DE2106506A1 - Hochtemperaturlegierungen - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 8. Febl*Uar 1971 VA// Named.Anm. BLAW-KNOX COMPANY

Hochtemperaturlegierungen

Die Erfindung betrifft Hochtemperaturlegierungen sowie insbesondere eine Legierung und aus derselben hergestellte Teile, welche im Temperaturbereich von 871 bis 1.204° C hohe Festigkeit und niedrige Kriechgeschwindigkeit, zusammen mit Wider- I stand gegen Korrosion und Hitzeschock aufweisen· Der Bedarf an Legierungen, welche im Temperaturbereich von 1.093° C hohe Festigkeit und niedrige Kriechgeschwindigkeit, zusammen mit Widerstand gegen Korrosion und Hitzeschock aufweisen, ist seit langem erkannt worden« Die in diesem Temperaturbereich verwendeten üblichen Legierungen waren für die meisten Anwendungen nicht zufriedenstellend wegen der hohen Kriechgeschwindigkeit, der -Korrosion und der mangelnden Festigkeit bei Temperaturen von etwa 871 bis 1·204° C·

Eine neuartige Legierung, welche niedrige Kriechgeschwindigkeit und hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweist, | welche gegen Korrosion und Hitzeschock widerstandsfähig ist und welche ungewöhnliche Reißbeanspruchungseigenschaften bei erhöhten Temperaturen aufweist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,3 bis 0,9 % Kohlenstoff, etwa 20 bis 30 % Chrom, etwa 15 bis 35 % Nickel, etwa 0,8 bis 4 % Mangan, etwa 0,9 bis 3,5 % Silicon, etwa 0,3 bis 5 % Wolfram, etwa 0,03 bis 0,15 % Schwefel und den Rest Eisen mit restlichen Verunreinigungen in gewöhnlichen Mengen enthält.

Es wurde eine Legierung entwickelt, welche hohe Festigkeit und niedrige Kriechgeschwindigkeit, zusammen mit Widerstand gegen Korrosion und einem hohen Widerstand gegen Hitzeschock

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bei Temperaturen von etwa 871 bis 1.204° C aufweist. Die überraschenden Eigenschaften dieser Legierung scheinen insbesondere abhängig zu sein von der Regelung des Gehalts an Kohlenstoff, Mangan, Wolfra«m und Schwefel innerhalb einer kritischen Analyse auf Nickel-Chrom-Eisen-Basis· Der allgemeine Zusammensetzungsbereich der Legierung gemäß der Erfindung liegt innerhalb der folgenden Grenzen:

Schwefel etwa 0,03 % bis etwa 0,15 % Kohlenstoff etwa 0,3 % bis etwa 0,9 % Chrom etwa 17 % bis etwa 30 %

Nickel etwa 15 % bis etwa 35 % Mangan etwa 0,8 % bis etwa 4 % Silicon etwa 0,9 % bis etwa 3,5 % Wolfram etwa 0,3 % bis etwa 5 % Rest Eisen mit restlichen Verunreinigungen in

gewöhnlichen Mengen

Während die vorstehende allgemeine Legierungszusammensetzung im allgemeinen zufriedenstellende Ergebnisse bei oder oberhalb 982° C liefert, wurde gefunden, da8 für längeren Betrieb oberhalb etwa 1.150° C der folgende engere Zusammensetzungsbereich verwendet werden soils

Schwefel etwa 0,035 bis etwa 0,1 % Kohlenstoff etwa 0,35 % bis etwa 0,75 % Chrom etwa 20 % bis etwa 30 % Nickel etwa 30 % bis etwa 35 % Mangan etwa 1,2 % bis etwa 2,4 Ji Silicon etwa 1,2 % bis etwa 2,5 % Wolfram etwa 1,75 # bis etwa 5 % Rest Eisen mit restlichen Verunreinigungen in

gewöhnlichen Mengen

Eine einzige bevorzugte Zusammensetzung würde sein: Schwefel etwa 0,075 %

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Kohlenstoff etwa 0,4 %

Chrom etwa 23 %

Nickel etwa 30 %

etwa 1,5 %

Silicon etwa 2 %
Wolfram etwa 1,75 %
Rest Eisen mit restlichen Verunreinigungen in

gewöhnlichen Mengen

Die Erfindung ist überraschend, indem der hohe Schwefelgehalt in der vorliegenden Legierungszusammensetzung genau in entgegengesetzter Weise zu wirken scheint als erwartet würde. Es 1st seit langem erkannt worden, daß das Vorhandensein von mehr als f etwa 0,025 % Schwefel in Legierungen auf Stahl- oder Eisenbasis zu Rotbrüchigkeit führt, sowie daß die Festigkeit und der Widerstand gegen Reißen bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Bearbeitung oder Belastung, stark verringert werden. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Legierung durch das Vorhandensein von Schwefel die Lebensdauer unter Beanspruchung bei hoher Temperatur wesentlich vergrößert. Die Versuche haben gezeigt, daß das Vorhandensein von Schwefel in dem beanspruchten Bereich die Reißbeanspruchungsdauer um das Vier- bis Neunfache vergrößert im Vergleich mit der gleichen Legierung, welche Schwefel in dem üblicherweise angenommenen Bereich von 0 bis 0,025 % enthält. Dies ist ein äußerst überraschendes Ergebnis. *

Die Erfindung kann vielleicht durch das folgende Beispiel am besten veranschaulicht werden.

BEISPIEL

Es wurden zwei Legierungen geschmolzen, welche die folgenden Zusammensetzungen aufweisen:

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Legierung I 0,42 1,46 Legierung II 0,41 1,46

Rest

	Ni	6	Cr	7	V	2106506
Si	25,	5	22,	5	1	S
1,85	25,		22,		1	,42 0,015
1,87			,44 0,076

Legierung I Eisen + übliche Verunreinigungen Legierung II Eisen + übliche Verunreinigungen

Die Legierung I ist eine anerkannte Hochtemperaturlegierung, welche im Vergleich mit den meisten Legierungen außergewöhnliche Reißbeanspruchungselgenschaften aufweist· Die Legierung wird von der Anmelderin unter dem Warenzeichen Mo Re Nr. 1 für die Anwendung bei hoher Temperatur und hoher Beanspruchung verkauft.

Die Legierung II weist eine Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung auf.

Aus diesen beiden Legierungen wurden identische Probe stäbe geformt, die unter gleichen Bedingungen Reißbeanspruchungsversuchen bei 1.038° C und unter einer Belastung von 1·540 kg unterworfen wurden.

Der aus der Legierung I geformte Probestab hatte eine Lebensdauer von 100 Stunden.

Der aus der Legierung II geformte Probestab hatte eine Lebensdauer von 883 Stunden oder fast das Neunfache der Lebensdauer der besten Legierung, die bisher für Anwendungen bei hoher Temperatur und hoher Beanspruchung verfügbar war. Dies ist ein sehr überraschendes Ergebnis.

Der Grund für dieses überraschende Ergebnis ist nicht bekannt. Es wird jedoch angenommen, daß es das Ergebnis einer Wiederverteilung von Carbiden in der Matrize ist infolge des Vorhanden-

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seins von Schwefel in dieser besonderen Legierungszusammensetzung. Selbstverständlich kann es aber auch das Ergebnis der Bildung einer komplexen Schwefel-Metallcarbidverbindung sein. Auf jeden Fall ist es ein äußerst einzigartiges und Überraschendes Ergebnis·

Patentansprüche :

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Claims (3)

Or. Ing. E. BERKENFELD · D i ρ I.-1 η g. H. B E RKE N F E LD, Patentanwälte, KoI η Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom 8 ο FebrUar 1971 VA// Named.Anm. BLAW-KNOX C(MPAM PATENTA NSPRÜCHE

1. Legierung mit niedriger Kriechgeschwindigkeit und hoher Festigkeit, die gegen Korrosion und Hitzeschock bei erhöhten Temperaturen widerstandsfähig ist und die ungewöhnliche Reißbeanspruchungseigenschaften bei erhöhten Temperaturen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 0,3 bis 0,9 % Kohlenstoff, etwa 20 bis 30 % Chrom, etwa 15 bis 35 % Nickel, etwa 0,8 bis 4 % Mangan, etwa 0,9 bis 3,5 Si Silicon, etwa 0,3 bis 5 % Wolfram, etwa 0,03 bis etwa 0,15 % Schwefel und den Rest Eisen mit restlichen Verunreinigungen in gewöhnlichen Mengen enthält.

2. Legierung mit niedriger Kriechgeschwindigkeit und hoher Festigkeit, die gegen Korrosion und Hitzeschock bei erhöhten Temperaturen widerstandsfähig ist und die ungewöhnliche Reißbeanspruchungseigenschaften bei erhöhten Temperaturen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 0,35 bis 0,75 % Kohlenstoff, etwa 20 bis 30 % Chrom, etwa 30 bis 35 % Nickel, etwa 1,2 bis 2,4 % Mangan, etwa 1,2 bis 2,5 % Silicon, etwa 1,75 bis 5 % Wolfram, etwa 0,035 bis 0,10 % Schwefel und den Rest Eisen miljtoeetlichen Verunreinigungen in gewöhnlichen Mengen enthält.

3. Legierung mit niedriger Kriechgeschwindigkeit und hoher Festigkeit, die gegen Korrosion und Hitzeschock bei Temperaturen von 871 bis 1.204° C widerstandsfähig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 0,4 % Kohlenstoff, etwa 23 $ Chrom, etwa 30 # Nickel, etwa 1,5 % Mangan, etwa 2 % Silicon, etwa 1,75 % Wolfram, etwa 0,075 % Schwefel und den Rest Eisen mit restlichen Verunreinigungen in gewöhnlichen Mengen enthält.

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