnen, und die Elemente Bor, Silicium, Mangan, Niob oder Tantal oder Ge-

W mische dieser Elemente in Mengen über 1 Gew.-% bis zu

15 Gew.-^, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, enthält, zwischen zu verbindende angrenzende und fluchtende Flächen der HochleJstungslegierungsteile, deren Verbindungsspalt höchstens 0,51 mm (0,02 inch) breit ist, einbringt,

b) um den Verbindungsteil Hochvakuum anlegt,

c) den Verbindungsteil ein erstes Mal bei einem solchen Vakuum auf eine Temperatur von 1065,6 bis 1232,2°C (1950 bis

2250 F) so lange erhitzt, dass das Verbindungsmaterial wenigstens teilweise schmilzt, wobei jedoch die Temperatur unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Hochleistungsfc legierungsteile zu schmelzen beginnen, und

d) den Verbindungsteil durch ein zweites Erhitzen unter nichtoxydierenden Bedingungen bei einer Temperatur unterhalb der beim ersten Erhitzen angewendeten Temperatur unter Diffusionswechselwirkung zwischen den Hochleistungslegierungsteilen und dem Verbindungsmaterial homogenisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet , dass man nach dem Homogenisieren die Verbindungsstelle einem dritten Erhitzen bei einer Temperatur unterwirft, die unterhalb der Temperatur beim ersten Erhitzen liegt, und so lange erhitzt, bis die Verbindungsstelle gealtert ist.

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201613?

3. "Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η z-eichnet , dass man das dritte Erhitzen nach dem Homogenisieren bei einer Temperatur von- 704,4 bis 1O93_S3°C (1300 bis 2000⁰F) durchführt.

4. Verfahren naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man zum Verbinden von Hochleistungs-^ legierungen auf Nickelbasis ein Hochvakuum von nicht mehr als etwa 10 mmHG anwendet, eine Spaltbreite der Verbindungsstelle von 0,025 bis 0,128 mm einhält und als Verbindungsmaterial ein Bindemittel einbringt, das aus einem durch· Altfern härtbaren Pulvergemisch einer Liquidustemperatur unterhalb 1232,2°G (2250⁰F) der folgenden Zusammensetzung, auf das Gewicht bezogen, besteht: 0,Q2 - 0,3 % C, 8 - 25 % Cr, 5 - 20 #■Co, 2 - 12 % Mo, 0,3 - 7 % Al, 0,5 - 6 % Ti, bis 5 % W, bis 2 % V, bis 0,2 % Zr, bis 25 % Fe, über 1 % bis " 15 % B, Si, Mn, Nb, Ta oder deren Gemische, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen, und dass man das zweite Erhitzen innerhalb eines Temperaturbereiches von 871,1 bis 1148,9 C (1600 bis 2100⁰F) durchführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass als Verbindungsmaterial ein Bindemittelpulver mit der folgenden, auf das Gewicht bezogenen Zusammensetzung: 0,1 - 0,2 # C, 12 - 15 % Cr, 6 12 % Co, 3 - 5 % Mo, 2 - 4 % Al, 4 - 6% Ti, 3 - 5 % W, 0,01 - 0,05 % Zr, 1,5 - 10 % B, Si, Mn, Nb, Ta oder deren Gemische insgesamt, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen, eingebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet , dass als Verbindungsmaterial ein Bindemittel, dessen Gehalt an Mangan, Niob oder Tantal, falls diese nicht mit Bor kombiniert vorliegen," wenigstens 2, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.-%_t der Borgehält, wenn Bor nicht mit

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Silicium, Mangan, Niob oder Tantal kombiniert vorliegt, mehr als 1, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-% beträgt und der Ni obgehalt, wenn Niob nicht mit Bor, Silicium, Mangan oder Tantal kombiniert vorliegt, wenigstens 10 Gew.-% beträgt, eingebracht wird.

7. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6 zur Herstellung von Gegenständen mit einer durch Altern härtbaren Verbindungsstelle zwischen mehreren Hochleistungslegierungsteilen auf der Basis von Eisen, Kobalt oder Nickel und bei denen sich die Verbindungsstelle bis zu etwa 0,8 mm zwischen fc die Legierungsteile erstreckt, eine chemische Zusammensetzung besitzt, die an diejenige der Legierungsteile angepasst ist und eine Phase an der Verbindungsstelle besitzt, die sich von den Phasen der Legierungsteile unterscheidet und an Bor, Silicium, Mangan, Niob oder Tantal reicher ist als die Phasen der Legierungsteile.

8- Verwendung^es Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 zur Herstellu ·on Tui'binenantriebsteilen aus Hochleistungslegierungen auf rlickelbasis, wobei die Verbindungsspalte zwischen den zu verbindenden Teilen bis zu 0,25 mm beträgt.

9» Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 5 zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen.

10. Verwendung nach Anspruch 6 zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen, dadurch gekennzeich-

- net , dass das als Verbindungsmaterial benutzte Bindemittel eine borreiche Zusammensetzung aufweist, um in der Verbindungsstelle eine borreiche Phase ("chinesische Schriftzeichenphase") zu ergeben.

11. Verwendung nach Anspruch 8 zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen, dadurch gekennzeichnet,

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dass das als Verbindungsmaterial benutzte Bindemittel eine siliciumreiche Zusammensetzung aufweist, um in der Verbindungsstelle eine blockartige siliciumreiche Phase zu ergeben.

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