DE2025833C3

DE2025833C3 - Verwendung eines Bindemittelpulvers

Info

Publication number: DE2025833C3
Application number: DE2025833A
Authority: DE
Inventors: James Francis Cincinnati Ohio Barker; Reed Ervin Yount
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-04-04
Publication date: 1981-04-16
Also published as: JPS496470B1; DE2016137A1; CH528327A; GB1302160A; DE2025833B2; FR2056157A5; US3632319A; DE2025833A1; GB1299983A; SE375714B; BE748730A; DE2016137C2

Description

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Bindemittelpulvers aus 0,02-0,3% 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 als Lot zur Herstellung von Gegenständen im Hochvakuum mit einer durch Altern härtbaren Verbindungsstelle zwischen mehreren Hochleistungslegierungsteilen auf der Basis von Eisen, Kobalt oder Nickel, deren Verbindungsspalt kleiner oder gleich 0,51 mm ist, wobei die Verbindungsstelle sich bis zu etwa 0,8 mm zwischen die Legierungsteile erstreckt, eine chemische Zusammensetzung hat, die an diejenige der Legierungsteile angepaßt ist und eine Phase an der Verbindungsstelle aufweist, die sich von den Phasen der Legierungsteile unterscheidet und an Bor, Silizium, Mangan, Niob oder Tantal reicher ist als die Phasen der Legierungsteile. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den

Unteransprüchen.

In der Zeitschrift »Schweißen und Schneiden« 20, 599—601 (1968), sind Bindemittelpulver aus 0,06% C; 13,5 bzw. 6,5% Cr; 4,5 bzw. 2,5% Fe; 3,5 bzw. 3,0% B, 4,5% Si, Rest Nickel, beschrieben, die beim Hochtemperaturlöten von Werkstücken nicht näher bezeichneter Zusammensetzung im Vakuum eingesetzt werden sollen.

In der GB-PS 10 49 724 sind Nickellegierungen beschrieben, die die folgende allgemeine Zusammensetzung haben:

Bor Chrom Molybdän Aluminium Titan Wolfram Niob Tantal Vanadium Kobalt Eisen Kupfer Uran Kohlenstoff
Nickel u. Verunreinigungen

2-5%

5-25%

2-18%

2,5-8%

1-6%

0-10%

0-6%

0-10%

0-8%

0-20%

0,5-20%

0-8%

0-3%

Rest

es müssen
3—20% von
diesen Elementen vorhanden
sein

Diese Legierungen können gegossen oder plastisch verformt werden. Ein beschriebenes Anwendungsgebiet ist das für Schneidwerkzeuge, ein anderes zum Flammspritzen zur Herstellung abriebsbeständiger Oberflächen.

Durch die erfindungsgamäße Verwendung lassen sich die Vorzüge der Technologie des üblichen Hartlötens und des Verbindens nach dem Druckdiffusionsverfahren im festen Zustand kombinieren, wobei der hohe Druck und die engen Toleranzerfordernisse des ,letztgenannten Verfahrens vermieden werden. Es wird nur ein geringer Druck zum Einrichten der Verbindungsstelle von beispielsweise etwas über 0,0686 bar benötigt, damit eine starke Verbindung in einem Hochvakuum von etwa 10-^bar oder darunter während der Einleitung des Verbindens bewirkt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine graphische Vergleichsdarstellung der Zerreißfestigkeit durch Beanspruchung bei in üblicher Weise hartgelöteten Verbindungen gegenüber dieser Festigkeit bei einer unter erfindungsgemäßer Verwendung hergestellten Verbindung, wobei in beiden Fällen Gußteile verwendet wurden,

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

F i g. 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 verbunden ist, und

F i g. 5 eine graphische Vergleichsdarstellung von unter erfindungsgemäßer Verwendung und von mit dem üblichen Druckdiffusionsverfahren im festen Zustand hergestellten doppelt überlappenden Verbindungen.

In der folgenden Tabelle I sind die Zusammensetzungen typischer Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel angegeben, die unter erfindungsgemäßer Verwendung verbunden werden können. Alle diese Legierungen werden gegenwärtig für Strahltriebwerke hergestellt oder entwickelt

Tabelle I

Gewichts-%, Rest Ni und übliche Verunreinigungen einschließlich bis zu 0,5 Gewichts-% Si und Mn

Element

Legierung
A

*) Gesamt Nb/Ta.

0,18
9,5
15
3

5,5
4,2
0,015

0,07 15

15 4,2

4,3 3,4 0,015

0,17 14 9,5 4

3 5 0,015

0,09 19 11 10

1,7 3,2 0,06
14
15

3,8
2,5
0,015

0,15
14
8

3,5
3,5

3,5
2,5
0,01

3,5
0,05

0,05
19

0,5
1

18

0,06

12
12

5 3 0,2

0,8

Die Legierungen gemäß Tabelle I sind typisch für solche, deren Zusammensetzung im allgemeinen Bereich von etwa 0,02—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 6%Nb und/oder Ta; bis 0,2% Zr; bis 0,4% B; bis 25% Fe; Rest Nickel und übliche Verunreinigungen (in Gewichts-%) liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird ein Bindemittelpulver zwischen einander gegenüberliegende, ausgerichtete Flächen, die miteinander verbunden werden sollen, unter einem minimalen oder gar keinem Druck aufgebracht. 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 Zerreißfestigkeit bei Belastung mehrfach größer ist als übliche hartgelötete Verbindungen, wobei jedoch der Schmelzpunkt des Bindemittelpulvers unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Hochleistungslegierungen 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 bereits bei einer Temperatur wirksam werden, die unterhalb der Temperate ι¹.·.:: 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.

Das Bindemittelpulver unterscheidet sich hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von der Grund-Hochleistungslegierung, an die es hauptsächlich hinsichtlich der Duktilität angepaßt ist Weil es schmelzpunktsenkende Elemente 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 Tabelle I und geben lediglich die nominalen Gewichtsprozentwerte des schmelzpunktsenkenden Elements bzw. der Elemente wieder.

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

Tabelle II

Silizium als schmelzpunktsenkendes Element

Bindemittel	Grund	Si-Zusatz	Schmelzbereich	Liquidus "C
pulver	legierung·)			1218**)
		(Gew.-%)	Solidus °C	1185
1	B	2	1164	1136
2	B	4,3	1149	1188
3	B	8	1093	1164
4	C	4,5	1160	1149
5	C	5,5	1113	1136
6	C	6,5	1116	1188
7	C	7,5
8	A	5	1160

*) Aus Tabelle I. **) Liquidus nahe bei Obergrenze.

Tabelle III

Bor als schmelzpunktsenkendes Element

Bindemittel	Grund-
pulver	legierung
9	C
10	C
11	C
12	C
13	B

*) Liquidus nahe bei Obergrenze.

B-Zusatz (Gew.-o/o)

1,4

1.7

Schmelzbereich	Liquidus °C
Solidus °C	<1218*)
1164	1204
1164	1191
<1164	1177
<1136	1191
1121

Obwohl Silizium oder Bor als schmelzpunktsenkende Elemente bevorzugt sind, können bei den erfindungsgemäß verwendeten Bindemittelpulvern auch andere derartige Elemente oder deren Kombinationen verwendet werden, wie die folgende Tabelle IV zeigt

Tabelle IV

Schmelzpunktsenkende Elemente und Kombinationen

Bind ernitt ei	Grandlegierung	Elementzusatz	Schmelzbereich	Liquidus "C
pulver		(Gew.-%)	Solidus ⁰C	1204
1 A IT	C	1,8 Si; 0,4 B	11,64	1149
15	C	4Si; 2 B	1107	>1232·)
16	C	2 Si; 2 Mn	>1218	1177
17	C	4 Si; 10 Mn	<1149	1191
18	C	5 Si; 5 Nb	1177	1174
19	C	15Nb	1168	1218**)
20	B	10Nb	<1191

Liquidus zu hoch.

Liquidus nahe bei Obergrenze.

Es sind eine Reihe von Elementen dafür bekannt, daß
sie den Schmelzpunkt von Nickel oder Nickellegierun- 65
gen senken. Wie sich aus der folgenden Tabelle V ergibt,
sind merkliche Mengen von zwei solchen Elementen,
nämlich Aluminium und/oder Titan, bei bestimmten

Legierungsbauteilen nicht wirksam. Außerdem ist Nb allein in einer Menge bis zu etwa 5 Gewichts-% nicht ausreichend als schmelzpunktsenkendes Element für die relativ niedrig schmelzenden Hochleistungslegierungen wirksam.

Tabelle V	schmelzpunktsenkende	Elemente	Schmelzbereich	9	Liquidus "C
Unwirksame	Grundlegierung	Elementzusatz	Solidus ⁰C		>1232
Bindemittel pulver		(Gew.-%)	1218	>1232
21	C	4 Al, 4 Ti	1218	>1232
22	C	6Al, 6Ti	> 1218	>1232
23	C	8 Al, 8 Ti	1204	>1232
24	A	8Ti	> 1218
25	B	5Nb

*) Alle Liquidus-Temperaturen zu hoch.

Eine der Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten Bindemittelpulvers 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° C, ist eine derartige Temperaturgrenze wichtig zur Definition der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis.

Bindemittelpulver, wie diejenigen der Nummern 1, 9 und 20, die die schmelzpunktsenkenden Elemente Silizium, Bor und Niob einzeln enthalten, sind so definiert, daß ihre Liquidustemperaturen nahe an der Obergrenze des erfindungsgemäß verwendeten Bereichs liegen. Wenn daher Silicium als einziges schmelzpunktsenkendes Element ausgewählt wird, sollte die Menge wenigstens 2 Gew.-% betragen. Die entsprechenden Mengen liegen bei Bor über 1 Gew.-% und bei Nb bei wenigstens 10 Gew.-%. Wie sich jedoch aus Tabelle TV ergibt, können geringere Mengen solcher schmelzpunktsenkenden Elemente in Kombination verwendet werden. Das erfindungsgemäß verwendete Bindemittelpulver wurde daher derart definiert, daß die Menge an schmelzpunktsenkenden Elementen insgesamt mehr als 1 Gev/.-% bis zu 15 Gew. % beträgt, sofern die Liquidustemperatur des Pulvers bei der Verwendung bei Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis weniger als etwa 1232° C 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 andere Hochleistungslegierung angepaßt ist könnte dessen Liquidustemperatur zu hoch und außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegen. Das erfindungsgemäß verwendete Bindemittelpulver muß daher nicht nur durch die Zusammensetzung, sondern auch durch die Scnmelzeigenschaften definiert werden.

Wie bereits erwähnt, sind bevorzugte schmelzpunktsenkende Elemente Si und B allein oder in Kombination oder zusammen mit anderen Elementen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung der Bindemittelpulver Nr. 4 gemäß Tabelle II und Nr. 9 und 10 gemäß Tabelle III, wobei die bevorzugte Zusammensetzung des verwendeten Bindemittelpulvers im folgenden Bereich liegt: 0,1-0,2% C; 12-15% Cr; 6-12% Co; 3-5% M₀; 2-4% Al; 4-6% Ti; 3-5% W; 0,01-0,05% Zr; 1,5—10% Elemente der Gruppe B, Si, Mn, Nb, Ta und deren Gemische, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen (in Gewichts-%). Innerhalb dieses Bereichs beträgt die Menge Bor, wenn dieses ausgewählt ist, 1,5—2,5 Gewichts-% und die Menge Silizium, wenn dieses ausgewählt ist, 4—6 Gewichts-%.

In den folgenden Tabellen VI, VII, VIII und IX sind Vergleichswerte für die Festigkeit von Stoßverbindungen, die unter erfindungsgemäßer Verwendung und durch Hartlöten mit gegenwärtig üblichen Hartloten hergestellt sind, angegeben. Die bekannten Legierungen sind durch die Nummer 81 mit der Zusammensetzung 19 Gew.-% Cr und 10 Gew.-% Si, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen, und durch die Nummer 50 mit der Zusammensetzung 20,5 Gewichts-% Cr, 8,5 Gewichts-% Mo, 10 Gewichts-% Si. 20,5 Gewichts-% Fe, Rest Nickel und übliche 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 sich beim Erhitzen ohne Rückstand zersetzt hergestellt Der Spalt zwischen den beiden verbundenen Bauteilen betrüg etwa 0,025 mm. Die Bauteile wurden praktisch ohne Druckanwendung festgehalten und ausgerichtet Alle Probestücke einschließlich der mit den bekannten Hartlotlegierungen als Bindemittel verbundenen Probestücke wurden in gleicher Weise hergestellt Hierbei wurde bei einer ersten Temperatur bei oder oberhalb der Liquidustemperatur des Bindemittelpulvers, aber unter der Temperatur, die die Eigenschaften der zu verbindenden Bauteile nachteilig beeinflussen würde, eine Verbindung vorgenommen. Anschließend wurde durch eine Wärmebehandlung bei einer zweiten Temperatur homogenisiert die niedriger als die erste Temperatur lag. Schließlich wurde bei einer dritten Temperatur gealtert die allgemein niedriger als die zweite und immer niedriger als die erste Temperatur lag. Dieses Vorgehen wird nachfolgend in Einzelheiten näher erläutert

Tabelle VI

Zerreißfestigkeit bei Verbindungen von Gußbauteilen aus Legierung A

Beispiel	Bindemittelpulver	Test: bei 815°	C und 3763	Bruchdehnung
		Lebensdauer	Einschnürung	(%)
		(h)	(O/o)	1,0
1	81	20	0,6	0,1
2	50	13	0,8	1,1
3	4	131	1,2	6,7
4	10	539	3,0	1,7
5	10	138	0,9	1,4
6	9	179	0,4

Die Probestücke, deren Werte in Tabelle VI wiedergegeben sind, waren Stäbe von 9,5 mm Durchmesser und 50,8 mm Länge, die in der Mitte eine Querverbindung hatten.. Das Verbinden wurde im Vakuum 30 Minuten bei 1218°C bei allen Proben vorgenommen, ausgenommen beim Pulver Nr. 9, das 5 Minuten bei dieser Temperatur abgebunden wurde. Bei den Hartlotlegierungen 50 und 81 wurde das Homogenisieren und Altern bei folgenden Temperaturen und Zeiten vorgenommen: 1066° C/15 h, 1093° C/16 h, 843°C/16 h. Die mit den erfindungsgemäß verwendeten Pulvern 4, 9 und 10 verbundenen Proben wurden bei folgenden Temperaturen und Zeiten homogenisiert und gealtert: 1149°C/l6 h,843°C/16 h.

Der erhebliche Anstieg der Zerreißfestigkeit unter Belastung, der unter erfindungsgemäßer Verwendung 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 Bauelemente erreichen und in manchen Fällen sogar mit diesen zusammenfallen. Dies ergibt sich noch klarer aus Fig. 1, in der Zerreißfestigkeitswerte bei Beanspruchung in der bekannten und weit verbreiteten Form der Larsen-Miller-Parameter sowie bei den Lebensdauerwerten nach 50 Stunden bei verschiedenen Temperaturen dargestellt sind. Es ist bemerkenswert, wie nahe die Festigkeit von Verbindungen, die mit dem Bindemittelpulver 4 und insbesondere mit dem Bindemittelpulver 10 verbunden sind, an die Festigkeit des Gußstücks aus der Grundlegierung A herankommt. Typisch für die erheblich geringere Festigkeit von hartgelöteten Verbindungen, wie sie gegenwärtig hergestellt werden, verglichen mit der Festigkeit der Grundlegierung, sind die in F i g. 1 dargestellten Werte für ein Gußstück aus der Legierung A, die mit der Legierung 81 hartgelötet ist

Die Verbindungsstellen bei Teilen aus der gegossenen Legierung C wurden 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 1163° C 5 Minuten lang durchgeführt. Die Homogenisierung und das Altern wurden bei 1149° C 16 Stunden lang bzw. bei 843° C 16 Stunden lang durchgeführt. Aus den Werten der folgenden Tabelle VII ergeben sich Zerreißfestigkeitswerte unter Belastung, deren Verbesserung in der gleichen Größenordnung liegt wie dies aus Tabelle VI ersichtlich ist.

Tabelle VIl

Zerreißfestigkeit bei Verbindungen von Gußbauteilen aus Legierung C

Beispiel

Bindemittelpulver

35 Test: bei 815°C und 3763 bar

Lebensdauer Bruchdehnung (h) (%)

10

98
117
238

1,5

1.3

40 Es wurde eine weitere Reihe von Festigkeitsversuchen an Schmiedeteilverbindungen aus der Legierung B durchgeführt. Die verbundenen Probestücke hatten die gleiche Größe und Form wie diejenigen, mit denen die Werte von Tabelle VI erhalten worden waren. Das Verbinden wurde bei 1191°C 5 Minuten lang durchgeführt. Die mit dem Bindemittelpulver 10 verbundene Probe wurde bei 1149°C 16 Stunden homogenisiert und bei 843° C 16 Stunden lang gealtert Das unter Verwendung der Legierung 81 verbundene Probestück wurde bei 1066° C 16 Stunden homogenisiert und bei 843° C 16 Stunden gealtert Die Zerreißfestigkeit und Zugfestigkeitseigenschaften sind in der folgenden Tabelle VIII gegenübergestellt

Tabelle VIII

Festigkeit von Verbindungen, Schmiedestücke aus Legierung B

Beispiel	Bindemittelpulver	Eigenschaften bei 815°	'C	Zugfestigkeit	0,2 Streckgrenze	Bruch
		Zerreißfestigkeit bei			dehnung
		3097 bar
		Lebensdauer	(bar)	(bar)	(%)
		(h)	8290	7350	9
10	10	476	2470	—	0,5
11	81	')
*) Versagen bei	Belastung.

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

Es wurden weitere Versuchsreihen durchgeführt, um

10

die Möglichkeit zu zeigen, daß unter erfindungsgemäßer Verwendung zwei verschiedene Legierungen miteinander verbunden werden können. Typische Festrgkeitswerte sind in der folgenden Tabelle IX für miteinander verbundene Gußteile aus der Legierung A mit warmverformten 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 1163° C bei einem Spalt von 0,025 mm durchgeführt.

Tabelle IX

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

Beispiel Bindemittelpulver Eigenschaften bei 649° C

Zerreißfestigkeit bei 6103 bar

Lebensdauer Bruchdehnung Zugfestigkeit

(h) (%) (bar)

0,2% Streckgrenze Bruchdehnung (bar) (%)

1152
1226

1,2 2,8 7889
7958

6595
6595

3,0
5,0

Die Eigenschaften bei 649° C gemäß Tabelle IX zeigen erneut die ungewöhnliche Festigkeit und Duktilität der Verbindung, die unter erfindungsgemäßer Verwendung hergestellt wurde. Wie vorher erwähnt, ergaben sich die in den vorstehenden Tabellen wiedergegebenen Werte aus Proben, bei denen ein Versagen im Versuch eher an der Verbindungsstelle als an dem Metall der verbundenen Stücke auftrat Die Werte geben daher die Festigkeit an der Verbindungsstelle wieder.

Typische weitere Beispiele für die erfindungsgemäße Verwendung 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 Grundmetälls oder der verbundenen Teile erreichen.

Tabelle X	von Verbindungen	Spalt	Test	Beanspruchung	Lebensdauer	Einschnürung	Bruch
Festigkeit	Legierungs		temperatur				dehnung
Beispiel	teile	(mm)	CQ	(bar)	0»)	(%)	(o/o)
		0,025	815	3793	238	1,4	1,3
	C an C	0,051	815	3793	496	7,5	3,4
14	C an C	0,101	649	6103	387	6,0	4,4
15	C an D	0,101	649	8232	349	5,0	2,8
16	C an F
17

Die Proben, an denen die Werte der Tabelle X gemessen wurden, wurden alle bei 1149° C 16 Stunden homogenisiert und bei 843° C 16 Stunden gealtert, außer bei Beispiel 17, bei dem die Wärmebehandlung wie folgt vorgenommen wurde:

1093-C/16 h; 899°C/4 h; 1093°C/l h; 732°C/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° C bis 15 Minuten angewendet Zusätzlich wurde die Oberfläche der Probestücke in einer Stärke von etwa 0,0076 mm mit Nickel plattiert als Vorbereitung zum Verbinden über den angegebenen Spalt

Mikrophotographische und chemische Analysen der unter erfindungsgemäßer Verwendung hergestellten Verbindungen haben gezeigt daß eine beeinflußte Zone an jeder Seite des ursprünglichen Spalts von bis zu etwa 0,127 mm, im allgemeinen nicht mehr als etwa 0,51 mm an jeder Seite, vorliegt Die gesamte Verbindungsstelle bei einem unter erfindungsgemäßer Verwendung hergestellten Gegenstand würde einschließlich des ursprünglichen Spaltes bis zu etwa 0,76 mm und vorzugsweise nur bis zu etwa 0,25 mm betragen. Innerhalb dieser Verbindungsstelle existiert, wie gefunden wurde, eine Phase, die sich von den Phasen der verbundenen Teile unterscheidet und an solchen Elementen angereichert ist die zur Senkung der

Schmelztemperatur zugesetzt worden sind. Beispielsweise zeigt sich die Gegenwart von Borgehalten durch die typische Phase der »chinesischen Schriftzeichen« an, und die Gegenwart von Silicium ist durch blockartige Silicide gekennzeichnet Die Konzentrationen sind im Zentralgebiet der Verbindungsstelle stärker und nehmen ab, wenn eine Diffusion aufgetreten ist

Weitere Untersuchungen an überlappten Verbindungen, insbesondere bei verbundenen Teilen mit mehreren überlappenden Verbindungsstellen, zeigten erheblich bessere Festigkeitseigenschaften, die unter erfindungsgemäßer Verwendung 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 10 und einer Basis 12. Flügel und Basis sind an der überlappenden Verbindungsstelle 14 verbunden, die hier als doppelt überlappte Verbindung bezeichnet wird. Ein solcher Verbundkörper kann gegebenenfalls entweder zur Gewichtsverminderung oder zur Schaffung eines Flüssigkeiisdurchgangs einen hohlen Teil 16 zwischen dem Flügel 10 und der Basis 12 besitzen. Ein Flüssigkeitsdurchgang 16 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 jedoch 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 andere Eigenschaften haben wie an der anderen Kante.

Eine Kombination zwischen einer doppelt überlappenden Verbindungsstelle und einer Stoßverbindung ist in Fig.4 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 24 ist mit dem Rad 26 am Radkranz 27 durch eine doppelt überlappende Verbindungsstelle und eine Stoßverbindung verbunden.

Die Gegenstände gemäß den F i g. 3 und 4 steller·.

allgemein Flügel, Flügelrader 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 kann entweder 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 warmverformtem Material und das Rad oder die Basis aus einem anderen warmverformten Material bestehen. Es kann außerdem erwünscht sein, zwei Flügelblätter 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.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung wird die Kerbe an der Kante von durch übliche Druckdiffusionsverfahren im festen Zustand hergestellten Verbindungsstellen vermieden. Diese Kerbe kann schlechtere Ermüdungseigenschaften bei geringem Belastungswechsel bei überlappenden Scherverbindungen ergeben, z. B. bei einer doppelten Verbindung gemäß den F i g. 3 und 4. Es wurde eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, bei der doppelt überlappte Verbindungen, die unter erfindungsgemäßer Verwendung hergestellt waren, mit üblichen Druckdiffusionsverbindungen im festen Zustand verglichen wurden und die Verbindung der beiden Teile einer Anordnung gemäß F i g. 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 erfindungsgemäß verwendete Bindemittelpulver war das Pulver Nr. 10 gemäß Tabelle III, das bei einer Temperatur von 1210⁰C 15 Minuten lang abgebunden wurde. Die Homogenisierungsstufe und die Alterungsstufe wurden bei 1093°C/16h; 1051°C/4h und 843°C/ 16h durchgeführt. Wie sich aus den Werten in Fig.5 ergibt, waren die Ermüdungsfestigkeitswerte bei geringem Belastungswechsel bei 649° C bei den unter erfindungsgemäßer Verwendung hergestellten Verbindungsstellen denjenigen überlegen, die durch das übliche Druckdiffusionsverfahren im festen Zustand bei gleicher Behandlung hergestellt waren, wobei lediglich das erfindungsgemäß verwendete Bindemittelpulver fortgelassen wurde, aber eine nicht geschmolzene Zwischenschicht und ein Druck von etwa 138 bar etwa 2 Stunden lang angewendet wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Bindemiitelpulvers aus 0,02-0,3% 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 als Lot zur Herstellung von Gegenständen im Hochvakuum mit einer durch Altern härtbaren Verbindungsstelle zwischen mehreren Hochleistungslegierungsteilen auf der Basis von Eisen, Kobalt oder Nickel, deren Verbindungsspalt kleiner oder gleich 0,51 mm ist, wobei die Verbindungsstelle sich bis zu etwa 0,76 mm zwischen die Legierungsteile erstreckt, eine chemische Zusammensetzung hat, die an diejenige der Legierungsteile angepaßt ist und eine Phase an der Verbindungsstelle aufweist, die sich von den Phasen der Legierungsteile unterscheidet und an Bor, Silizium, Mangan, Niob oder Tantal reicher ist als die Phasen der Legierungsteile.

2. Verwendung eines Bindemittelpulvers nach Anspruch 1 aus 0,02-0,3% 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 oder Ta, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen aus Hochleistungslegierungen auf Nikkeibasis mit Verbindungsspalten, die sich bis 0,25 mm erstrecken.

3. Verwendung eines Bindemittelpulvers nach Anspruch 1 aus 0,1-0,2% C, 12-15% Cr₁ 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 oder Ta, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen.

4. Verwendung nach Anspruch 2 zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen, bei denen die Verbindungsstelle eine borreiche Phase (»chinesische Schriftzeichenphase«) enthält.

5. Verwendung nach Anspruch 2 zur Herstellung von Turbinenantriebsteilen, bei denen die Verbindungsstelle eine blockartige siliziumreiche Phase enthält.