DE2124580A1

DE2124580A1 - Behandlung von Legierungen auf Nickelbasis zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften

Info

Publication number: DE2124580A1
Application number: DE19712124580
Authority: DE
Inventors: Edgar Earl Glastonbury; Boettner Raymond Charles Windsor; Conn. Brown (V.StA.)
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US3660177A; CH538545A; IL36403A0; FR2089069A5; DE2124580C2; GB1320442A; BE767327A; JPS572143B1; IL36403A; SE379557B; CA941717A

Description

München, den 17. Mai 1971 Anwaltaaktenz.: Ik - Pat. 92

United Airoraft Corporation, 400 Main Street, East Hartford, Connecticut 0610b, Vereinigte Starten von Amerika

Behandlung von Legierungen auf Nickelbasis zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften.

Die Erfindung betrifft Legierungen auf Nickelbasis und insbesondere ein Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften und der Ermüdungsbestandigkeit.

Im Gasturbinenbau, wo widerstandsfähige Legierungen auf Nickelbasis von großem Nutzen sind, ist die Ermüdungsbestandigkeit der Legierungen einer der kritischsten Faktoren. Für Turbinenseheiben und -wellen kann die Ermüdungsbeständigkeit, insbesondere jene bezogen auf kleinen Zyklus, der begrenzende Faktor der Lebensdauer von solchen Bauteilen sein. Obschon das Ermüdungsproblem in verschiedenen Fällen durch Einsatz anderer Materialien oder durch Änderungen in der Legierungschemie gelöst werden kann, werden solche Maßnahmen, meistens aus wirtschaftlichen Gründen, nur ungern ergriffen.

Es ist bekannt, daß die physikalischen Eigenschaften vqn Maschinenteilen nioht nur durch ihre chemische Zusammensetzung, sondern auoh durch ihre Herstellungsweise bestimmt werden. Durch ein sachgemäßes .Verfahren können an bestimmten Legierungen spezifische Eigenschaftsänderungen erzielt

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werden oder die Legierungseigenschaften können verbessert werden. Ein solch verbessertes Verfahren ist in der Anmeldung vom 29 Oktober 1969, Nr. P 19 54- 659-9, betitelt "Verfahren zur Verbesserung des Ermüdungswiderstandes von bestimmten Legierungen auf Nickelbasis", beschrieben.

Ein anderes verbessertes Verfahren anwendbar auf Superlegierungen auf Nickelbasis ist in der Anmeldung vom 19· September 1970, Nr. P 20 4-6 4-09.9 beschrieben, betitelt "Thermomechanische Verfestigung der Superlegierungen".

Von besonderem Interesse in diesem Verfahren sind die Legierungen auf Nickelbasis vom Typ Inconel 718, Incoloy 901 und Waspaloy, welche die nachfolgenden chemischen Grundstoffe aufweisen.

	Inconel 718	Incoloy 901	Waspaloy
Ni	Gleichgewicht	Gleichgewicht	Gleichgewicht
Cr	18.5	12.5	19.5
Co	-	-	13.5
C	0.1	0.1	0.08
Fe	18		-
Ti	0.9	-	3
Al	0.6	2.6
Mo	3	6	4-
Andere	5 (Nb+Ta)	0.015 (B)	0.005 (B)
			0.08 (Zr)

Diese Erfindung beschreibt die Behandlung von bestimmten, durch Ausscheidung gehärteten Legierungen auf Nickelbasis, um ihre Ermüdungseigenschaften zu verbessern. Es ist anwendbar auf solche Legierungen auf Nickelbasis welche intermetallische Verbindungen ausscheiden, wie zum Beispiel eine Eta (Ni,Nb, Ni₅Ti) Phase oder eine überalterte y' (Ni,Al, Ti) Phase, welche über der Rekristallisationstemperatur der Legierung stabil and und welche in der MikroStruktur unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Legierung ausgebildet werden können. Diese werden im Nachfolgenden allgemein als "nadelige Phasen" bezeichnet.

In diesem Verfahren werden die Legierungen thermodynamisch

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-3- 2 1 ? Λ 5 B Π

behandelt, um eine regelmässige Verteilung einer feinen nadeligen Phase zu erhalten, und dann rekristallisiert. Die regelmässige Verteilung der nadeligen Phase kann auf verschiedene Weisen erhalten werden, unter anderm durch: Kalt- oder Warmbehandlung der Legierung, gefolgt von Warmbehandlung der so bearbeiteten Struktur um eine sphäroidische Eta oder eine überalterte ^ Phase auszuscheiden; Warmbehandlung bei einer Temperatur die die Ausscheidung der nadeligen Phase während der Verformung ermöglicht; oder Ausbildung der bekannten nadeiförmigen Eta-Phase gefolgt von einer thermomechanischen Behandlung zur Umwandlung dieser Phase in die gewünschte nadelige Phase, wie z.B. in die feine sphäroidische Eta-Phase.

In einem bevorzugten Verfahren für Legierungen, welche eine Eta-Phase ausscheiden können, wird die Legierung zuerst einer Warmbehandlung unterworfen um die Heterogenität der Legierung herabzusetzen und um die übliche nadeiförmige Eta-Phase auszuscheiden; danach wird sie warmbehandelt um eine Umwandlung der Eta-Phase in eine gleichförmig verteilte feine sphäroidische Eta-Phase zu erhalten, daraufhin wird sie rekristallisiert um eine MikroStruktur mit einer Korngrösse von ASTM 10-13 oder feiner auszubilden. Normalerweise werden dann die Legierungen den üblichen Alterungs-Warmbehandlungen zur Verfestigung unterworfen.

Figur 1 zeigt eine Mikrofotografie eines herkömmlich bearbeiteten Inconel 718 Stangenmaterials welches eine vergleichsweise grobe Korngrösse (ASTM 4-5) ohne bedeutenden Anteil einer Eta-Phase aufweist (150x vor der Reduktion).

Figur 2 zeigt eine Mikrofotografie eines Inconel 718 Musters welches gemäss dieser Erfindung behandelt wurde und eine &ne Korngrösse aufweist (ASTM 12) (250x vor der Reduktion).

Figur 3 zeigt eine Mikrofotografie in Vergrösserung, des Musters der Fig. 2, welche eine gßichmässige Verteilung der verfeinerten Korngrösse der sphäroidischen Eta-Phasen Partikeln zeigt (lOOOx vor der Reduktion).

Figur 4 zeigt ein Diagramm welches die Ermüdungsbeständigkeit von Incoloy 901 in Funktion der Korngrösse darstellt.

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- 4 - 71?/iRR0

Die Nachfragen für verbesserte Leistungsfähigkeit der Maschinen und für erhöhte Arbeitstemperaturen derselben, sowie für verbesserte Programme zur Erzielung einer erhöhten Lebensdauer der Ma;ohinenbestandteile sind soweit fortgeschritten, dass die Materialgrenzen erreicht wurden. Insbesondere waren in mehreren Fällen die Wellen und Scheiben von Gasturbinen durch einen niedrigen Ermüdungszyklus begrenzt. Bei Untersuchungen des Ermüdungsverhaltens von verschiedenen Legierungen auf Niokelbasis in Funktion der Warmbehandlung, wurde festgestellt, dass durch ultra-feine Korngrössen die verbesserten Ermüdungs- und Widerstandseigenschaften stark verbessert werden können. Es wurde ausserdem festgestellt, dass bei entsprechender Behandlung die Korngrösse durch Ausscheidung von bestimmten intermetallischen, nadeligen Phasen vor der Rekristallisation wesentlich vermindert werden kann.

Tm Falle von Inconel 718, kann eine Korngrössenverfeinerung Ausscheidung einer Eta-Phase vor der Rekristallisation erzielt werden. In dieser Legierung ist Eta eine orthorhombische Ni,Nb Phase welche in dieser Legierung bei Temperaturen zwischen 871 -^f^27 C ausgeschieden wird und welche über der Legierungsrekristallisationstemperatur stabil ist. Da die Eta-Phase normalerweise in einer vollständig getemperten Legierung ausgeschieden wird, bildet sie an der Korngrenze Nukleate und wächst vorzugsweise längs den kristallographischen Ebenen (ill) es bilden sich lange, gerade Nadeln welche jedes Korn durchqueren, i/a sie in dieser Form nicht wesentlich zur Verfestigung der Legierung beiträgt und in der Tat der Bildung einer verhärtenden y' Ausscheidung enfeegenwirkt, wurde in den meisten Artikeln gefolgert, dass die Eta-Phase zu vermeiden sei.

Wenn aber die Eta-Ausscheidung in einem Material, welches unter der Rekri-siallisationstemperatur verformt oder auf eine andere Art und Weise passend bearbeitet wurde, erzwungen wird, kann äne regelmässige Verteilung der Ausscheidung in der Matritze erhalten werden. Diese Verteilung erscheint gewöhnlich in der Metallografie in Form von sphäroidischen Partikeln, deren Durchmesner sich zwischen 1-3 Mikron bewegt, (siehe Figur 3). Wenn die Legierung dann in Gegenwart der gleichmäs-

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-5- "M^ 580

sigen Verteilung der feinen sphäroidischen Eta-Phase rekristallisierfc wird, werden die neu geformten Korngrenzen die Etakörner einschliessen und ein Körnerwachstum verhindern. Dadurch wird eine feinere und regelmässigere Korngrösse, als bei den herkömmlichen Verfahren erhalten. Dies kann an Hand der Mikrostrukturen der Figuren 1 und 2 festgestellt werden. Schon früh wurde festgestellt, dass eine Verringerung der Korngrösse von ASTM 5 auf wenigstens ASTM 10 die Ermüdungsbeständigkeit um ungefähr 40% verbessert. Deshalb ist es jetzt möglich Legierungen auf Nickelbasis herzustellen welche dieselben oder grössere Ermüdungsbeständigkeiten aufweisen als die Legierungen auf Eisenbasis in welchen die Ermüdungsbeständigkeit von der Korngrösse unabhängig ist.

Diese wesentlichen Verbesserungen der Eigenschaften, wurden nur in solchen Legierungen auf Nickelbaäs erzielt, welche eine feine Korngrösse aufwiesen, welche nicht nur eine Punktion der Warmbehandlung, sondern ebenfalls der Verfahrensparametern und deren Reihenfolge ist. Um ähnliche und optimale Resultate zu erzielen, ist eine strenge Kontrolle während dem ganzen Arbeitsgang, unter anderem eine genaue Kontrolle der Schmiedesowie der weiteren Verformungsvariablen erforderlich.

Die Versuche ergaben, dass verschiedene Kriterien erfüllt sein müssen, um erfolgreiche Resultate zu erzielen. Die nadelige Ausscheidung muss bei Temperaturen über der Rekristallisationstemperatur stabil sein, da die Korngrösseverfeinerung der Ausscheidung selbstverständlich von der Anwesenheit während dem Rekristallisationsverfahren abhängig ist. Die nadelige Ausscheidung muss unter den Rekristallisationstemperaturen in grossen Mengen ausgeschieden werden und muss regelmässig in der Mikrostruktur verstreut sein. Die Rekristallisation muss nach der Ausbildung und der Verteilung der nadeligen Ausscheidung stattfinden. Wegen praktischen Erwägungen im Produktionsvorlauf ist ein angemessener Intervall zwischen der Rekristallisationstemperatur und der Lösungstemperatur der nadeligen Ausscheidung vorzuziehen, wie nachfolgend ausführlicher erklärt ist.

Bei it;r Incoloy 901 Legierung bildet sich eine AusechtJ.iifii iii i'brm

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einer hexagonalen Ni ,Ti Eta-Phase aus welche ähnliche Eigenschaften als die Ni^Nb Phase des Inconels 718 hat. Eine Verzögerung des Kornwachstums durch eine regelmässige Verteilung einer sphäroidischen Eta-Phase wurde ebenfalls mit dieser Legierung erhalten,Verglichen mit dem durch herkömmliche Verfahren bearbeitetem Incoloy 901 weisen die feinen Kornstrukturen, welche gemäss der Behandlung der Erfindung ausgebildet wurden und Korngrössen von ASTM 10 (.0002 Zoll Durchmesser) oder roch kleiner aufweisen, höhere Ermüdungs- und Biegungsfestigkeitseigenschaften auf. Biegungsfestigkeit und Streckgrenze werden um ungefähr 10-20% erhöht, und die Lebensdauer bei grosser Anzahl von Ermüdungszyklen (high cycle fatigue HFC) wird um etwa 40% verlängerb.

in der üblichen Zusammensetzung ist die Behandlung von Incoloy 901 schwierig. Währendem Inconel 718 ein Temperaturintervall von 28°-52°G zwischen der Lösungs- und der Rekristallisationstemperatur aufweist, ist der Temperaturintervall für Incoloy 901 nur ungefähr 8°-IM-⁰ C. Wegen dieses knappen TemperaturintervaLIs gestaltet sich die Behandlung solcher Legierungen schwieriger. In der Tat ist es möglich diese Probleme durch verschiedene Aenderungen in der Zusammensetzung der Legierungen zu lösen.-Die Eta-Lösungstemperatur wird in der folgenden Tabelle I für die einzelnen veränderten Zusammensetzungen angegeben.

Tabelle I mp.(°C) C

.03

.03 a- Kontrollzusammensetzung

Wird der Prozentsatz an Cr, Mo und Ti erhöht,so steigt die Losungs temperatur und für alle Zusammensetzungen scheint, die Hekriütallisationstemperatur unter 968 C zu liegen. Diese veränderten Legerungen können so au der gewünschten Korngrösse bei roheren Schmiede temper a tür en und über grössere Temper?« fcur-

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Muster	Eta Losungs
Ix	968°-982°
2	1O38°-1O51°
3	1025°-1038°
4	996°-1010°
e;	996°-1010°

Cr	Mo	Ti	B	Ni	Fe
13.5	5-5	2.9	.015	45	BaI.
15.5	7.1	4	.015	45	do*
13.5	7.1	4	.015	45	do.
11.5	7.1	4	.015	45	dO α
13.5	5.5	4	.015	45	do.

_ ₇ . 217ΛΒ8.Π

Intervalle als die der Kontrollzusammensetzung geschmiedet werden.

Das vorliegende Verfahren wurde ebenfalls auf Waspaloy angewandt, in welchem die Kornwachstumsverzögerungsfunktion, während der Rekristallisation durch eine überalterte Ausscheidung gegeben war. Diese nadelige Ausscheidungen welche einen Mitteldurchschnitt von 0,5-1 Mikron aufweisen, werden vor dem Schmieden oder anderen Verformungsverfahren einer Warmbehandlung zwischen 982-996⁰C während 24-48 Stunden ausgeschieden.

Die Rekristallisation ist ein Verfahren in welchem kaltbearbeitete Materialien durch Kernkristallbindung und neues Kornwachstum in eine spannungsfreie Struktur übergeführt werden. In den durch Ausscheidung gehärteten Legierungen auf Nickelbasis wird die Rekristallisation über der Lösungstemperatur der verhärtenden Phase oder Phasen ausgeführt. Bei den Inconel 718 und Incoloy 901 Legierungen sind die nadeligen Eta-Ausscheidung und die verhärtende y' Phase durch verschiedene Lösungstemperaturen gekennzeichnet und die Rekristallisation WLrd über der y' Lösungstemperatur, aber unter der Ausscheidungstemperatur der nadeligen Phase ausgeführt. Im Falle des herkömmlicnen Waspaloy sind die nadelige Ausscheidung und die verhärtende Phase im wesentlichen chemisch und metallurgisch identisch, der Hauptunterschied besteht in der Grosse der Ausscheidung. Wegen -diesem Grössenunterschied ist es möglich die verhärtende Phase zu lösen, und den Einfluss der überalterten Ausscheidung zur Korngrössekontrolle zu erhalten da die kleineren Partikeln leichter gelöst werden. Das Rekristallisationsverfahren ist hingegen in diesen Legierungen Zeitbegrenzt.

Tabelle II vergleicht die Ausscheidungseigenschaften der Ein und der verhärtenden v·' Phasen in den Inconel 718 und der Incoloy 901 Legierungen.

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Tabelle II

Vergleich der Reaktionen der nadeiförmigen and der verhärtenden Ausscheidungen Phase Chemische Kristalle·- Angenäherte Ausscneidungs- Stabilitäts- Verhärtungs-Zusammensetzung graphische Grosse der temperaturbe- temperatur eigenschaften Struktur Partikeln reich /⁰C) (°0)

Eta Ni-NTd(InconeI 718) ortho- 10,000-

rhombisch 20,000 hexagonal (optisch

sichtbar)

CD CD OO C-CD

y Ni₇₁Nb (718)

^ Ni₃Ti (901)

Ni₃(Al,Ti) (Wasp) Körper-

Flächen- 3OO-5OOA^U

zentriert

Kubisch oder (optisch

unsichtbar) zentriert Tetragonal

538°-816°

überalterte Ni, (Al, ¹Pi)

Flächenzentriert Kubisch

O.5-I Mikron 968°-1010°

(718)

954° (901)

927°-982°

1010

Keine

Hauptsächlicher Verhärtungsmechanismus

begrenzte Verhärtung

Ol OO CD

_ 9 - / ! ■ ^{A 1}^ H Π

Wie in der Tabelle II angegeben wird Eta in den Inconel 718 und Incoloy 901 Legierungen mit der herkömmlichen chemischen Zusammensetzung im Bereich von 816-927°C ausgeschieden. Wenn vollständig getempertes Material einer Warmbehandlung in diesem Temperaturbereich unterworfen wird, wird die Eta Ausscheidung als nadelförmige Phase auftreten wohingegen die gewünschte Verfeinerung der Korngrösse von der Anwesenheit von Eta in Form einer gleichmässigen Verteilung von sphäroidischen Partikeln abhängt.

Die sphäroidischen Eta Ausscheidung kann durch eine der zwei folgenden Verfahren erhalten werden:

1) Warmbehandlung kaltbearbeiteter Legierungen dieses Typs in einem Temperaturbereich von 871°-927°C oder ·

2) Warmbehandlung unterhalb der Rekristallisationstemperatur bei ungefähr 954-°C. Zusätzlich kann die sphäroidische Eta Phase durch Warmbearbeitung der Legierungen, welche eine nadelförmige Eta Phase aufweisen, unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Legierung erhalten werden.

Die Dauer und der Umfang der Bearbeitung sind nicht kritisch, falls genug Energie zur Rekristallisation der Struktur abgegeben wird um eine sphäroidische Eta Ausscheidung in diesen Legierungen zu erhalten. Eine Verformung bei Raumtemperatur von Inconel 718 überschreitet gewöhnlich eine 4-0% Reduktion der Dicke und eine solche von Incoloy 901 eine 50% Reduktion um eine sphäroidische Eta Ausscheidung bei nachfolgender Warmbehandlung zu ermöglichen.

Im Falle von Waspaloy wird eine überalterte # Ausscheidung durch eine Wärmebehandlung zwischen 982°-996°G während 24—48 Stunden in das Material eingeführt. Da die so entstandene Ausscheidung weit und unzusammenhängend ist, verglichen mit der verhärtenden ^¹ Phase welche bei ungefähr 760⁰C ausgebildet wird, ist die Härte des Metalles ziemlich klein. Durch nachfolgende Bearbeitungsstufen zur gewünschten Form (Hämmern, Press-Schmieden oder Extrusion) bei 982°-1010°G wird die gewünschte Rekristallisationsenergie bei 30% Reduktion erreicht.

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-ίο- 11 Ά /ι 5 80

Die bevorzugten Arbeitsbedingungen für Inconel 718 und Incoloy 901 Legierungen sind folgende:

a; Homogenisierung und Ausscheidung der Eta Phase durch Warmbehandlung bei 899°-927°C während 4-8 Stunden,

b) Schmieden zu einer 50-65% Reduktion bei oder unterhalb der Eta Lösungstemperatur von 996 C respektiv 9 54° C für die oben genannten Legierungen und

c) Lösungswarmbehandlung mit Rekristallisation 14°-28°0 unterhalb der Eta Lösungstemperatur. Die letzte Warmbehandlung während einer Stunde genügt, um die Rekristallisation ohne wesentliches Kornwachstum zu erzielen. Kurze Wiedererwärmungen über die angegebenen Temperaturen sind zulässig, vorausgesetzt dasa die Eta Struktur nicht nachteilig beeinflusst wird und kein wesentlicher Kornwachstum erfolgt.

Nachdem die Korngrösse, wie oben beschrieben, ausgebildet worden ist, werden die Legierungen vor ihrem Gebrauch den üblichen Alterungswarmbehandlungen zur Verfestigung durch Ausscheidung der härtenden V'Phase unterworfen. Für Inconel 718 umfasst dies eine Behandlung bei 719°C während 8 Stunden und bei 621⁰C während 8 Stunden. Für Incoloy 901 umfasst die Alterung eine Warmbehandlung bei 719°C während 6 Stunden und

C während 12 Stunden. Die Abkühlungsgeschwindigkeiten sind gewöhnlich gleichbedeutend mit Luftkühlung oder schneller. Bei Waspaloy umfasst das bevorzugte Verfahren: a) eine Anfangswarmbehandluhg bei 982°-996°C während 24-48 Stunden um die überalterte v' Ausscheidung auszubilden; Schmieden zur gewünschten Form bei einer Vorwärmung von 982°-1010°C und Reduktion von 50% oder mehr; Warmbehandlung bei 982°-1010°C während 2-4 Stunden zur Rekristallisation mit einer Korngrösse von ASTM 10 oder feiner. Eine Temperatur von 1010⁰C kann in keiner Stufe des Verfahrens nach Ausscheidung der überalterten nadeligen V ' Ausscheidung überschritten werden da diese über dieser Temperatur nicht stabil ist. Eine abschliessende Stabilisierungswarmbehandlung bei ungefähr 843°C während 4 Stunden und eine Alterung bei ungefähr 760 C während 16 Stunden gewährt eine vollständige Festigkeit.

Die Qualitätsverbesserungen, welche durch das bevorzugte

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. n_ 2174580

Verfahren dieser Erfindung erhalten werden sind aus der Fig. und aus der folgenden Tabelle zu entnehmen.

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Tabelle III

Dehnungsspannung und Ermüdungseigenschaften bei hohem Zyklus eines Inconel 718 Stangenmaterials welches zu verschiedenen Korngrössen bearbeitet wurde. Alle Daten wurden bei 454-⁰G erhalten.

Korn- Ermüdungsfestig- Dehnungsspan-

2 2

gfösse keit ksf/mm nungsgrenze kgf/mm

0.2% Bruchgrenze k^f/mm*

Ausdehnung
%

Ermüdungsverhältnis FS/UTS

ASTM 13 79.8	135.1	110.6	22.5	0.60
ASTM 10 67-9	123.9	105.7	21.5	0.54
ASTM 5 56.0	119.0	107.8	17.5	O.47
ASTM 3 38.5	116.2	100.8	20.0	0.33
LCF Daten eines	fein körnigen Inconel	718 Stangenmaterials
Korn-	Beanspruchung	Temperatur	Zyklen bis	zum Ausfall
pjrösse	kRf/mm²	⁰C

ASTM 12 21.00 _+ 45.85 454° 200,000+

¹¹ 28.00 +_ 56.00 538° 41,000

+ kein Ausfall

Daten der Beanspruchungsgrenze eines fein körnigen Inconel 7I8 Stangenmaterials

Korngrösse

Beanspruchung kgf/mm^

Temperatur C

Dauer bis zum Bruch,
in Stunden

Ausdehnung %

ASTM 10 ASTM 15 ASTM 10 ASTM 13

63.0 63.0 52.5 52.5

649^C 649⁽ 704' 704^c

293.I
170.6

27.4
14.1

I3.I 12.8 16.9 22.1

Tabelle IV

Vergleich der Ermüdungseigenschaften bei kleinen Zyklus zwischen feinkörnigen Incoloy 901 und zwischen durch herkömmliche Verfahren bearbeitetem Incoloy Legierung Korngrösse Beanspruchung kgf/mm Temperatur ⁰C Zyklen bis zum Ausfall

Incoloy 901	ASTM	12	21.00 Hh 45.85	Beanspruchung kgf/mm Temperatur	454°	200,000	⁺	000	1
	ASTM	5	It		Il	20,000 - 49,	000	t- \i
	ASTM	2	ti		Il	2,000 - 15,	,000	I
	ASTM	12	21.00 Hh 54.25		Il	127,000 - 147	000
	ASTM	5	Il	Il	11,000 - 35,
			⁺ kein Ausfall
Daten der Beanspruchungsgrenze eines fein-körnigen	Incoloy 901 Stangematerial	Bruch, Ausdehnung %
Korngrösse	°C Zeit bis zum
	in Stunden

ASTM 12 63.0 649° 12.8

ASTM 12 56.0 649° 37-2

LCF = low cycle fatigue oder Ermüdungseigenschaften bei niedrigem Zyklus HCF = high cycle fatigue oder Ermüdungseigenschaften bei hohem Zyklus

So kann man, durch Ausbildung einer feinen, gleichmässigen Verteilung einer nadeligen Ausscheidung, wie z.B. einer sphäroidischen Eta-Phase oder einer überalterten Phase vor der Rekristallisation und durch Rekristallisation in Anwesenheit der nadeligen Phase zur Kontrolle der Korngrösse, die Ermüdungsbeständigkeit der Legierungen auf Nickelbasis vom Typ Inconel 718, Incoloy 901 und Waspaloy stark heraufsetzen.

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Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit von durch Ausscheidung härtbaren Legierungen auf Nickelbasis welche intermetallische Verbindungen, die über der Rekristallisationstemperatur der Legierung stabil sind, ausscheiden können, dadurch gekennzeichnet, dass:

die Legierung thermomechanisch bearbeitet wird, um eine feine intermetallische nadelige Ausscheidung, die gleichmässig durch die Mikrostruktur der Legierung verteilt ist, auszubilden;

und hierauf die Legierung in Gegenwart der nadeligen Phase rekristallisiert wird um eine Korngrösse von ASTM 10 oder feiner zu erhalten.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die intermetallische nadelige Ausscheidung eine sphäroidische Eta Phase oder eine überalterte y' Phase ist.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die intermetallische nadelige Ausscheidung eine durchschnittliche Korngrösse von ungefähr 0.1-1 Mikron hat.

4. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-3, zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit einer durch Ausscheidung hartbaren Legierung auf Nickelbasis die eine Eta-Phase ausscheiden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung thermomechanisch bearbeitet wird, um eine feine sphäroidische Eta Ausscheidung die gleichmässig; durch die Mikrostruktur der Legierung verteilt ist, auszubilden, und daraufhin die Legierung bei einer Temperatur unter der Auflösungstemperatur der Eta Ausscheidung rekristallisiert wird, um eine Korngrösse von ASTM 10 oder feiner zu erhalten.

5· Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet dass das thermomechanische Verfahren eine Kaltbearbeitung der Legierung, gefolgt von einer Warmbehandlung nahe, jedoch unter der Rekristallisationstemperatur der Legierung zur Ausscheidung der sphäroidischen Eta Phase umfasst.

6. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermomechanische Verfahren eine Warmbe arbeitung der Legierung nahe, jedoch unter der Rekristallisationstemperatur der Legierung zur Ausscheidung der sphäroidischen Eta Phase umfasst.

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7· Verfahren gemäss den Ansprüchen 1-4-, dadurch gekennzeichnet, dass das thermomechanisch^ Verfahren eine Homogenisierung der Legierung sowie die Ausscheidung einer nadeiförmigen Eta Phase, gefolgt von einer Warmbearbeitung nahe, jedoch unter der Rekristallisationstemperatur der Legierung zur Umwandlung der nadeiförmigen Eta Phase in eine sphäroidische Eta Phase umfasst.

8. Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit von Inconel 718 und Incoloy 901 gemäss den Ansprüchen 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung so bearbeitet wird, dass sie einer Druckbeanspruchung die gleichbedeutend mit einer wenigstens 30% Reduktion der Dicke ist, unterworfen wird; und die Legierung dann einer Warmbehandlung bei einer Temperatur von 816°G-95^Z*-°C unterworfen wird um eine feine sphäroidische Ausscheidung, welche gleichmässig durch die MikroStruktur der Legierung verteilt ist, auszubilden und .daraufhin die Legierung bei einer Temperatur unter der Lösungstemperatur der Eta Phase rekristallisiert wird um eine Eorngrösse von ASTM 10 oder feiner zu erhalten.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach der Rekristallisation warmbehandelt wird um die verhärtende Phase auszuscheiden.

10. Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit der Inconel 718 Legierung gemäss den Ansprüchen 1-7» dadurcli gekennzeichnet, dass die homogenisierte Legierung während 4—8 Stunden bei 899°-927°C warmbehandelt wird um die Eta Phase auszuscheiden, die Legierung hierauf einer Druckbeanspruchung die gleichbedeutend mit einer wenigstens 30% Reduktion der Dicke ist bei einer Temperatur von 954- -996 C unterworfen wird um eine feine sphäroidische Ausscheidung auszubilden; und die Legierung anschliessend bei einer Temperatur von 94-0°-982°C während ungefähr einer Stunde rekristallisiert wird.

11. Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit der Incoloy 901 Legierung gemäss den Ansprüchen 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass die homogenisierte Legierung während 4-8 Stunden bei 899°-927°G warmbehandät wird um die Eta Phase auszuscheiden, die Legierung hierauf einer Druckbeanspruchung die gleichbedeutend mit einer wenigstens 30% Reduktion der Dicke ist bei einer Temperatur von 927°-954-°C unterworfen wird um eine

1 0 9 84 97 1 25 7, ν

Mne sphäroidische Ausscheidung auszubilden, und die Legierung anschliessend bei einer Temperatur von 9^0^o-95^°C während ungefähr einer Stunde rekristallisiert wird.

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