DE2019500B2 - Verwendung einer hitzebeständigen Eisen-Chrom-Nickel-Kobalt-Legierung - Google Patents
Verwendung einer hitzebeständigen Eisen-Chrom-Nickel-Kobalt-LegierungInfo
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Description
Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung einer der-40
artigen Legierung insbesondere tür Teile der Vorver-
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Eisen- brennungskammern in Dieselmotoren eine Erhöhung
Ciirom-Nickel-Kobalt-Legiernng ,■>'- Hitzebeständiger der Lebensdauer auf das Zehnfache oder doch das
Werkstoff hoher Lebensdauer für thermischen Wechsel- Sechsfache ergibt, weil sie eine erhebliche verbesserte
belastungen und schwefelhaltigem Brennstoff ausge- thermische Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigsetzte
Teile von Dieselmotoren. 45 keil bei hoher Temperatur haben.
Dieselmotoren nehmen, wenn sie längere Zeit stehen, Durch die \nwesenheit von Kohlenstoff wird das
Umgebungstemperatur an. Läßt man andererseits Auftreten von Brüchen bei hoher Temperatur verDieselmotoren
längere Zeit ununterbrochen laufen, so hindert sowie die Korrosionsbeständigkeit bei hoher
erreichen ihre Teile hohe Temperaturen. Das gilt ins- Temperatur verbessert, solange der Kohlenstoffgehalt
besondere für die unmittelbar der; Verbrennungsraum 50 nicht zu klein (weniger als 0,05%) oder zu groß (über
begrenzenden Teile und hier besonders für die Vorver- 1,0%) ist. Der Siliziumgehalt der Legierung erhöht,
brennungskammern des Dieselmotors. Überdies sind solange er nicht zu gering ist, die Korrosionsbeständigdie
Vorverbrennungskammern mit vergastem Brenn- keit bei hoher Temperatur. Andererseits kann ein zu
stoff gefüllt, der große Mengen Schwefel enthält. hoher Siliziumgehalt Brüche der erhitzten Teile auf
Es ist bekannt, Vorverbrennungskammern von 55 Grund einer Sigma-Versprödung und damit eine
Dieselmotoren aus Eisen-Chrom-Nickel-Legierungen, Abnahme der thermischen Dauerfestigkeit zur Folge
wie 28Cr-IONi, 14Cr-14Ni-2W und 18Cr-8Ni herzu- haben. Der Mangangehalt wirkt dem Auftreten von
stellen. Diese Legierungen weisen keine gute thermische Brüchen entgegen. Beträgt der Mangangehalt jedoch
Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hoher mehr als 3 "o. so kann es wiederum zu einer Sigma-Ver-Tempcratur
auf. Es treten vielmehr Brüche der aus 60 sprödung der Legierung kommen. Nickel ist unenteiner
solchen Legierung hergestellten Teile bei den behrlich für die Verbesserung der thermischen Dauerthermischen
Wechselbelastungen eines Dieselmotors festigkeit. Ein zu hoher Nickelgehalt macht jedoch auf
auf. Überdies wurde die Oberfläche aus solchen Le- Grund des hohen Nickelpreises die Legierung unwirtgierungen
gefertigter Teile in Gegenwart des schwefel- schaftlich und vermindert die Korrosionsbeständigkeit
haltigen. Brennstoffs bei hoher Temperatur stark 65 bei hoher Temperatur in schwefelhaltiger Atmosphäre,
korrodiert. Chrom ist als Legierungsbestar "teil sehr wirksam zur
Bekannt ist auch eine Eisen-Chrom-Nickel-Kobalt- Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, solange es
Legierung (österreici.'.rxhe Patentschrift 174 625), die in ausreichender Menge (über 25%) zugesetzt wird.
Ein zu hoher Chromgehalt (über 35 %) führt jedoch zu
einer unerwünschten Begünstigung der Sigma-Versprödung. Molybdän verringert in zu großen Mengen
zugesetzt die Korrosionsbeständigkeit der Legierung bei hoher Temperatur, in zu kleinen Mengen die
Dauerfestigkeit gegenüber Brüchen beim Erhitzen. Ein zu kleiner Wolframgehalt führt zum Auftreten von
Brüchen bei hoher Temperatur, ein zu hob er Wolframgehalt
zu einer Verringerung der Bearbeitbarkeit und Zähigkeit der Legierung. Ein zu kleiner Niobgehalt
führt zum Auftreten von Brüchen beim Erhitzen, ein zu großer Niobgehalt zu einer stark korrodierbaren
Legierung. Eiu zu hoher Stickstoffgehalt beeinträchtigt sowohl die korrosionsverhindernden Eigenschaften
der Legierung als auch die Festigkeit gegenüber Bruchgefahr. Ein zu hoher Borgehalt (über 0,15%) führt zu
einer starken Härtung der Legierung, was die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt. Der Zusatz an Kobalt erhöht
die Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur und vermindert das Auftreten von Brüchen beim
Erhitzen.
Allgemein wird die Bildung einer festen stabilen Lösung begünstigt und deren Beständigkeit bei hoher
Temperatur erhöht, indem man Molybdän und Wolfram der Eisen-Chrom-Nickel-Legierung zugibt. Das
Kornwachstum und die Vergröberung des Karbids und der Nitridverbindungen in der Legierung kann
man durch Zusetzen von Niob verhindern. Die Stabilisierung des Austenits und die Verbesserung der Dauerfestigkeit
der Legierung bei hoher Temperatur läßt sich durch das Zusetzen von Stickstoff verbessern. Die
Festigkeit der Legierung bei hoher Temperatur und die Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur
lassen sich durch Zugeben von Bor verbessern. Schließlich wird die thermische Dauerfestigkeit und die
Korrosionsbeständigkeit der Legierung in einer schwefelhaltigen Atmosphäre durch Zugeben von Kobalt
verbessert. Die erwünschten Ergebnisse werden bei der oben angegebenen Zusammensetzung erzielt.
Für diese Motoren und insbesondere Vorverbrennungskammern
in diesen Motoren haben sich besonders die folgenden Zusammensetzungen der Legierung
bewährt:
0,28*% Kohlenstoff, 0,52% Silizium, 1.55% Mangan, 9,88% Nickel, 28,97% Chrom, 0,9% Molybdän,
0,92",, Wolfram, 0,39",, Niob, 0,152% Stickstoff, 0,11% Bor und 24,76",, Kobalt, Rest Eisen und Verunreinigungen
bzw. 0.31% Kohlenstoff, 0,98% Silizium. 0,98% Mangan, 10,42% Nickel. 27,35% Chrom,
0,98% Molybdän, 1,0% Wolfram, 0,42% Niob, 0,133% Stickstoff, 0,07% Bor und 10,01% Kobalt,
Rest Eisen und Verunreinigungen.
Die Frfindung wird nun an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt
F i g. i eiik. graphische Darstellung der erzielbaren
Anzahl thermischer Kreisläufe bei thermischen Wechselbelastungen bis zum Versagen in Abhängigkeit
von der zugegebenen Kobaltmenge, in Prozent,
F i g. 2 eine graphische Herstellung der Korrosionsgeschwindigkeit in mg/cm2 der bei hoher Temperatur
einer schwefelhaltigen Atmosphäre ausgesetzten Legierung in Abhängigkeit von der zugegebenen Kobaltmenge
in Prozent,
F i g. 3 eine F i g. 2 ähnliche graphische Darstellung bezüglich der Bedeutung der zugegebenen Siliziummenge
in Prozent,
F i g. 4 ein;, graphische Darstellung eines Vergleichs
zwischen einer erfindungsgemäßen Legierung und einer bekannten Eisen-Chrom-Nickel-Legierung bezüglich
der Härte bei hoher Temperatur,
F i g. 5 einen F i g. 4 entsprechenden Vergleich bezüglich der erreichbaren Anzahl thermischer Kreislaufe
bis zum Versagen und
F i g. 6 einen F i g. 4 entsprechenden Vergleich der Beziehung zwischen der Korrosionszeit in einem
Korrosionstest bei hoher Temperatur unter schwefelhaltiger Atmosphäre und der Korrosionsgeschwindigkeit
in mg/cm2.
F i g. 1 zeigt in Kurve (I) den Fall, daß zu einer üblichen 20 Cr-10 Ni-Legierung wechselnde Menger
Kobalt zugesetzt werden.
Die Kurve (II) bezieht sich auf eine Legierung, bei der einer üblichen 20 Cr-10 Ni-Legierung außer
wechselnden Mengen Kobalt auch Molybdän, Wolfram, Niob, Stickstoff und Bor zugesetzt ist. Dargestellt
ist die Anzahl thermischer Kreisläufe, der die Legierung jeweils standzuhalten in der Lage ist. Die thermischen
Kreisläufe bestehen dabei aus einer thermischen Wechselbelastung mit wiederholter Temperatursenkung
von 800 auf 400° C und anschließender Temperaturerhöhung von 400 auf 8000C. F i g. 1 kann
entnommen werden, daß die thermische Dauerfestigkeit der Legierung mit zunehmendem Kobaltgehalt
wächst. Insbesondere ergibt sich aber, daß die Wirkung des Kobalts dann besonders stark ist, wenn überdies
Zuschläge von Molybdän, Wolfram, Niob, Stickstoff und Bor in der Legierung vorhanden sind.
F i g. 2 wurde ermittelt, indem eine Legierung bei 9003C einer fünfstündigen Einwirkung einer schwefelhaltigen
Atmosphäre ausgesetzt wurde. Die Korrodierbarkeit nimmt mit dem Anwachsen der zugegebenen
Kobaltmenge ab.
F i g. 3 zeigt gleiches bezüglich der zugegebenen Siliziummenge zu einer 28Cr-25Co-10Ni-Legierung
bei fünfstündiger Einwirkung von schwefelhaltiger Atmosphäre bei 9000C.
F 1 g. 4 bis 6 dienen dem Vergleich der Eigenschaften einer bekannten 28 Cr-10-Ni-Legierung A mit den
be;den erfindungsgemäßen Legierungen B, C. wobei die chemische Zusammensetzung der Legierungen der
folgenden Tabelle zu entnehmen ist.
| Element | A (%> |
B
1%) |
Γ/ο) |
| C | 0,3 | 0,18 | 0,31 |
| Si | 0,67 | 0,52 | 0.98 |
| Mn | 1,24 10,63 |
1,55 9,88 |
0,98 10,42 |
| Ni . | 27,48 | 28,97 | 27.35 |
| Cr | 0,12 | 0,90 | 0,98 |
| Mo | 0,92 0,39 |
1,00 0,42 |
|
| W . . | 0,152 | 0,193 | |
| Nb . . | 0,11 | 0,07 | |
| N | Rest | 24,76 Rest |
10,01 Rest |
| B | |||
| Co | |||
| Fe und Verun- reinieungen |
F i g. 4 zeigt die Meßergebnisse bezüglich Hochtemperaturhärte
der Legierungen A, B und C zwischen 25 und 900°C. Die Legierungen A, B und C weisen
keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich der Härteminderung zwischen 25 und 600' C auf. Sobald
jedoch die Temperatur über 6000C ansteigt und ins-
besondere im Bereich von 800 bis 9000C weisen die
Legierungen B und C eine erheblich kleinere Härteverminderung auf als die Legierung A.
F i g. 5 gibt die Anzahl der thermischen Kreisläufe bis zum Versagen auf Grund wiederholter Temperatursenkung
von 800 auf 4000C und direkter Temperaturerhöhung von 400 auf 8000C an. Die Legierungen
wurden dieser ihermischen Wechselbelastung in einer Coffin-Prüfmaschine zur Untersuchung der thermischen
Dauerfestigkeit unterworfen. Der Figur kann entnommen werden, daß die Legierung B im VergleicL
zur Legierung A eine auf etwa das Zehnfache angewachsene Lebensdauer hat. Auch die Legierung C
weist im Vergleich zur Legierung A noch eine um das etwa Sechsfache höhere Lebensdauer auf.
. F i g. 6 kann entnommen werden, daß die Korrosionsgeschwindigkeit der Legierung B im Vergleich zur Legierung A 0,86 und die Korrosionsgeschwindigkeit der Legierung C im Vergleich zur Legierung A 0,69 beträgt. Bezüglich der Korrosionsbeständigkeit in schwefelhaltiger Atmosphäre bei hoher Temperatur sind also die Legierungen B und C der Legierung A überlegen. Ihre mechanischen Eigenschaften sind daHi denjenigen der Legierung A nahezu gleich: Die Härte ist dieselbe, die Zugfestigkeit bei der Legierung B etwas höher, die Dehnbarkeit beträgt bei Legierung B Jas Doppelte derjenigen von Legierung A, bei Legierung C das Dreifache.
. F i g. 6 kann entnommen werden, daß die Korrosionsgeschwindigkeit der Legierung B im Vergleich zur Legierung A 0,86 und die Korrosionsgeschwindigkeit der Legierung C im Vergleich zur Legierung A 0,69 beträgt. Bezüglich der Korrosionsbeständigkeit in schwefelhaltiger Atmosphäre bei hoher Temperatur sind also die Legierungen B und C der Legierung A überlegen. Ihre mechanischen Eigenschaften sind daHi denjenigen der Legierung A nahezu gleich: Die Härte ist dieselbe, die Zugfestigkeit bei der Legierung B etwas höher, die Dehnbarkeit beträgt bei Legierung B Jas Doppelte derjenigen von Legierung A, bei Legierung C das Dreifache.
Die Legierungen B und C sind also bei Temperaturen über 8000C bezüglich der Korrosionsbeständigkeit in
schwefelhaltiger Atmosphäre überlegen und weisen eine hohe Lebensdauer auf unter thermischen Wechselbelastungen.
Sie sind deshalb für die angegebene Verwendung in Dieselmotoren gut geeignet.
K::rzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verwendung einer Eisen-Chrom-Nickel-Ko- 5 0,7% Bor und 10 bis 40% Kobalt enthält, wobei der
balt-Legierung, bestehend aus 0,025 bis 1,0 Ge- Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht. Die
wichtsprozent Kohlenstoff, 0,1 bis 3,0 Gewichts- bekannte Legierung weist eine große Dauerstandprozent
Silizium, 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent festigkeit auch bei hohen Temperaturen auf und hat
Mangan, 1,0 bis 19 Gewichtsprozent Nickel, eine gute Korrosions-Widerstandsfähigkeit gegenüber
22 bis 35 Gewichtsprozent Chrom, 0,1 bis 3,0 Ge- io Korrosionsangriffen durch sowohl oxidierende als
wichtsprozent Molybdän, 0,1 bis 6,0 Gewichtspro- auch reduzierende Medien. Die bekannte Legierung
zent Wolfram, 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent Niob, wird für den Turbinen- und Dampfkesselbau und für
0,03 bis 0,3 Gewichtsprozent Stickstoff, weniger als Apparate zum Craken und Hydrieren von Erdöl ver-0,15
Gewichtsprozent Bor und 3,0 bis 30 Gewichts- wendet. Dabei handelt es sich um Geräte, die im Dauerprozent
Kobalt, Rest Eisen und Verunreinigungen, 15 betrieb arbeiten und anders als Dieselmotoren therals
hitzebeständiger Werkstoff hoher Lebensdauer mischen Wechselbelastungen nicht ausgesetzt sind,
für thermischen Wechselbelastungen und schwefel- Überdies sind Korrosionsangriffe durch vergasten
haltigem Brennstoff ausgesetzte Teile von Diesel- schwefelhaltigen Brennstoff bei hohen Temperaturen
motoren. bei derartigen Anlagen nicht gegeben.
2. Verwendung einer Eisen-Chrom-Nickei-Ko- 20 Aufgabe der Erfindung ist es, eine für die Verwenbalt-Legierung
nach Anspruch 1, bestehend aus dung in Dieselmotoren geeignete und unter den dort
0,28% Kohlenstoff, 0,52% Silizium, 1,55% Man- herrschenden Bedingungen eine hohe Lebensdauer
gan, 9,88 % Nickel, 28,97 % Chrom, 0,9 % Molyb- erzielende Legierung vorzuschlagen.
dän, 0,92% Wolfram, 0,34% Niob, 0,152% Stick- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
stoff, 0,11% Bor und 24,76% Kobalt, Rest Eisen 25 Verwendung einer Eisen-Chrom-Nickel-Kobalt-Le-
und Verunreinigungen. gierung, bestehend aus 0,05 bis 1,0 Gewichtsprozent
3. Verwendung einer Eisen-Chrom-Nickel-Ko- Kohlenstoff, 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent Silizium,
balt-Legierung nach Anspruch 1. bestehend aus 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent Mangan, 1,0 bis 19 Ge-0,31%
Kohlenstoff, 0,98% Silizium, 0,98% Man- wichtsprozent Nickel, 22 bis 35 Gewichtsprozent
gan, 10,42% Nickel, 27,35% Chrom, 0,98% Mo- 30 Chrom, 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent Molybdän, 0,1 bis
lybdän, 1.0% Wolfram, 0,42% Niob, 0,193% Stick- 6,0 Gewichtsprozent Wolfram, 0,1 bis 3,0 Gewichtsstoff, 0,07% Bor und 10,01% Kobalt, Rest Eisen prozent Niob, 0,03 bis 0,3 Gewichtsprozent Stickstoff,
und Verunreinigungen. weniger als 0,15 Gewichtsprozent Bor und 3,0 bis
30 Gewichtsprozent Kobalt, Rest Eisen und Verunrei-35 nigungen als hitzebeständiger Werkstoff hoher Lebensdauer
für thermischen Wechselbelastungen und schwe-
felhaltigem Brennstoff ausgesetzte Teile von Dieselmotoren.
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-
1970
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Also Published As
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