DE2105745A1

DE2105745A1 - Aushärtbare Nickel-Chrom-Stahllegierung

Info

Publication number: DE2105745A1
Application number: DE19712105745
Authority: DE
Inventors: Herbert Louis; Clatworthy Edward Frederick; Huntington Va. Eiselstein (V.St.A.). M
Original assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Current assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-08
Publication date: 1971-10-21
Also published as: CA920842A; SE360390B; FR2078328A5

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-lng. R. König

Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · 4Odd Düsseldorf · Cecilienallee 7G ■ Telefon 43Ξ7 32

Unsere Akte: 26 473 6₀ Februar 1971

Henry Wiggin & Company Limited, Thames House, Millbank,

London, S. W. 1 _t Großbritannien

"Aushärtbare Nickel-Chrom-Stahllegierung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine aushärtbare Stahlle- ^ gierung, die eine geringe Ausgangshärte, hohe Festigkeit im ausgehärteten Zustand, ausgezeichnete Schweißbarkeit und eine überraschend gute Bearbeitbarkeit besitzt.

Die vorstehenden Eigenschaften besitzt eine aushärtbare Nickel-Chrom-Stahllegierung mit 35 bis 46% Nickel, 12 bis 20% Chrom, 1,25 bis 2,5% Titan, 2,25 bis 3,5% Niob bei einem Gesamtgehalt an Titan und Niob von mindestens 4%, 0,005 bis 1,0% Aluminium, 0,0005 bis 0,005% Bor und bis 0,08% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen_o

Die erfindungsgemäße Legierung kann in üblicher Weise erschmolzen und zu großen Blöcken oder Brammen vergossen werden; sie besitzt eine gute Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit sowohl im geglühten als auch im ausgehärteten Zustand.

Die erfindungsgemäße Legierung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß sie im geglühten Zustand verhältnismäßig weich ist und demzufolge ohne Schwierigkeiten warmverformt werden kann. Außerdem besitzt sie quer zur Walzrichtung

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nach dem Abkühlen aus der Walzhitze und einem Aushärten eine gute Duktilität» Vorzugsweise enthält die Legierung 14,5 bis 17,5% Chrom, 39 bis 44% Nickel, 1,5 bis 2% Titan, 2,5 bis 3% Niob, mindestens etwa 0,001% Bor, 0,1 bis 0,4 oder 0,5% Aluminium,,

Den Gehalten an Nickel und Eisen kommt besondere Bedeutung zu; der Nickelgehalt muß sorgfältig innerhalb von 35 bis 45% gehalten werden, damit der Restgehalt an Eisen ein hinreichendes Aushärten gewährleistet, obgleich die Legierung verhältnismäßig geringe Gehalte an Härtern enthält« Chromgehalte von mindestens 12% machen die erfindungsgemäße Legierung oxydationsbeständig. Zudem machen Chromgehalte von 15 oder 15,5% die Legierung im wesentlichen unmagnetisch, d.h. ihre Permeabilität liegt unter etwa 1,02. Titan und Niob, deren Gehalte 1,25 bis 2,5% bzw. 2,25 bis 3,5% betragen und insgesamt im Hinblick auf eine ausreichende Festigkeit im ausgehärteten Zustand mindestens 4% betragen, sind die wesentlichen Härter. Der Aluminiumgehalt beträgt bis 1%, da festgestellt wurde, daß das Aluminium paradoxerweise die Streckgrenze im ausgehärteten Zustand beeinträchtigt, wenn das Aushärten unter bestimmten Bedingungen erfolgte Vorzugsweise übersteigt der Aluminiumgehalt Oj4% nicht, um seine negative Wirkung auf die Festigkeit der ausgehärteten Legierung möglichst gering zu halten und außerdem eine Spannungsanlaßrissigkeit beim Schweißen zu vermeiden. Das Aluminium spielt Jedoch eine bedeutende RoIIe₅ so daß die Legierung mindestens 0_tO5%_t vorzugsweise mindestens 0,1% Aluminium enthalten muß, um eine ausreichende Querduktilität im warmverformten und ausgehärteten Zustand sicherzustellen. Außerdem steht das Aluminium in Wechselwirkung mit dem kritischen Borgehalt von 0,0005 bis 0,05$, denn beide Elemente zusammen verbessern merklich die Querduktilität, Die erfindungsgemäße Legierung enthält vorzugsweise 1,5 bis 2% Titan und 2,5 bis

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3% Niob. Diese Gehalte an Härtern machen die Legierung ausgezeichnet aushärtbar und verringern die Gefahr unerwünschter Seigerungen beim Erstarren großer Blöcke; außerdem garantieren sie eine niedrige Ausgangshärte der geglühten Legierung«, Anstelle von Niob kann die erfindungsgemäße Legierung auch äquiatomare Mengen an Tantal enthalten, so daß das Niob in jedem Falle ganz oder teilweise durch Tantal ersetzt werden kann. Dennoch ist das Tantal wegen seines höheren Atomgewichts weniger vorteilhaft. Der Kohlenstoffgehalt der Legierung übersteigt 0,08% nicht und beträgt vorzugsweise höchstens 0,06%, so daß das Gefüge kaum Karbide enthält. Das Bor trägt zur Erhöhung der Zeitbruchdeh- ^ nung bei, wenngleich ein zu hoher Borgehalt zu inneren Rissen beim Schweißen führen kann und die Querduktilität beeinträchtigt. Demzufolge beträgt der Borgehalt 0,0005 bis 0,005%; er wirkt in dieser Größenordnung mit einem sorgfältig eingestellten Aluminiumgehalt hinsichtlich einer ausgezeichneten Querduktilität zusammen.

Die erfindungsgemäße Legierung kann außer den bereits erwähnten Elementen noch höchstens 0,35% Mangan, höchstens 0,35% Silizium, höchstens 0,3% Kupfer und höchstens 1% Molybdän enthalten. Molybdängehalte über 1% verschlechtern die Verformbarkeit der Legierung sowohl bei Raumtemperatur als auch bei der Verformungstemperatur merklich und erhöhen damit die Verarbeitungsschwierigkeiten insbesondere bei großen Querschnitten. Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor sollten so niedrig wie möglich gehalten werden und je 0,015% nicht übersteigen«, Kobalt trägt nicht zu den guten technologischen Eigenschaften der Legierung bei; diese sollte daher kein Kobalt enthalten, da das Kobalt ebenso wie das Molybdän nur die Herstellungskosten erhöht und ein Kobaltgehalt unzulässig ist, wenn die Legierung in der Gegenwart von radioaktiven Strahlen eingesetzt werden soll.

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Die Legierung läßt sich ohne Schwierigkeiten warm- und kaltverformen sowie aus der Walzhitze oder nach dem Kaltverformen oder auch nach einem Glühen "bei 927 bis 1093 C aushärten. Die Glühzeit beträgt dabei vorzugsweise etwa eine Stunde je 2,5 cm Dicke« Die Legierung spricht sehr gut auf ein vier- bis sechzehn-, vorzugsweise achtstündiges Aushärten bei 593 bis 760⁰C an, Es wurde festgestellt, daß eine oberhalb 954⁰C geglühte Probe eine bessere Zeitbruchdehnung bei 650⁰C besitzt, wenn ein Zwischenglühen bei 816 bis 871⁰C, beispielsweise eine bis acht oder drei Stunden bei 843°C erfolgt, d.h. die Legierung mehrstufig ausgehärtet wird. Vorzugsweise geschieht das Aushärten in der Weise, daß die Legierung etwa acht Stunden bei 704 bis 760 C geglüht, im Ofen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 56°C/h auf 65O⁰C abgekühlt und acht Stunden auf 621 bis 65O⁰C gehalten wird. Im geglühten Zustand ist die Legierung sehr weich und duktil. Sie besitzt im verformten Zustand im allgemeinen eine Raumtemperatur-Streckgrenze von 49,8 bis 71,1 kp/mm _β Im ausgehärteten und verformten Zustand haben Teile mit Querschnitten bis etwa 75 mm bei erheblicher Duktilität eine Raumtemperatur-Streckgrenze von etwa 199 kp/mm oder 213 kp/mm oder mehr.

Die geringe Ausgangshärte und hohe Festigkeit nach dem Aushärten stellen im Hinblick auf das Warmwalzen, das Herstellen von Fertigteilen und deren Verwendung ganz wesentliche Vorteile dar. Außerdem besitzt die erfindungsgemäße

Legierung eine ausgezeichnete Schweißbarkeit sowohl im geglühten als auch im ausgehärteten Zustand; sie kann sogar ohne die Gefahr einer Rißbildung nach dem Schweißen ausgehärtet werden, Schließlich läßt sich die erfindungsgemäße Legierung sowohl im geglühten als auch im ausgehärteten Zustand überraschend gut bearbeiten. Dies zeigt sich besonders bei einem Vergleich mit herkömmlichen aushärtbaren Nickel-Chrom-Legierungen hoher Warmfestigkeit, die dieselbe Festigkeit besitzen.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert:

Beispiel 1

Mehrere 15-kg-Schmelzen wurden im Vakuum hergestellt und zu Quadratblöcken mit einer Kantenlänge von 10,2 cm vergossene Die Blöcke wurden zwölf bis sechzehn Stunden bei 1149 bis 1177⁰C homogenisiert und in Luft abgekühlt. Danach wurden sie auf Verformungstemperatur gebracht und zu Quadratstäben mit einer Kantenlänge von 5»7 cm ausgeschmiedet. Querproben der geschmiedeten Stäbe zeigten, daß das Gefüge fehlerfrei und ohne Seigerungen war. Die Analysen von neun in der vorerwähnten Weise erschmolzenen und behandelten Stähle sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Legie- C Ni Cr Al Nb Ti B Fe rung (Ji) (%) (%) (%) (%) (Ji) (Ji) (%)

Λ	0.01	44,22	14.91	0.22	3.06	1.24	-	Rest
2	0,03	38.89	14.64	0.21	2.91	1.45	0.001	Rest
3	0.03	42.48	15.09	0.18	2.77	1.42	0.0012	Rest
4	0.04	45.55	14.82	0_β19	2.78	1.42	0.0013	Rest
5	0.03	42.57	15.12	0.20	2.41	1.86	0.0012	Rest
6	0,04	38.37	15.27	0.19	2.54	1.90	0.001	Rest
7	0,02	45.38	14.97	0,19	2.52	1.83	0.001	Rest
8	0,006	40.66	15.88	0.22	2.71	1.68	0.0006	Rest
9	0.01	40,74	15.82	0.19	2.71	1.63	0.0043	Rest

Die Legierungen der Tabelle I enthielten außer den angegebenen Elementen noch etwa 0,01% Mangan, 0,04 bis 0,07% Silizium, höchstens 0,03% Kupfer und höchstens 0,006% Schwe-

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fei. Der Borgehalt der Legierung 1 wurde nicht bestimmt.

Proben aus den obenerwähnten Schmiedestäben wurden nach verschiedenen Wärmebehandlungen einem Zugversuch unterworfen, wobei sich die in der Tabelle II zusammengestellten Daten ergaben.

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	Zustand	Tabelle	II	Deh	Einschnü-,
				nung	rung
Legie		Streck	Zugfestig	00	(*>
rung	Schmiedezustand,	grenze	keit	13,0	21,0
	ausgehärtet (1)	(kp/mm )	(kp/mm )
1	1038°C	109,7	122,4	51,0	57,0
	1038⁰C,
	ausgehärtet^(1)	24,3	65,6	16,0	27,0
	1066⁰C			44,0	48,0
	1O66°C,	108,3	125,2
	ausgehärtet.(1)	32,7	70,3	16,0	24,5
	1066⁰C,
	ausgehärtet (3)	107,9	123,8	15,0	25*8
	Schmiedezustand,			16,0	29,5
	ausgehärtet (2)	106,6	125,2
2	1038⁰C	113,2	125,5	48,0	54,7
	1038⁰C,
	ausgehärtet_(2)	24,5	64,5	19,0	26,2
	1066⁰C			45,0	45,8
	1066⁰C,	106,6	125,2
	ausgehärtet.(2)	25,6	65,2	9,0	17,5
	1066⁰C,
	ausgehärtet (3)	109,0	123,4	19,0	30,0
	Schmiedezustand,			15,0	26,8
	ausgehärtet (2)	107,3	124,8
3	982°C	109,7	125,5	39,0	39,0
	982°C,
	ausgehärtet (2)	28,1	68,1	21,0	39,1
	982°C			50,0	60,3
	982°C, ausgehärtet (2)	107,6	127,3	21,0	37,8
	982°C	25,0	66,1	54,0	58,3
	982°C,	106,9	126,2
	ausgehärtet (2)	25,0	65,6	19,0	33,5
	Schmiedezustand,			17,0	31,1
	ausgehärtet.(2)	108,7	125,2		W
4	982⁰C	110,4	125,5	49,0	50,3
	982°C, ausgehärtet.(2)			22,0	38,0
	982°C	24,8	65,7	53,0	53l3
	982°C, ausgehärtet (2)	107,3	126,2	20,0	34,0
	982°C, ausgehärtet (3)	26,1	67,0	17,0	25,0
	107,9	125,5
	108,7	125,5

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Tabelle II - Fortsetzung

Legie- Zustand Streck- Zugfestig- Den- Einschnürung grenze keit nung rung

(kp/mm²) kp/mm²) (%) (%)

982°C

982⁰C, ausgehärtet (2)

982°C, ausgehärtet (3)

982°C. ausgehärtet (4)

• 6 1038°C

1038⁰C, ausgehärtet., (3)

1066°C

1066°C, ausgehärtet_(2)

1066⁰C, ausgehärtet (3)

1066⁰C

1066⁰C, ausgehärtet.(2)

1066⁰C, ausgehärtet (3)

1066⁰C, ausgehärtet (4)

Sämtliche Proben wurden bei den in Spalte 2 angegebenen Temperaturen eine Stunde geglüht und anschließend in Luft abgekühlt. Einzelne Proben wurden folgenden Wärmebehandlungen unterworfen:

(1) achtstündiges Glühen bei 718°C, Ofenabkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h auf 649°C und achtstündiges Halten bei dieser Temperatur mit anschließendem Abkühlen in Luft;

(2) achtstündiges Glühen bei 732⁰C, Ofenabkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h auf 649°C und achtstündiges Halten bei dieser Temperatur mit

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25,2	66,4	52,0	57,0
106,6	126,9	20,0	34,0
109,7	127,3	18,0	33,5
107,3	128,0	18,0	30,7
25,7	68,4	50,0	57,2
109,4 33,5	129,0 66,6	19,0 49,0	28,0 57,3
109,0	126,9	16,0	24,0
110,8	129,0	16,0	32,0
26,3	68,0	50,0	47,5
106,6	127,6	22,0	37,5
107,9	128,7	20,0	33,5
106,2	130,1	19,0	31,0

anschließendem Abkühlen in Luft; (3) achtstündiges Glühen bei 746°C, Ofenabkühlung mit

einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h auf 649 und achtstündiges Halten bei dieser Temperatur mit anschließendem Abkühlen in Luft;

(4) achtstündiges Glühen bei 76O⁰C, Ofenabkühlung bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h auf 649⁰C, achstündiges Halten bei dieser Temperatur sowie Abkühlen in Luft.

Schmiedeproben der Legierungen 8 und 9 wurden bei einer i Belastung von 52,7 kp/mm und einer Temperatur von 704 C dem Zeitstandversuch unterworfen. Dabei ergaben sich die in der nachfolgenden Tabelle III zusammengestellten Werte:

Tabelle III

	Zustand	(3)	Standzeit	Dehnung	Einschnürung
Legie			(h)	OO	00
rung	954°C,	(3)
8	ausgehärtet		156.9	15.5	21.5
	1010⁰C₁	(3)
8	ausgehärtet		156.8	7	12.5
	954°C	(3)
9	ausgehärtet		166.5	23.5	46
	101O⁰C
9	ausgehärtet	154.4	16.5	28.6
		Beispiel 2

Im Vakuumlichtbogen wurde ein Block mit einem Durchmesser von 61 cm erschmolzen, der aus einem Stahl mit 0,01% Kohlenstoff, 0,08% Mangan, 0,11% Silizium, 39,73% Nickel,

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15,99% Chrom, 0,24% Aluminium, 1,61% Titan, 2,83% Niob, 0,0026% Bor, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen bestand. Der Block wurde auf einer Schmiedepresse zu einem Oktogon mit einem Durchmesser von 39,4 cm bearbeitet und alsdann spanabhebend bis auf eine Ronde mit einem Durchmesser von 35,6 cm bearbeitet. Vom Kopf und Fuß des Schmiedestücks wurden 7,6 cm Proben entnommen, und sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung untersucht. Die Untersuchung ergab, daß das Gefüge frei von Seigerungen war und mit einem üblichen Schmelzen im Vakuum ohne die Gefahr von Schwierigkeiten große Brammen abgegossen werden können. Die Quadratstücke mit einer Kantenlänge von 7,6 cm wurden bei Temperaturen von 1038⁰C und 1121⁰C auf eine Kantenlänge von 5,4 cm ausgeschmiedet. Die Ergebnisse von Zug-, Kerbschlag- und Zeitstandversuchen zweier geschmiedeter Proben sind in den nachfolgenden Tabellen IV und V zusammengestellt.

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Tabelle IV

ο co co

Zustand	Streck grenze ρ (kp/mm )	Zugfestig keit ρ (kp/mm )	122,4	128,3	Deh nung (#)	Einschnü rung (%)	Kerbsch keit (k RT	tlagzähig- p pm/cm ) -196°C
	Schmiedetemperatur	125,9	131,9	1038°C
927⁰C, ausgehärtet (3)	109,7	Schmiedetemperatur	129,0	11,4	19,0
954⁰C, ausgehärtet (3)	106,9	109,7	16,0	21,0	4,8	4,5
	111,8	1121°C
Schmiedezustand, ausgehärtet (3)	110,1	18,0	29,0
954⁰C, ausgehärtet (3)	16,0	22,5
927⁰C, ausgehärtet (3)	17,0	31,8	3,9	3,5

	(3) (3) (3)	Tabelle V	Stand zeit Oi)	Deh nung (%)	Einschnü rung (%)
	(3)		1038⁰C
Zustand	Versuchsbedingungen	169.2 104.5 71.2 1121⁰C	3.0 2.5 4.0	3.0 4.5 7.5
	Schmiedetemperatur	101.3	8.5	11.5
927⁰C, ausgehärtet 927⁰C, ausgehärtet 954⁰C, ausgehärtet	649°C/70.3 kp/mm² 7O4°C/52.7 kp/mm² 7O4°C/52.7 kp/mm² Schmiedetemperatur
927⁰C, ausgehärtet	7O4°C/52.7 kp/mm²

Aus den Restblöcken wurden Stäbe mit einem Durchmesser von 1,6 cm warmgewalzt und 1,6 mm dicke Bleche kaltgewalzt. Die Festigkeitseigenschaften von Proben der Stäbe und Bleche sind in den nachfolgenden Tabellen VI bis X zusammengestellt, wobei sich die Tabellen VI bis VIII auf die warmgewalzten Stäbe und die Tabellen IX und X auf das kaltgewalzte Blech beziehen.

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Tabelle VI

Zustand	Versuchs temperatur	Streck grenze 2\	Zugfestigkeit ρ (kp/mm )	Kerb probe*	Deh nung	Einschnü rung
Walzzustand	(⁰C)	(kp/mm )	glatte Probe	—	41	64,5
Walzzustand, ausgehärtet (3)	RT	55,1	84,7	—	22	43,2
954⁰C	RT	115,7	135,0	—	45	59,7
954°C, ausgehärtet (3)	RT	47,8	86,5	180,0	21	42
954⁰C, ausgehärtet (3)	RT	111,1	133,6 .	197,6	22	37,5
954°C, ausgehärtet (3)	-196	126,6	165,3	153,3	23	48
649	93,5	103,4

der Kerbprobe =6,3

VjJ

ΓΟ CD

-O-

cn

Tabelle VII

Zustand	(3)	Kerbschlagzähigkeit (kpm/cm )	8	5,	RT	IT-Dauerfestigkeit (kp/mm )
		-196°C			41,4	10⁸ Zyklen
"Walzzustand	(3)	23,4		• 3,	,2 - 5,3	49,2
Walzzustand, ausgehärtet	4,6 - 4,		15,9	56,3
954°C	19,0		,2 - 3,3	42,2
954⁰C, ausgehärtet	2,8	49,2

Tabelle VIII

Versuchsbedin gungen	Standzeit (h)	gekerbte Probe *	Dehnung (*)	Eins chnürung
593°C/87,9 kp/mm² 649°C/70,3 kp/mm² 704°C/52,7 kp/mm²	glatte Probe	405,3D 403,8D 218,1	12,5 18 19
32,9 77,5 39,6	10 21,5 37,5

Die Proben wurden eine Stunde bei 954⁰C geglüht und gemäß (3) ausgehärtet,,

D = abgebrochen; * K™ der Kerbprobe =6,3

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Tabelle IX

Zustand	■Versuchs temperatur	Streck grenze ρ,	Zugfestigkeit ρ (kp/mm )	Kerb probe*	Deh nung
Walzzustand	RT	(kp/mm )	glatte Probe	—	00
Walzzustand ausgehärtet (3)	RT	77,4	96,7	—	28
954°C	RT	131,9	148,0	—	14,5
954°C, ausgehärtet (3)	RT	31,7	78,4	__	55,5
954°C, ausgehärtet (3)	649	124,1	141,0		17,5
101O⁰C	RT	101,6	118,5		—_
1010⁰C, ausgehärtet (3)	RT	31,2	81,2	142,1	54,5
1010°C, ausgehärtet (3)	-196	123,4	140,3	161,0	20
101O⁰C, ausgehärtet (3)	649	144,9	182,8	—	31
1066°C	RT	98,5	114,3		9,5
1066°C, ausgehärtet (3)	RT	29,6	78,1	137,1	61
1066⁰C, ausgehärtet (3)	-196 -	119,6	136,1	157,9	21
1066°C, ausgehärtet (3)	649	137,1	179,0	105,5	27
96,7	112,5	10

der Kerbprobe = 20,

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Tabelle X

Zustand	(3)	Versuchsbedin gungen	Standzeit (H)	Dehnung (%)
954⁰C, ausgehärtet	(3)	649°C/70,3 kp/mm²	196,5	7
101O⁰C, ausgehärtet	(3)	649°C/70,3 kp/mm²	113,0	4
1066⁰C, ausgehärtet	(3)	649°C/70,3 kp/mm²	123,5	2
954⁰C, ausgehärtet	(3)	704°C/52,7 kp/mm²	93,1	14
101O⁰C, ausgehärtet	(3)	704°C/52,7 kp/mm²	123,5	6
1066⁰C, ausgehärtet	704°C/52,7 kp/mm²	85,8	5

Weitere Proben des Blechs wurden dem bekannten Miller-Schweißversuch unter Spannung unterworfen. Bei diesem Versuch wurde eine Probe des 1,6 mm dicken kaltgewalzten Blechs mit einer Kantenlänge von je 10,2 cm und einer mittigen Ausnehmung mit einem Durchmesser von 5,1 cm symmetrisch auf die Oberseite einer 2,2 cm dicken Platte aus einer ausgehärteten Nickel-Chrom-Legierung mit einer Kantenlänge von je 17,3 cm sowie einer mittigen Ausnehmung'mit einem Durchmesser von 7,6 cm so geschweißt, daß die Ausnehmung in der Blechprobe ohne Abstützung blieb. Zwei solchermaßen vorbereitete Proben wurden eine Stunde bei 954⁰C bzw. eine Stunde bei 1066⁰C geglüht. In die Ausnehmungen wurden dann Scheiben mit einem Durchmesser von 5,1 cm aus einem Blech entsprechender Zusammensetzung nach dem WIG-Verfahren geschweißt, wobei für die bei 1066⁰C geglühte Probe ein Zusatzwerkstoff verwendet wurde. Die Schweißen wurden acht Stunden bei 746⁰C ausgehärtet, mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h im Ofen auf 649°C abgekühlt, dort acht Stunden gehalten und anschließend in Luft abgekühlt.

1 0 9 8 A 3 / 1 0 5 1

Alsdann wurden über einen 90°-Bogen auf beiden Seiten der Scheibe innerhalb der Schweißung unter den obenerwähnten Schweißbedingungen Schweißen gelegt, um ein Reparaturschweißen zu simulieren, und die Schweißen erneut unter den vorerwähnten Bedingungen ausgehärtet. Die Untersuchung der verschiedenen Schweißen ergab keine Schweißrisse, woran sich die ausgezeichnete Schweißbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung unter Spannung erweist.

Zerspanungsversuche wurden an einem Schmiedestab mit einem Durchmesser von 8,3 cm durchgeführt, der eine Stunde bei 1O1O°C geglüht, in Luft abgekühlt und danach acht Stunden bei 746°C ausgehärtet, bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h auf 649°C abgekühlt, dort acht Stunden gehalten und anschließend in Luft abgekühlt worden war. Bei den Zerspanungsversuchen wurde eine Drehbank mit veränderlicher Geschwindigkeit und ein Drehmeißel mit einem Hartmetallplättchen verwendet. Jedes Versuchswerkzeug wurde geschliffen bis auf einen Spanwinkel von 0°, bezogen auf die Ebene der Schaftachse, einen Spanwinkel von 5°, bezogen auf die Ebene senkrecht zur Schaftachse, einen Freiwinkel von 5°, bezogen auf die Ebene senkrecht der Schaftachse, einen Freiwinkel von 5°, bezogen auf die Ebene senkrecht zur Schaftachse, einen Einstellwinkel der Nebenschneide von 15° und einen Komplementärwinkel zum Einstellwinkel von 15° " sowie einen Spitzenradius von 0,8 mm. Das Ende der Standzeit wurde auf 0,38 mm festgelegt. Die Schneide wurde mit einem Kühlmittel beaufschlagt. Bei den Zerspanungsversuchen kam ein kobaltgebundener Hartmetallmeißel des Typs WTiCa mit einer Rockwell-"A"-Härte von 91 zur Verwendung. Versuchsdaten ergaben sich bei einer Schnittiefe von 1,3 mm mit zwei Vorschubgeschwindigkeiten und Verschleißbedingungen an der Werkzeugspitze. Bei einem Werkzeugvorschub von 0,21 mm je Umdrehung mit einem 0,38 mm Verschleiß betrug die Schnittgeschwindigkeit für eine Standzeit von

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30 Minuten (V 30) 51,2 Oberflächenmeter je Minute im geglühten und ausgehärteten Zustand. Bei einem stärkeren Vorschub von 0,30 mm je Umdrehung und einer Ve schleißbreite von 0,76 mm an der Werkzeugspitze betrug die Schnittgeschwindigkeit bei einer Werkzeugstandzeit von 30 Minuten 115 Oberflächenmeter je Minute im geglühten Zustand und 51,2 Oberflächenmeter je Minute im geglühten und ausgehärteten Zustand. Die Bearbeitbarkeitsziffer wurde unter Zugrundelegung eines Vergleichs mit anderen Nickel-Chrom— Stahllegierungen bzw. deren Faktor unter Benutzung der folgenden Formel bestimmt:

r> _ Versuchsmaterial (V 30

Vergleichsmaterial (V 30) ^x

Unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Schmiedelegierung im geglühten Zustand wurden aufgrund der vorstehenden Formel die Zerspanungsfaktoren im Vergleich mit fünf anderen Nickel-Chrom-Legierungen ern-ittelj, von denen die Legierungen A, B und E ausgehärtet, die Legierungen C und D dagegen nicht ausgehärtet waren. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle XI zusammengestellte

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Tabelle XI

Werkstoff

Zustand

Legierung n_c Erfindung Legierung n. Erfindung A

B C D D E E E

geglüht	100
geglüht und ausgehärtet	108
warm- oder kaltgewalzt,	50
ausgehärtet
geglüht	39
geglüht	229
warmgewalzt	250
geglüht	230
warmgewalzt	47
warmgewalzt, Ausgleichsglühen	72
warmgewalzt. Auseleichselühen.	66

ausgehärtet

Legierung A: Legierung B:

Legierung C: Legierung D:

Legierung E:

52,5% Nickel, 19% Chrom, 0,5% Aluminium, 0,9% Titan, 5% Niob, 3% Molybdän, Rest Eisen;

73% Nickel, 15,5% Chrom, 0,7% Aluminium, 2,5% Titan, 0,95% Niob, Rest Eisen;

76% Nickel, 15,5% Chrom, Rest Eisen;

32,5% Nickel, 21% Chrom, 0,38% Aluminium, 0,38% Titan, Rest Eisen;

42,7% Nickel, 13,5% Chrom, 2,5% Titan, 0,25% Aluminium, 6,2% Molybdän, Rest Eisen.

Im Rahmen der Zerspanungsversuche wurde bei einer Schnitttiefe von 0,64 um und einer mittleren Schnittgeschwindigkeit von 41,2 m je Minute bei einer Werkzeugstandzeit von Minuten (V 30) an geglühten Proben nach der Erfindung festgestellt, daß die geglühte Legierung H mit 0,03% Kohlenstoff, 42,46% Nickel, 14,33% Chrom, 2,09% Titan,

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2,95% Niob, 0,06% Aluminium und 0,009% Bor, Rest Eisen eine merklich geringere Bearbeitbarkeit bzw. Schneidgeschwindigkeit von nur 30,8 m je Minute besaß. Mithin besitzt die Legierung H mit einem Borgehalt außerhab des erfindungsgemäßen Bereichs eine sehr schlechte Bearbeitbarkeit. Bei Zerspanungsversuchen mit einer Schneidtiefe von 0,64 mm an herkömmlichen Werkstoffen ergab sich dagegen eine gute Zerspanbarkeit, die kaum durch Änderungen der Gehalte an Aluminium und Bor innerhalb der erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen beeinträchtigt wurde. Für die bessere Zerspanbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung gibt es noch keine theoretische Erklärung. Es wurde im übrigen festgestellt, daß etwa 0,06 PS/cnr je Minute beim Zerspanen der erfindungsgemäßen Legierung erforderlich sind, woran sich wiederum das überraschend gute Zerspanungsverhalten zeigt.

Beispiel 3

Um die Wirkung des Aluminium und Bors auf die Querduktilität bei Raumtemperatur zu veranschaulichen, wurden vier 15 kg Vakuumschmelzen hergestellt. Die Analysen der erfindungsgemäßen Legierungen 10 und 11 sowie zweier nicht unter die Erfindung fallender Vergleichslegierungen F und G sind in der nachfolgenden Tabelle XII zusammengestellt.

Tabelle XII

Legie- C Ni Cr Al Nb Ti B Fe

10 0,03 40,26 15,22 0,05 2,98 2,20 0,0014 Rest

11 0,035 40,39 15,07 0,25 3,05 2,27 0,0013 Rest

F 0,04 40,31 15,67 0,03 2,99 2,18 0,0062 Rest G 0,046 40,36 14,93 0,24 2,98 2,21 0,0084 Rest

Die Blöcke der zu schmiedenden Legierungen wurden sechzehn

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Stunden bei 1149 C homogenisiert und dann auf Quadratstäbe mit einer Kantenlänge von 5,7 cm ausgeschmiedet. Die Versuche wurden in Längs- und Querrichtung bei Raumtemperatur und bei 649⁰C im Schmiedezustand, nach einem halbstündigen Glühen bei 982⁰C und im geglühten und ausgehärteten Zustand durchgeführt. Das Aushärten bestand in einem dreistündigen Glühen bei 843⁰C, anschließendem Abkühlen in Luft, achtstündigem Glühen bei 719⁰C, Ofenabkühlung mit einer Geschwindigkeit von 56°C/h auf 621⁰C, achtstündigem Halten bei dieser Temperatur und anschließendem Abkühlen in Luft, Das Zeitstandverhalten in Längsrichtung wurde bei 649°C und einer Belastung von 70,3 kp/mm unter Verwendung glatter und gekerbter Proben untersuchte Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle XIII zusammengestellt.

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Tabelle XIII

C
U
α
*·
U
"ν,
C
U

Legie-

Zustand

Raumtemperatur

Streck
grenze
ρ
(kp/mm )

Zugfe
stigkeit
ρ
(kp/mm )

Deh
nung
(%)

Ein
schnü
rung
(*)

649⁰C

Streck
grenze
p
(kp/mm )

Zugfe
stigkeit
p
(kp/mm )

Deh
nung
00

Ein-
schnü-
³^

10
11
F
G

Schmiedezustand
geglüht
geglüht u. ausgehärtet (L)
geglüht u. ausgehärtet (Q)
Schmiedezustand
geglüht
geglüht u. ausgehärtet (L)
geglüht u. ausgehärtet (Q)
Schmiedezustand
geglüht
geglüht u. ausgehärtet (L)
geglüht u. ausgehärtet (Q)
Schmiedezustand
geglüht
geglüht u. ausgehärtet (L)
geglüht u. ausgehärtet (Q)

57,3
30,2
99,2
105,5
79,5
35,1
111,1
108,7
51,3
28,2
101,3
106,2
76,7
30,9
112,5
110,8

94,9
74,9
132,9
130,1
117,4
81,2
136,4
131,9
89,3
74,5
132,2
114,6
104,8
73,1
135,7
121,7

32
44
17
8
I8
43
18
8
28
49
18
2
16
34
18
4

32
49,5
21
15
23
44,5
25
12
33
40,8
27
8
22
36,5
26
10

86,5
85,8
91,4
89,0
86,1
84,4
90,7
87,2

102,0
99,9
105,5
102,3
102,7
98,1
102,7
101,6

22
18
22
24
24
5
24
21

48
25
48
30,5
51
51
29,5

L = Längsprobe Q = Querprobe

ro

cn

Die Daten der vorstehenden Tabelle zeigen, daß die Lehre der Erfindung hinsichtlich der Gehalte an Aluminium und Bor eine wesentliche Verbesserung der Querduktilität ergeben,

Beispiel 4

Im Vakuum-Induktionsofen wurde eine Legierung mit 0,01% Kohlenstoff, 0,1% Mangan, 0,06% Silizium, 40,6% Nickel, 16,14% Chrom, 0,27% Aluminium, 1,76% Titan, 2,68% Niob, 0,0025% Bor, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen erschmolzen. Die Schmelze wurde unter Luft zu einer Bramme mit einem Gewicht von 2495 kg und einem Querschnitt von 27,9 x 114,3 x 127,0 cm in Anwesenheit eines Flußmittels vergossen. Die Bramme wurde dann auf 1121⁰C erwärmt und bis auf eine Dicke von 25,4 cm heruntergeschmiedet, alsdann sechzehn Stunden bei 1121⁰C geglüht, auf eine Dicke von 15,4 cm heruntergewalzt, erneut bei 1121⁰C geglüht und zu einer Platine mit einer Dicke von 7,6 cm ausgewalzt. Die Platine wurde dann auf 1121⁰C erwärmt und zu einem 6,4 mm dicken Warmband ausgewalzt. Die ausgezeichnete Verformbarkeit erwies sich in allen Verformungsstufen. Eine Querprobe unmittelbar neben dem abgeschöpften Ende war frei von Streifen. Das Warmband wurde bei 1038 bis 1093⁰C und ein Teil außerdem eine Stunde bei 954°C geglüht. In diesem Zustand betrug die Streckgrenze

ρ ρ

30,0 kp/mm , die Zugfestigkeit 70,8 kp/mm und die Dehnung 49%. Alsdann wurde eine geglühte Probe durch achtstündiges Glühen bei 732°C, Ofenabkühlen auf 621⁰C und ein achtstündiges Halten bei dieser Temperatur ausgehärtet. Im ausge-

härteten Zustand betrug die Streckgrenze 106,9 kp/mm , die Zugfestigkeit 132,2 kp/mm², und die Dehnung 22%. Somit zeigt dieser Versuch die Eignung der erfindungsgemäßen Legierung zum Herstellen von Flachmaterial mit hoher Zugfestigkeit bei üblichem Schmelzen und Abgießen von Brammen.

109843/1051

Beispiel 5

Um die Wirkung des Aluminiums weiter darzutun, wurden mehrere 15 kg-Schmelzen im Vakuum-Induktionsofen mit derselben Grundzusammensetzung, und zwar 0,04% Kohlenstoff, 0,22% Mangan, 0,16% Silizium, 40,3% Nickel, 16,7% Chrom, 2% Titan, 3,1% Niob, 0,0028% Bor, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen hergestellt, die verschiedene Aluminiumgehalte aufwiesen. So enthielt die Schmelze 12A 0,033% Aluminium, die Schmelze 12B 0,12% Aluminium, die Schmelze 12C 0,2% Aluminium, die Schmelze 12D 0,44% Aluminium, die Schmelze 12E 0,65% Aluminium und die Schmelze 12F 0,9% Aluminium. Die Schmelzen wurden zu Blöcken vergossen und diese zu Quadratstäben mit einer Kantenlänge von 1,43 cm ausgeschmiedet_e Die Stäbe wurden dann eine halbe Stunde bei 1038⁰C geglüht, in Luft abgekühlt und alsdann mit einem dreistündigen Glühen bei 843⁰C, einem achtstündigen Glühen bei 718⁰C, Ofenabkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 56°C/h auf 621⁰C, anschließendem achtstündigen Halten bei dieser Temperatur und Abkühlen in Luft ausgehärtet. Die geglühten und ausgehärteten Proben wurden bei Raumtemperatur und 649°C untersucht, wobei sich die in Tabelle XIV zusammengestellten Daten ergaben.

109843/ 1 OB 1

	Streck	Tabelle XIV	Dehnung	Einschnürung
	grenze		*{%)*	(%)
Legie	(kp/mm )	Zugfestig
rung		keit
	99.9	(kp/mm )	18	26
	105.5	Räumt emp e ratur	16	25
12A	109,7	134.3	16	23
12B	111.1	136.4	17	22
12C	102.0	138.5	18	27
12D	105.5	144«, 2	18	27
12E		139.6
12F	89oO	145.6	25	52.5
	90.0	649⁰C	23	49.5
12A	94.2	100.9	22	43
12B	90.7	103.4	21	47
12C	87« 2	104.4	24	44,5
12D	92.5	104.1	25	54
12E	102.7
12F	107.9

Außer den vorerwähnten Versuchen wurden geglühte und ausgehärtete Stähle der Legierung einem Zeitstandversuch bei 649°C und einer Belastung von 70,3 kp/mm mit den in der Tabelle XV aufgeführten Ergebnissen unterworfen.

1 0 9 8 A 3 / 1 Π 5 1

Tabelle XV

Legierung Standzeit Dehnung Einschnürung

12A	4O₀ 8	15.5	33
12B	147.6	11	24
12C	106	11	20
12D	125.6	8	13
12E	41 „8	12.5	20
12F	41.3	16.5	14

Die Versuchsergebnisse der Tabelle XV bestätigen_s daß sich eine optimale Streckgrenze und Zeitstandfestigkeit bei der vorerwähnten Wärmebehandlung ergeben, wenn der Aluminiumgehalt 0,2 bis Ο,459ό beträgt.

Die erfindungsgemäße Legierung eignet sich als Werkstoff, insbesondere für Bleche, Platinen, Band, Stäbe und Rohre sowie für Gegenstände wie Strangpreßteile, Ringe, Druckkessel, Hochtemperatur-Rohre, Bolzen und Federn, die bei hoher Temperatur unter Belastung verwendet werden.

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Claims

Henry Wiggin & Company Limited, Thames House, Millbank, London, S. W. 1, Großbritannien Patentansprüche:

1. Aushärtbare Nickel-Chrom-Stahllegierung, bestehend aus

35 bis 46% Nickel, 12 bis 20% Chrom, 1,25 bis 2,5% Titan, 2,25 bis 3,5% Niob bei einem Gesamtgehalt an Titan und Niob von mindestens 4%, 0,005 bis 1,0% Aluminium, 0,0005 bis 0,005% Bor und bis 0,08% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.

2. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch 14,5 bis 17,5% Chrom, 39 bis 44% Nickel, 1,5 bis 2% Titan, 2,5 bis 3% Niob und höchstens 0,5% Aluminium enthält.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch höchstens 0,06% Kohlenstoff enthält.

4. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, die jedoch 0,1 bis 0,4% Aluminium enthält.

5. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Werkstoff für Gegenstände, die eine gute Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit besitzen müssen.

6. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Werkstoff für Gegenstände, die neben einer guten Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit eine hohe Warmfestigkeit besitzen müssen.

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