DE2062776A1 - Cobalt alloy - Google Patents
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Description
l6. Dez. I97Ol6. Dec. I97O
Gzy/goe CABOT CORPORATIONGzy / goe CABOT CORPORATION
Kobaltlegierung.Cobalt alloy.
Die Erfindung betrifft eine !Cobaltlegierung, insbesondere eine solche, die Kobalt, Chrom, Wolfram und Nickel enthält zusammen mit verhältnismäßig kleinen Mengen von Lanthan und verhältnismäßig großen Mengen von Kohlenstoff. Die erfindungsgemäßen Legierungen sind gekennzeichnet durch eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit und eine Beständigkeit gegen Oxydation bei hohen Temperaturen, zusammen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bei. hohen Temperaturen.The invention relates to a cobalt alloy, in particular one that contains cobalt, chromium, tungsten and nickel along with relatively small amounts of lanthanum and relatively large amounts of carbon. the Alloys according to the invention are characterized by excellent abrasion resistance and resistance to oxidation at high temperatures, together with excellent mechanical properties. high Temperatures.
Bisher sind bestimmte Kobaltlegierungen weitgehend bei hohen Temperaturen verwendet worden. Im allgemeinen waren sie zufriedenstellend mit der Ausnahme, daß sie in manchen Fällen im Vergleich mit Nickel legierungen keine genügende Oxydationsbeständigkeit hatten. Kobaltlegierungen mit einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff und einem Gehalt von kleineren Mengen an Lanthan, wie sie in der US-Patentschrift Nr.3i4l8,lll beschrieben sind, haben eine wesentlich verbesserte OxydationsbeHtändigkftit. Eh würde einen Fortschritt bedeuten,Heretofore, certain cobalt alloys have been used extensively at high temperatures. In general they were satisfactory except that in some Cases in comparison with nickel alloys did not have sufficient resistance to oxidation. Cobalt alloys with a low content of carbon and a content of smaller amounts of lanthanum, as described in US Pat. No. 31418, III have a significantly improved resistance to oxidation. Eh would mean progress
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Kobalt legierungen zu finden, die eine erhöhte Abriebsbeständigkeit und eine Oxydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen haben«Find cobalt alloys that have increased abrasion resistance and an oxidation resistance at high Have temperatures «
Ziel der Erfindung ist. eine Kobaltlegierung mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit und einer verbesserten Abriebsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen,, The aim of the invention is. a cobalt alloy with improved Oxidation resistance and improved abrasion resistance at elevated temperatures,
Andere Ziele der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.Other objects of the invention will become apparent from the description emerged.
Die erfindungsgemäßen Kobal!legierungen sind dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen l8 bis 35 % Chrom, 3 bis 18 % Wolfram., bis zu 10 % Eisen, 0,k bis 1,3 % Kohlenstoff, 1 bis JO % Nickel, 0,2 bis 1,2 Silizium, 0,02 bis 0,12 % Lanthan, bis zu 10 % Tantal, Rest Kobalt, enthalten.The cobalt invention! Alloys are characterized in that they essentially l8 to 35% chromium, 3 to 18% tungsten., Up to 10% iron, 0, k to 1.3% carbon, 1 to JO% nickel, 0, Contains 2 to 1.2 silicon, 0.02 to 0.12 % lanthanum, up to 10 % tantalum, the remainder cobalt.
iievorzugte Legierungen in dieser Art mit einer optimalen Abriebsbesthndigkeit enthalten 25 bis 32 % Chrom, 3 bis 8 % Wolfram, bis zu 5 % Eisen, 0,7 bis 1,3 % Kohlenstoff, 1 bis 10 % Nickel, 0,2 bis 1,2 % Silizium, 0,02 bis 0,12 % Lanthan, bis zu 10 % Tantal, Rest Kobalt«The preferred alloys of this type with optimal abrasion resistance contain 25 to 32 % chromium, 3 to 8 % tungsten, up to 5 % iron, 0.7 to 1.3 % carbon, 1 to 10 % nickel, 0.2 to 1, 2 % silicon, 0.02 to 0.12 % lanthanum, up to 10 % tantalum, the rest cobalt «
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Legierungen der beschriebenen Art mit einer optimalen ■Bruchfestigkeit und Zugfestigkeit, zusammen mit einer ausgezeichneten Abriebsbeständigkeit enthalten: 18 bis 24 % Chrom, 6 bis l8 % Wolfram, bis zu 10 % Eisen, 0,4 bis 0,7 % holilensioff, 10 bis 30 % Nickel, 0,2 bis 1,2 Silizium, 0,02 bis 0;12 % Lanthan, bis zu 10 % Tantal, Rest Kobalt.Alloys of the type described with optimum breaking strength and ■ tensile strength, together with excellent abrasion resistance, contain: 18 to 24 % chromium, 6 to 18 % tungsten, up to 10 % iron, 0.4 to 0.7% holilensioff, 10 to 30% % Nickel, 0.2 to 1.2 silicon, 0.02 to 0 ; 12 % lanthanum, up to 10 % tantalum, the rest cobalt.
Außer den genannten Bestandteilen können die Legierungen noch weitere zufällige Bestandteile in geringeren Mengen enthalten· So kann beispielsweise Zirkon in Mengen bis zu etwa 2 %, Vanadium in Mengen bis zu etwa 2 %, Bor in Mengen bis zu etwa 0,02 %, Mangan in Mengen bis zu etwa 2)6, Titan und Aluminium in Mengen bis zu etwa 4 %, Niob in Mengen bis zu etwa 2 % zugegen sein»In addition to the constituents mentioned, the alloys may contain other components in lesser amounts include random · For example, zirconium in amounts up to about 2%, vanadium in amounts up to about 2%, boron in amounts up to about 0.02%, manganese in Amounts up to about 2) 6, titanium and aluminum in amounts up to about 4%, niobium in amounts up to about 2 % »
Es wurde ferner festgestellt, daß ein verhältnismäßig geringer Gehalt an Lanthan und ein verhältnismäßig hoher Gehalt an Kohlenstoff eine bemerkbare Oxydationsbeständigkeit und Abriebsbeständigkeit bei hohen Temperaturen bewirken»It was also found that a proportionate low lanthanum content and a relatively high one Carbon content has a noticeable resistance to oxidation and abrasion resistance at high temperatures cause"
Es wurde ferner festgestellt, daß andere seltene Erdmetalle zusammen mit Lanthan zugegen sein können, wie sie in Mischmetall zusammen mit Lanthan vorhanden sind, ohne daß da-It was also found that other rare earth metals can be present together with lanthanum, as they are present in mischmetal together with lanthanum, without
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durch die verbesserte Oxydationsbeständigkeit beeinträchtigt wird β Allerdings sollten diese anderen seltenen Erdmetalle zusammen nicht den Gehalt an Lanthan überschreiten, weil sich sonst Adern und nichtmetallische Einschlüsse in der Legierung bilden, welche die Schweißbarkeit beeinträchtigen und zu Schweißnähten von geringer Festigkeit führen. Zur Herstellung von Legierungen, die verschweißt werden sollen, gibt man daher vorzugsweise das Lanthan in praktisch elementarer Form zu. Die Lanthanmenge sollte in allen Fällen die Gesamtmenge der anderen seltenen Erdmetalle übersteigen. Zur Herstellung von Legierungen, die nicht geschweißt werden sollen, kann man Lanthan nach üblichen Verfahren, z.Bo in Form von Mischmetall, elementarem Lanthan oder Lanthan enthaltenden Legierungen, zugeben.is adversely affected by the improved resistance to oxidation β However, these other rare earth metals together should not exceed the lanthanum content, otherwise veins and non-metallic inclusions will form in the alloy, which impair the weldability and lead to weld seams of poor strength. For the production of alloys that are to be welded, lanthanum is therefore preferably added in practically elemental form. The amount of lanthanum should in all cases exceed the total amount of the other rare earth metals. For the preparation of alloys which are not to be welded, for example, one o can lanthanum by conventional methods, in the form of misch metal, elemental lanthanum or lanthanum-containing alloys, add.
Die Tabelle I zeigt verschiedene Zusammensetzungen von Legierungen. Diese Legierungen waren nieder geschmolzen, zu Gußstücken von etwa 90 bis 110 kg vergossen, in der Hitze zu Blechen verarbeitet, 10 bis 15 Minuten lang bei 1150 bis 1230 C getempert und dann angeschreckt. Die Zusätze an Lanthan hatten die angegebenen Hohen.Table I shows various compositions of alloys. These alloys had melted down poured into cast pieces of about 90 to 110 kg, in the heat processed into sheets, 10 to 15 minutes at 1150 Annealed to 1230 C and then quenched. The additives on Lanthanum had the specified heights.
Muster von Legierungen der Tabelle i in Form von Blechen mit Kantenlängen von I9 χ 19 mm und Dicken von 1,5 bis 3,2 mm wurden auf ihre Oxidationsbeständigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II enthalten.Samples of alloys of Table i in the form of sheets with edge lengths from 19 χ 19 mm and thicknesses from 1.5 to 3.2 mm were tested for their resistance to oxidation. The results are included in Table II.
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Die Versuche auf Oxydationsbeständigkeit wurden wie folgt durchgeführt.The tests for resistance to oxidation were carried out as follows.
1» Die Muster wurden zu Stücken mit Teilchendurchmessern1 »The samples became pieces with particle diameters
von 0,125 nun vermählen.
2. Die Oberflächen und die Gewichte der Muster wurden
fest gestellt.of 0.125 now wed.
2. The surfaces and weights of the samples were determined.
3ο Die Muster wurden 1095 oder II50 C mit strömender Luft3ο The samples were 1095 or II50 C with flowing air
ο
in einer Menge von 4,4 l/cm des Ofenquerschnittesο
in an amount of 4.4 l / cm of the furnace cross-section
je Stunde viermal während je 25 Stunden behandelt.
Zwischen jeder Behandlung wurden die Muster auf Raumtemperatur abgekühlt.
4β Die Muster wurden an Luft abgekühlt.treated four times per hour for 25 hours each. The swatches were cooled to room temperature between each treatment.
4β The samples were cooled in air.
5. Die Muster wurden in einem Salzbad entzundert.5. The samples were descaled in a salt bath.
6. Die entzunderten Muster wurden sorgfältig gewogen, worauf der Gewichtsverlust berechnet wurde.6. The descaled samples were carefully weighed and the weight loss calculated.
7. Die Eindringtiefe, berechnet auf ein Jahr, wurde nach der folgenden Formel berechnet:7. The penetration depth, calculated over a year, was calculated according to the following formula:
GewichtsverlustWeight loss
Dichtedensity
Oberfläche desSurface of the
MustersPattern
Stunden/Jahr 100 StundenHours / year 100 hours
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Φ H H ΦΦ H H Φ
η)η)
NN
OO
OO
OO
OO
WW.
OO
cncn
OO
CNCN
OO
CNCN
OO
οο
OO
OO
OO
•Η• Η
•H•H
inin
inin
tHtH
Cs.Cs.
COCO
CMCM
CNCN
CNCN
cncn
cncn
CMCM
CMCM
CMCM
CMCM
CQ O QCQ O Q
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IIII
Oxydationsgeschwindigkeit in mm je JahrOxidation rate in mm per year
Legierungalloy
1O95°C1095 ° C
11500C1150 0 C
A B C DA B C D
0,5** 2vo8 0,380.5 ** 2 v o8 0.38
0,640.64
Die Tabelle II zeigt, daß die erfindungsgemäßen Legierungen A und C mit einem Lanthangehalt und einem verhältnismäßig hohen Gehalt an Kohlenstoff eine, ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit, haben im Vergleich mit den Legierungen B und D, die kein Lanthan enthalten.Table II shows that the alloys of the invention A and C with one lanthanum content and one proportionate high carbon content, excellent resistance to oxidation, compared to alloys B and D that do not contain lanthanum.
Die Tabelle III zeigt, daß eine erfindungsgemäße Legierung zusätzlich zu der verbesserten Oxydationsbeständigkeit sich auch noch durch ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen auszeichnet.Table III shows that an alloy according to the invention in addition to the improved resistance to oxidation, it also has excellent mechanical properties high temperatures.
1O95°Cstrain
1095 ° C
Zugfestigkeit
1O95°C0.2?
tensile strenght
1095 ° C
festigkeit
1O95°Cfracture
strength
1095 ° C
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Eine Legierung der Zusammensetzung A in gegossener Form hatte bei. einer Temperatur von 980 C eine Bruchlebensdauer YOU^202 Stunden bei einer Beanspruchung von 910 kg/cm und eine Dehnung von etwa 14 %„ An alloy of Composition A in cast form had at. a temperature of 980 C a breaking life YOU ^ 202 hours with a load of 910 kg / cm and an elongation of about 14 % "
Weitere Versuche wurden durchgeführt, um die Abriebbeständigkeit einer erfindungsgemäßen Legierung festzustellen. Ein gegossenes zylindrisches Muster der Legierung C wurde unter einem Anpreßdruck von 7 kg/cm gegen ein flaches feststehendes Muster derselben Legierung rotiert. Während des Versuches hatten die Muster eine Temperatur von 760 C. Das Rotieren wurde 8 Stunden lang fortgesetzt, und zwar mit einer konstanten Geschwindigkeit von I60 cm/Min, am Umfang des zylindrischen Musters«Further tests were carried out to determine the abrasion resistance of an alloy according to the invention. A cast cylindrical sample of alloy C was placed under a contact pressure of 7 kg / cm against a flat one fixed pattern of the same alloy rotates. During the test, the samples had a temperature of 760 C. Rotation was continued for 8 hours at a constant speed of 160 cm / min Circumference of the cylindrical pattern "
Der Abrieb am rotierenden Muster betrug 1,45 Mikron/1Ο0Θ m Strecke« Der Abrieb für eine Legierung der Zusammensetzung D unter denselben Bedingungen betrug 2,31 Mikron/1000 m.The abrasion on the rotating sample was 1.45 microns / 10 m Distance «The abrasion for a composition D alloy under the same conditions was 2.31 microns / 1000 m.
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