DE2126435A1 - Nickel alloy with improved high temperature properties and process for their manufacture - Google Patents
Nickel alloy with improved high temperature properties and process for their manufactureInfo
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Description
Ρ'3996-25 ^ 27. Mai 1971Ρ'3996-25 ^ May 27, 1971
Special Metals CorporationSpecial Metals Corporation
. " Nickellegierung mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften und Verfahren zu ihrer Herstellung ".... "Nickel alloy with improved high temperature properties and process for their preparation "...
Die Erfindung betrifft eine Nickellegierung und insbesondere eine ' Nickellegierung mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Nickellegierungen.The invention relates to a nickel alloy, and more particularly to one 'Nickel alloy with improved high temperature properties, as well a process for making such nickel alloys.
Nickellegierungen und ihre Verwendung bei erhöhten Temperaturen sind seit geraumer Zeit bekannt. Es ist insbesondere bekannt, dass Nickellegierungen durch eine Ausscheidungshärtung in der V/eise beträchtlich verbessert werden können, dass nicht nur ihre nutzbare Lebensdauer verlängert wird, sondern diese Legierungen auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden können. Die vielleicht beste bekannte härtende Ausscheidung bzw. Fällung in Nickellegierungen ist eine als "/'-Phase" bekannte intermetallische Verbindung, die vermutlich die allgemeine Formel M5 (Al, Ti) besitzt. Das Symbol "M" bedeutet im Sinne der Erfindung in der durch die vorstehende allgemeine Formel wiedergegebenen ν'-Verbindung eine hauptsächlich aus Nickel, das bis zu einem gewissen geringen Grad durch Chrom und/oder Molybdän ersetzt sein kann, bestehende Metallkomponente, die Nickel, Chrom und Molybdän wahrscheinlich in einem ungefähren Atomverhältnis von 95 : 3 s 2 enthält, *Nickel alloys and their use at elevated temperatures have been known for some time. In particular, it is known that nickel alloys can be considerably improved by precipitation hardening, so that not only their useful life is extended, but these alloys can also be used at higher temperatures. Perhaps the best known hardening precipitate in nickel alloys is an intermetallic compound known as the "/ 'phase", which is believed to have the general formula M 5 (Al, Ti). The symbol "M" in the sense of the invention in the ν 'compound represented by the above general formula means a metal component consisting mainly of nickel, which can be replaced to a certain small extent by chromium and / or molybdenum, the nickel, Probably contains chromium and molybdenum in an approximate atomic ratio of 95: 3 s 2 , *
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' Trotz der an sich, meist recht guten Hochtemperatureigenschaften von durch /'-Kornausscheidung gehärteten Nickellegierungen besteht natürlich auf Q-rund der ständig steigenden Anforderungen an die Eigenschaften von Konstruktionsmaterialien der Wunsch nach Nickellegierungen mit noch besseren Hochtemperatureigenschaften, so dass der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, eine Nickellegierung mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Nickellegierungen zu schaffen.'' Despite the generally very good high-temperature properties consists of nickel alloys hardened by / '- grain precipitation of course on Q-around of the constantly increasing requirements In terms of the properties of construction materials, the desire for nickel alloys with even better high-temperature properties, so that the invention is based on the object of a nickel alloy with improved high-temperature properties to provide and to create a process for the production of such nickel alloys.
Es wurde nun gefunden, dass die an sich bereits guten Hochtemperatureigenschaften von Nickellegierungen, die im wesentlichen aus 14,2 bis 20 Gew.-^ Kobalt, 13,7 bis 16 Gew.-^ Chrom, 3,8 bis 5,5 Gew.-^ Molybdän, 2,75 bis 3,75 Gew.-$ Titan, 3,75 bis 4,75 Gew.-5$ Aluminium, 0,005 bis 0,035 Gew.-^ Bor, bis zu 0,18 Gew.-$ Kohlenstoff, bis zu 4 Gew.-^ Eisen, bis zu 0,5 Gew,- <fo Zirkon, bis zu 0,5 Gew.-5^ Hafnium, bis zu 0,75 Gew.-J^ Niob, bis zu 0,5 Gew.-^ Rhenium, bis zu 0,75 Gew.-$ Tantal, bis zu 1,0 Gew.-$ Mangan, bis zu 3 Gew.-^ Wolfram und bis zu 0,5 Gew.-^ seltenen Erdmetallen, z.B. Cer und/oder .Yttrium und/oder Lanthan, sowie als Rest im wesentlichen Nickel mit üblichen zufälligen Verunreinigungen bestehen, wesentlich verbessert v/erden können, wenn man die Nickellegierungen einer Behandlung unterwirft, durch die eine spezielle ^'-Kornphase entwickelt bzw. erzeugt wird, die im wesentlichen aus zufallsverteilten, unregelmässig geformtem f1 -Körnchen mit einem Korndurchmesser von weniger als etwa 0,35 um besteht.It has now been found that the already good high-temperature properties of nickel alloys, which essentially consist of 14.2 to 20 wt .- ^ cobalt, 13.7 to 16 wt .- ^ chromium, 3.8 to 5.5 wt. - ^ molybdenum, 2.75 to 3.75% by weight titanium, 3.75 to 4.75% by weight aluminum, 0.005 to 0.035% by weight boron, up to 0.18% by weight carbon , up to 4 wt .- ^ iron, up to 0.5 wt .- <fo zircon, up to 0.5 wt .- 5 ^ hafnium, up to 0.75 wt .- J ^ niobium, up to 0, 5 wt .- ^ rhenium, up to 0.75 wt .- $ tantalum, up to 1.0 wt .- $ manganese, up to 3 wt .- ^ tungsten and up to 0.5 wt .- ^ rare earth metals, E.g. cerium and / or yttrium and / or lanthanum, as well as the remainder essentially consisting of nickel with the usual incidental impurities, can be significantly improved if the nickel alloys are subjected to a treatment through which a special ^ 'grain phase develops or is generated, which consists essentially of randomly distributed, irregularly shaped f 1 granules with a grain diameter of little it exists as about 0.35 µm.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine nickellegierung mit verbesserten Rochtemperatureigenschaften, bestehend im wesentlichen -aus 14,2 "bis 20 Gew.-^ Kobalt, 13,7 bis 16 Gew.-^ Chrom, * 3,8 bis 5,5 Gew.-^ Molybdän, 2,75 bis 3,75 Gew.-$ Titan, 3,75 bis 4,75 Gew.-^ Aluminium, 0,005 bis 0,035 Gew.-^,Bor, bis zu 0,18 Gew.-^ Kohlenstoff, bis zu 4 Gew.-^ Eisen, bis zu 0,5 Gew.-^Zirkon, bis zu 0,5 Gew.-^ Hafnium, bis zu 0,75 Gew.-ρ Hiob, bis zu 0,5 Gew.-^ Rhenium, bis zu 0,75 Gew.-^ Tantal, bis zu 1,0 Gew.-$ Mangan, bis zu 3 Gew.-^ Wolfram und bis zu 0,5 Gew.-^ seltene Erdmetalle, sowie als Rest im wesentlichen Nickel mit üblichen Verunreinigungen, mit einer im wesentlichen aus unregelmässig geformten, zufallsverteilten ^'-Körnchen mit einer Korngrösse von weniger als etwa 0,35 um bestehenden y1 Kornphase. The subject of the invention is thus a nickel alloy with improved high temperature properties, consisting essentially of 14.2 "to 20 wt .- ^ cobalt, 13.7 to 16 wt .- ^ chromium, * 3.8 to 5.5 wt .- ^ Molybdenum, 2.75 to 3.75 wt .- $ titanium, 3.75 to 4.75 wt .- ^ aluminum, 0.005 to 0.035 wt .- ^, boron, up to 0.18 wt .- ^ carbon, up to 4 wt .- ^ iron, up to 0.5 wt .- ^ zircon, up to 0.5 wt .- ^ hafnium, up to 0.75 wt .- ρ Job, up to 0.5 wt .- ^ Rhenium, up to 0.75 wt .- ^ tantalum, up to 1.0 wt .- $ manganese, up to 3 wt .- ^ tungsten and up to 0.5 wt .- ^ rare earth metals, as well as the remainder im essentially nickel with the usual impurities, having a substantially made of irregularly shaped, randomly distributed ^ '- grains having a grain size of less than about 0.35 to 1 y existing grain phase.
Bislang besassen Nickellegierungen mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung häufig eine <J" -Kornphase bzw. ein Gefüge aus orientierten kubischen ^'-Körnchen mit einer Kantenlänge von etwa 0,5 Mikron. Diese kubischen v'-Körnchen beeinträchtigten die Hochtemperatureigenschaften der Nickellegierungen, da sie dazu neigen, sich während "eines langer dauernden Einsatzes bei " erhöhten Temperaturen zu agglomerieren und in bestimmten kristallographischen Ebenen stabartige Teilchen bzw. Körnchen zu bilden, längs welcher dann rasche Gleitung bzw. Translation erfolgt. Die Bildung dieser kubischen ^'-Körnchen war auf die während der zweiten Behandlungsstufe bei Wärmebehandlungsverfahren nach dem Stand der Technik, während welcher die Ausscheidung der y' -Phase bzw. -Körnchen eingeleitet wurde, angev/andten hohen Glühtemperaturen zurückzuführen. So wurde beispielsweise bei einem speziel-Up to now, nickel alloys with the composition specified above often had a <J "grain phase or a structure of oriented cubic ^ 'grains with an edge length of about 0.5 microns. These cubic v 'grains interfered the high temperature properties of the nickel alloys, as they add to it tend to get lost during "a long period of use with" to agglomerate at elevated temperatures and to form rod-like particles or granules in certain crystallographic planes, along which rapid sliding or translation then takes place. The formation of these cubic ^ '- granules was due to the during the second treatment stage in heat treatment processes according to the Prior art, during which the precipitation of the y 'phase or granules was initiated, used high annealing temperatures traced back. For example, at a special
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len bekannten Verfahren eine Wärmebehandlung mitlen known processes with a heat treatment
1) 4-stündigem .Glühen bei einer Temperatur von 1168,30C und ansGhliessendea Abkühlen,1) 4-hour annealing at a temperature of 1168.3 0 C and then cooling down,
2) 4-stündig'em Glühen bei einer Temperatur von 1079>4°0 und anschliessenden. Abkühlen, - .2) annealing for 4 hours at a temperature of 1079> 4 ° 0 and subsequent. Cooling down, - .
3) 24-stündigem Glühen bei einer'Temperatur von 843,3°G und er- : neutem Abkühlen, sowie3) Annealing for 24 hours at a temperature of 843.3 ° G and repeated cooling, as well
4)'16-stündigem Glühen bei einer Temperatur von 76O0C und anschliessendem Abkühlen durchgeführt, das heisst in der zweiten Wärmebehandlungsstufe·bzw. bei der zweiten Glühuiig. eine: Temperatur von 1079,4°C angewandt, wobei sich, wie erfindungsgemäss festgestellt wurde, kubische ^'-Körnchen ausscheiden. - ■4) annealing for 16 hours at a temperature of 76O 0 C and subsequent cooling carried out, that is, in the second heat treatment stage · or. at the second glow. a: temperature of 1079.4 ° C applied, where, as has been found according to the invention, cubic grains precipitate. - ■
Erfindungsgemäss wird diese Bildung von verhältnismässig groben, kubischen j-'-Eörnchen im wesentlichen dadurch vermieden, dass während der zweiten Stufe der Wärmebehandlung bzw. bei der zweiten Glühung eine Glühtemperatur von höchstens 101O0C angewandt "wird."According to the invention this formation of coarse comparatively cubic j -'- Eörnchen essentially in that applied during the second stage of the heat treatment or during the second annealing an annealing temperature of at most 101o C 0 avoided "is."
Die weiter oben geschilderten sowie-weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen und sind besonders gut aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung zu verstehen.The above-described and other tasks, features and advantages of the invention emerge from the description and the claims and are particularly good from the following Description should be understood in conjunction with the accompanying drawing.
In der Zeichnung ist:In the drawing is:
Figur 1 ein Diagramm, in dem die Dehnung in Prozent zweier Nikkellegierungsproben gegen die Zeit aufgetragen ist, die einer bezüglich dor zweiten Stufe (nachstehend alπ Aus-10 9 8 5 1/10 8 6Figure 1 is a diagram in which the elongation in percent of two nickel alloy samples is plotted against the time that a relative to the second stage (hereinafter referred to as Aus-10 9 8 5 1/10 8 6
seheidungsglühung bezeichnet) unterschiedlichen Wärmebehandlung unterworfen wurden, wobei bei der einen Pro-. be eine 4-stündige Ausscheidungsglühung bei 1079j4°C und bei der anderen eine 8-stündige Ausscheidungsglühung bei 926,70C durchgeführt wurde; " .Seheidungsglühung) were subjected to different heat treatments, with one pro. be a 4-hour Ausscheidungsglühung at 1079j4 was performed ° C and the other for 8 hours at 926.7 Ausscheidungsglühung 0 C; ".
Figur 2 eine mikrophotographische Aufnahme (?ergrosserungsfaktor 7200) einer Nickellegierung, die einer Wärmebehandlung mit einer 4-stündigen Ausscheidungsglühung bei 1O79,4°G unterworfen wurde;FIG. 2 a photomicrograph (enlargement factor 7200) of a nickel alloy, which undergoes a heat treatment with a 4-hour precipitation anneal Was subjected to 1079.4 ° G;
Figur 3 eine mikrophotographische Aufnahme (Vergrösserungsfaktor 72OO) einer nickellegierung, die einer Wärmebehandlung mit einer 8-stündigen Ausscheidungsglühung bei 926,7°C unterworfen wurde;FIG. 3 a photomicrograph (enlargement factor 72OO) a nickel alloy that undergoes heat treatment was subjected to a precipitate anneal for 8 hours at 926.7 ° C;
Figur 4 eine mikrophotographische Aufnahme (Ve'rgrösserungsfaktor 72OO) einer Nickellegierung, die einer Wärmebehandlung
mit einer 8-stündigen Ausscheidungsglühung bei 954,40C unterworfen wurde;
und ·Figure 4 is a photomicrograph (Ve'rgrösserungsfaktor 72OO) a nickel alloy, which was subjected to a heat treatment for 8 hours at 954.4 Ausscheidungsglühung 0 C;
and ·
Figur 5 eine mikrophotographische Aufnahme ("Vergrösserungsfaktor 72OO) einer Nickellegierung, die einer Wärmebehandlung mit einer 24-stündigen Ausscheidungsglühung bei 954,40O unterworfen wurde. ·FIG. 5 shows a photomicrograph ("magnification factor 7200") of a nickel alloy which has been subjected to a heat treatment with a precipitation annealing at 954.4 0 O for 24 hours.
Die Nickellegierungen der Erfindung besitzen vorzugsweise eine ^"-Kornphase, die im wesentlichen aus /'-Körnchen mit einem Durchmesser von weniger als 0,25 ^m besteht. Ausserdem können erfindungsgemässe Nickellegierungen andere Ausscheidungen enthalten, z.B. Körnchen der Formel "M-'g^Cg", in der M' in der Re- · gel Chrom ist, die die Korngrenzduktilität verbessert,The nickel alloys of the invention preferably have one ^ "- grain phase consisting essentially of / '- granules with a Diameter of less than 0.25 ^ m. You can also nickel alloys according to the invention contain other precipitates, e.g. granules of the formula "M-'g ^ Cg", in which M 'in the Re- · gel is chromium, which improves the grain boundary ductility,
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Es sei angemerkt, dass auch. Nickellegierungen der vorstehend angegebenen Zusammensetzung als erfindungsgemässe bzw. bevorzugte erfindungsgemässe Nickellegierungen anzusehen sind, dieIt should be noted that too. Nickel alloys of the foregoing specified composition as according to the invention or preferred nickel alloys according to the invention are to be considered which
/
einen gewissen geringen Anteil an ^1-Körnchen mit einer Korngrösse
von mehr als 0,35 bzw. 0,25 /im enthalten, sofern der
Anteil solcher ^1-Körnchen weniger als etwa 5 Volumenprozent
ausmacht./
contain a certain small proportion of ^ 1 granules with a grain size of more than 0.35 or 0.25 / im, provided that the proportion of such ^ 1 granules is less than about 5 percent by volume.
Bei bevorzugten Nickellegierungen der Erfindung liegt die Korngrösse der >'-Körnchen meist in einem Bereich von 0,1 bis 0,25 pm. In preferred nickel alloys of the invention, the grain size of the>'grains is mostly in a range from 0.1 to 0.25 μm.
Zur Erläuterung der erfindungsgemässen" Nickellegierungen wird auf die nachstehende Tabelle I Bezug genommen, in der bevorzugte Bereiche für die Zusammensetzung erfindungsgemässer Nickellegierungen angegeben sind.To explain the "nickel alloys according to the invention" Reference is made to Table I below, in the preferred ranges for the composition of nickel alloys according to the invention are specified.
Tabelle I - .'..._ Table I - .'..._
EIe- Bevorzugter Bereich Bevorzugter Bereich Bevorzugter Bereich ment I II III (Gew. -#) (Gew.-^) (ffew ..-#.* EIe- Preferred area Preferred area Preferred area ment I II III (wt. - #) (wt .- ^) (ffew ..- #. *
C 0,03 - 0,10 0,03 - 0,09 0,05 - 0,09C 0.03-0.10 0.03-0.09 0.05-0.09
Co 17 - 20 16 - 18 14,25 - 16,25Co 17-20 16-18 14.25-16.25
Or 14 - 16 14 - 16" 14 - 15,25Or 14-16 14-16 "14-15.25
Mo 4,5 .- - 5,5 4,5-5,5 3,9 - 4,9Mo 4.5 - 5.5 4.5 - 5.5 3.9 - 4.9
Ti 2,75 - 3,75 3,35 - 3,65 3,0 - 3,7Ti 2.75-3.75 3.35-3.65 3.0-3.7
Al 3,75 -4,75 3,85 - 4,15 4- 4,6Al 3.75 -4.75 3.85-4.15 4-4.6
Fe 4 max. ■ 0,5 max. . 0,5 max.Fe 4 max. ■ 0.5 max.. 0.5 max.
B 0,025 - 0,035 0,02 - 0,03 0,012 - 0,02B 0.025-0.035 0.02-0.03 0.012-0.02
Zr 0,06 max. 0,10 max, 0,06 max.Zr 0.06 max. 0.10 max, 0.06 max.
Mn 0,15 max. 0,15 max. 0,15 max.Mn 0.15 max. 0.15 max. 0.15 max.
Ni Rest Rest RestNi remainder remainder remainder
Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen aus 14,2 bisAs already mentioned, the invention also relates to a method to produce essentially from 14.2 to
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20 Gew.-^Kobalt, 13,7 bis 16 Gew.-$ Chrom, 3,8 bis 5,5 Gew.-^
Molybdän, 2,75 bis 3,75 Gew.-$ Titan, 3,75 "bis 4,75 Gew.-^
Aluminium, 0,005 bis 0,035 Gew.-^ Bor, bis zu 0,18 Gew.-^
Kohlenstoff, bis zu 4 Gew.-^ Eisen, bis zu 0,5 Gew.-^ Zirkon,
bis zu 0,5 Gew.-cß> Hafnium, bis zu 0,75 Gew.-$ Niob, bis zu
0,5 Gew.-^ Rhenium, bis zu 0,75 Gew.-^ Tantal, bis zu 1,0 Gew.-Mangan,
bis zu 3 Gew.-$ ΐ/blfram und bis zu 0,5 Gew.-$ seltenen
Erdmetallen, z.B. Cer und/oder Yttrium und/oder Lanthan, sowie als Rest im A\re sent lic hen Nickel· mit üblichen Verunreinigungen
bestehenden liickellegierungen mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften. 20 wt% cobalt, 13.7 to 16 wt% chromium, 3.8 to 5.5 wt% molybdenum, 2.75 to 3.75 wt% titanium, 3.75 "to 4 , 75 wt .- ^
Aluminum, 0.005 to 0.035 weight percent boron, up to 0.18 weight percent
Carbon, up to 4 wt .- ^ iron, up to 0.5 wt .- ^ zircon,
up to 0.5 wt. - c ß> hafnium, up to 0.75 wt .- $ niobium, up to
0.5 wt .- ^ rhenium, up to 0.75 wt .- $ tantalum, up to 1.0 wt .- $ manganese, up to 3 wt .- $ ΐ / bfram and up to 0.5 wt .- $ rare earth metals such as cerium and / or yttrium and / or lanthanum, and the balance in the r A \ e sent lic hen · nickel with usual impurities
existing lithium alloys with improved high temperature properties.
Das Verfahren der Erfindung umfasst im wesentlichen eine zwei- oder dreistufige Wärmebehandlung, das heisst, dass eine Nickellegierung der vorstehend angegebenen Zusammensetzung zwei oder drei Glühungen unterworfen wird, auf die jeweils eine Abkühlung folgt. Durch diese Wärmebehandlung wird in der Nickellegierung ein Gefüge aus J"-Körnchen bzw. eine ^1-Kornphase erzeugt, die im wesentlichen aus zufallsverteilten, unregelmässig geformten y'-Körnchen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 0,35 yUm besteht. ."·.--The method of the invention essentially comprises a two- or three-stage heat treatment, that is to say that a nickel alloy of the composition specified above is subjected to two or three annealing operations, each of which is followed by cooling. As a result of this heat treatment, a structure of J "grains or a ^ 1 grain phase is produced in the nickel alloy, which consists essentially of randomly distributed, irregularly shaped y'-grains with a diameter of less than about 0.35 μm." · .--
Die erste Stufe der das Verfahren der Erfindung kennzeichnenden
Wärmebehandlung (Lösungsglühung) dient dazu, einen ausreichend grossen Anteil grober ^-Körnchen, die sich während der Herstel
lung der Legierung, z.B. beim Giessen und Bearbeiten, bilden,
in (feste) Lösung zu bringen. Die ^'-Körnchen beginnen bei
einer Temperatur von etwa 1093,30C (+ 13,90C je nach der Genauigkeit
des verwendeten Glühofens) in Lösung zu gehen, wobei der Lösungsvorgang bei etwa 1162,80C vollständig ist. Die imThe first stage of the method of the invention characterizing heat treatment (solution annealing) is used, a sufficiently large proportion of coarse ^ Granules, the lung during the herstel, form of the alloy, for example during casting and machining,
to bring into (solid) solution. The ^ '- granules begin at
a temperature of about 1093.3 0 C to go (+ 13.9 0 C, depending on the accuracy of the annealing furnace used) in solution, the solution process is complete at about 1162.8 0 C. The in
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Einzelfall anzuwendende Lösungsglühtemperatur hängt "von dem beabsichtigten Endverwendungszweck der nickellegierung ab. Bei Legierungen, die bei einer Betriebstemperatur von mehr als 982,20C eingesetzt werden sollen, empfiehlt es sich, vorzugsweise eine Lösungsglühtemperatur von über 1162,8 0 anzuwenden, da zweckmässig im wesentlichen alle groben ^-Körnchen, die nicht zur Festigkeit der Legierung beitragen, in Lösung gebracht werden sollen. Bei Legierungen, die bei Betriebstemperaturen von weniger als 982,20G, z.B.' bei 76O0O, eingesetzt werden sollen, ist es zuweilen zweckmässig und empfehlenswert, eine Lösungsglühtemperatur von 1093,3 bis 1162,80O anzuwenden, bei der nur eine teilweise Lösung erfolgt, da niedrigere Lösungsglühtemperaturen zu Nickellegierungen mit feinerer Korngrösse führen. Individual cases applicable solution treatment depends "on the intended end use of nickel alloy from. For alloys to be used at an operating temperature of more than 982.2 0 C, it is recommended, preferably a solution annealing temperature of about 1162.8 0 apply as practical in substantially all coarse ^ Granules which do not contribute to the strength of the alloy, to be placed in solution. for alloys to be at 76o 0 O, used at operating temperatures of less than 982.2 0 G, for example ', it is sometimes It is expedient and recommended to use a solution annealing temperature of 1093.3 to 1162.8 0 O, at which only partial dissolution takes place, since lower solution annealing temperatures lead to nickel alloys with a finer grain size.
Die zweite Stufe der das Verfahren der Erfindung kennzeichnenden Wärmebehandlung (Ausscheidungsglühung) dient dazu, die Bildung zufallsverteilter, unregelmässig geformter feiner ^-Körn chen einzuleiten und zu bewirken und eine Korngrenzaussclieidung von M123C6 (K1 ist in der Regel Chrom) zu erzeugen, durch die die Korngrenzduktilität verbessert wird. Die Ausscheidungsglühung ist ein zeit- und temperaturabhängiger Vorgang. Bei niedrigeren Temperatüren sind längere Glühzeiten erforderlich, während die Glühzeiten bei höheren Glühtemperaturen kürzer sind. Der Glühtemperatur ist nach unten hin bei 815,60C eine Grenze gezogen, da es unter Berücksichtigung der dann erforderlichen Glühzeiten unwirtschaftlich"wäre-, bei niedrigeren Glühtemperaturen zu arbeiten. Die obere Glühtemperaturgrenze beträgt bei der Ausscheidungsglühung etwa 1010°C-,. da M.'o,Cg bei dieserThe second stage of the heat treatment characterizing the process of the invention (precipitation annealing) is used to initiate and effect the formation of randomly distributed, irregularly shaped fine ^ -korns and a grain boundary exclusion of M 1 23 C 6 (K 1 is usually chromium) produce, through which the grain boundary ductility is improved. The precipitation annealing is a time and temperature dependent process. Longer annealing times are required at lower temperatures, while the annealing times are shorter at higher annealing temperatures. The annealing temperature is pulled downwards by at 815.6 0 C a limit since it wäre- uneconomical "taking into account the required then annealing times to operate at lower annealing temperatures. The upper Glühtemperaturgrenze is in Ausscheidungsglühung about 1010 ° C because ,. M. ' o , Cg at this one
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Temperatur in Lösung zu gehen beginnt und da die Bildung kubischer ^'-Körnchen bei höheren Temperaturen beschleunigt wird.Temperature begins to go into solution and since the formation of cubic ^ '- granule is accelerated at higher temperatures.
Die Ausscheidungsglühung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 871,1 und etwa 982,20C durchgeführt. Hinsichtlich der Glühzeit kann kein bestimmter 'Bereich angegeben werden, da die Glühzeit von zu vielen Variablen, z.B. der Temperatur und der Stärke des behandelten Materials abhängt.The Ausscheidungsglühung is preferably carried out at a temperature between about 871.1 and about 982.2 0 C. No specific range can be given with regard to the annealing time, as the annealing time depends on too many variables, such as the temperature and the thickness of the material being treated.
Die dritte Glühung ist bei der erfindungsgemäss durchgeführten Wärmebehandlung eine zwar vorzugsweise angewandte, jedoch nicht unbedingt erforderliche Eventualmassnahme. Sie dient dazu, zusätzliche M'p^Cg-Körnchen auszuscheiden und wird bei einer Temperatur durchgeführt, die niedrig genug ist, um ein schädliches Wachstum von ^'-Körnchen auszuschliessen. Der Temperaturbereich, in dem diese Glühung vorzugsweise durchgeführt wird, beträgt 732,2 bis 787,80G.In the heat treatment carried out according to the invention, the third annealing is a contingency measure that is preferably used but is not absolutely necessary. It serves to secrete additional M'p ^ Cg granules and is carried out at a temperature low enough to preclude harmful growth of ^ 'granules. The temperature range in which this annealing is preferably carried out is 732.2 to 787.8 0 G.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.The examples illustrate the invention.
Es werden mehrere Proben (A, B, C und D) geschmolzen und wärmebehandelt, wonach man jeweils mikrophotographische Aufnahmen herstellt. Die Proben A und B werden ausserdem jeweils auf ihr Kriechverhalten bei 982,2 0 und unter einer Zugspannung von 11,25 kp/mm getestet. Alle genannten Proben bestehen im wesentlichen aus 0,08 Gew.-$ Kohlenstoff, 16,9 Gew.-^ Kobalt, 15,1 Gew.-4> Chrom, 5,0 Gew.~$ Molybdän, 3,47 Gew.-^ Titan, 4,0 Gew.-^ Aluminium,, 0,027 Gew.-^ Bor und als Rest aus Nickel mit üblichen Verunreinigungen»Several samples (A, B, C and D) are melted and heat treated, after which photomicrographs are taken for each. Samples A and B are also each tested for their creep behavior at 982.2 ° and under a tensile stress of 11.25 kp / mm. All samples mentioned consist essentially of 0.08% by weight of carbon, 16.9% by weight of cobalt, 15.1% by weight of -4> chromium, 5.0% by weight of molybdenum, 3.47% by weight ^ Titanium, 4.0 wt .- ^ aluminum, 0.027 wt .- ^ boron and the remainder of nickel with usual impurities »
Die Probe A wird folgender Wärmebehandlung unterworfen:The sample A is subjected to the following heat treatment:
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1) 4-stündiges Glühen bei 1168,3°C und Abkühlen in luft;1) annealing for 4 hours at 1168.3 ° C and cooling in air;
2) (Ausscheidungsglühung) 4-stündiges Glühen bei 1079,4°C und Abkühlen in, luft;2) (precipitation annealing) annealing for 4 hours at 1079.4 ° C and Cooling in, air;
3) 24-stündiges Glühen bei 843,3°C und Abkühlen in Luft? und .3) annealing for 24 hours at 843.3 ° C and cooling in air? and .
4) 16-stündiges Glühen bei 7600C und Abkühlen in Luft.4) Annealing for 16 hours at 760 ° C. and cooling in air.
Die Probe B v/ird folgender Wärmebehandlung unterworfen:The sample B is subjected to the following heat treatment:
1) 4-stündiges Glühen bei 1168,30C und Abkühlen in Luft;1) 4-hour annealing at 1168.3 0 C and cooling in air;
2) (Ausscheidungsglühung) 8-stündiges Glühen bei 926,7°C und Abkühlen in Luft;2) (precipitation annealing) annealing for 8 hours at 926.7 ° C and Cooling in air;
undand
3) 16-stündiges Glühen bei 76O0G und Abkühlen in Luft.3) Anneal at 76O 0 G for 16 hours and cool in air.
Die Probe C wird der gleichen Wärmebehandlung wie die Probe BThe sample C undergoes the same heat treatment as the sample B
unterworfen, wobei abweichend davon lediglich die Zwisehenglühung, das heisst die zweite bzw. Ausscheidungsglühung bei 954,40O durchgeführt wird.subject, whereby, in deviation therefrom, only the intermediate annealing, that is to say the second or precipitation annealing at 954.4 0 O is carried out.
Die Probe D wird ebenfalls der gleichen Wärmebehandlung wie die Probe B unterworfen, wobei abweichend davon lediglich die Zwischenglühung bz\*. Ausscheidungsglühung "bei 954,40C mit einer Glühzeit von 24 Stunden durchgeführt wird·Sample D is also subjected to the same heat treatment as sample B, with the difference being that only the intermediate annealing or *. Ausscheidungsglühung "is performed at 954.4 0 C with an annealing time of 24 hours ·
Die Ergebnisse der mit den Proben A und B durchgeführten Kriechtests sind in der Figur 1 wiedergegeben, in der, die Dehnung bzw. Längung in Prozent gegen die Zeit aufgetragen ist. Aus den in Figur 1 wiedergegebenen Testergebnissen ist zu ersehen, dass bei der einer erfindungsgemässen Wärmebehandlung unterworfenen Probe B die Kriechgeschwindigkeit im zweiten Abschnitt, das heisst, die für Konstruktionszv/ecke als Kennwert meist benutzte,The results of the creep tests performed on Samples A and B. are shown in Figure 1, in which the elongation or Lengthening in percent is plotted against time. From the in The test results shown in FIG. 1 show that when subjected to a heat treatment according to the invention Sample B is the creep speed in the second section, the means the most commonly used characteristic value for construction corners,
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im wesentlichen konstante Kriechgeschwindigkeit, kleiner als bei der Probe A ist, die einer herkömmlichen Wärmebehandlung nach dem Stand der iechnik unterworfen wurde. Me Kriechge-">· schwindigkeit im zweiten Versuchs- bzw. Krieehgeschwxndigkeitsabschnitt betrug bei den Proben B bzw. A 0,006 ^/Stunde bzw. 0,04 ^/Stunde. Ein Teil ("Konstruktionselement) für das eine Höchstdehnung von 1 $ gefordert wird, würde bei einer Betriebstemperatur von 982,20C und bei einer Zugbeanspruchung von 11,25 kp/mm eine nutzbare Lebensdauer von nur 10 Stunden besitzen, wenn es aus einer nickellegierung der vorstehend angegebenen Zusammensetzung gefertigt wäre, die der gleichen Wärmebehandlung wie die Probe A unterworfen"wird, während die nutzbare Lebensdauer bei Anwendung einer derjenigen der Probe B entsprechenden Wärmebehandlung etwa 110 Stunden betragen würde. Die Probe B weist somit gegenüber der Probe A eine Verbesserung von 11 : 1 auf.substantially constant creep rate, less than that of Sample A which was subjected to a conventional prior art heat treatment. The creep speed in the second test or creep speed section was 0.006 / hour and 0.04 / hour for samples B and A, respectively. A part ("structural element) for which a maximum elongation of $ 1 is required , would have a useful life of only 10 hours at an operating temperature of 982.2 0 C and a tensile stress of 11.25 kgf / mm if it were made of a nickel alloy of the composition given above that had the same heat treatment as the sample A "while the useful life would be about 110 hours if a heat treatment corresponding to that of Sample B were applied. Sample B thus shows an improvement of 11: 1 over Sample A.
Die in den !Figuren 2 und 3 wiedergegebenen Mikrophotographien (Vergrösserungsfaktor jeweils 7200) zeigen die unterschiedliche Morphologie bzw. das unterschiedliche Gefüge der Proben A bzw. B. In Figur 2 (mikrophotographische Aufnahme der Irobe A) liegen orientierte, kubische ^1-Körnehen mit einer Kantenlänge von etwa 0,5 wm vor (wobei einige der ^'-Körnchen auf'Grund der Kornorientierung und des Oberflächenschnitts dreieckig oder trapezoidal aussehen), während das in Figur 3 (mikrophotographische Aufnahme der Probe B) wiedergegebene j-'-Kornphasengefüge im wesentlichen aus zufallcverteilten, unregelmässig geformten ^1-Körnchen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 0,25 Jim besteht. Diese Mikrophotographien lassen klar erkennen, dass dieThe reproduced in the! Figures 2 and 3 are photomicrographs (magnification of respectively 7200) show the different morphology or the different microstructures of the samples A and B. In Figure 2 (photomicrograph of Irobe A) are oriented cubic ^ 1 -Körnehen with an edge length of about 0.5 µm (whereby some of the ^ '- grains look triangular or trapezoidal due to the grain orientation and the surface section), while the j -' grain phase structure shown in FIG consists essentially of randomly distributed, irregularly shaped ^ 1 granules with a diameter of less than about 0.25 microns. These photomicrographs clearly show that the
.109851/1086.109851 / 1086
niedrigere Kriechgeschwindigkeit im zweiten Kriechgeschwindigkeitsabschnitt bei der Probe B auf ihre spezielle Morphologie bzw. ihr spezielles Gefüge ztirückzuführen ist, die bzw. das" aus der erfindungsgemäss angewandten speziellen Wärmebehandlung resultiert,-lower creep speed in the second creep speed section in the case of sample B, it can be traced back to its special morphology or its special structure, which " from the special heat treatment applied according to the invention results,
Aus den in den Figuren 4 und 5 wiedergegebenen Mikrophotographien ist zu ersehen, wie bei der erfindungsgemässen Wärmebehandlung die bei der .Ausscheidungsglühung angewandte Glühtemperatur und die dabei angewandte Glühdauer die Grosse der >'-Körnchen beeinflussen. Die Probe C, die einer Wärmebehandlung unterworfen wurde, die sich von derjenigen der Probe B le.diglich dadurch unterscheidet, dass bei der Ausscheidungsglühung eine Glühtemperatur von 954»4 0 anstelle einer Glühtemperatur von 926,7°C angewandt wurde, besitzt grössere ^'-Körnchen als die Probe B, während die Probe D, die einer sich von der bei der Probe 0 angewandten Wärmebehandlung nur dadurch unterscheidenden-Wärmebehandlung unterworfen wurde, dass bei der Ausscheidungsglühung eine Glühdauer von 24 Stunden statt von nur 8 Stunden angewandt wurde, ihrerseits grössere £ -Körnchen besitzt, als die Probe C. Die Proben C und D sind in den Figuren 4 bzw. 5 jeweils in 7200-facher VergrÖsserung wiedergegeben. .The microphotographs shown in FIGS. 4 and 5 show how, in the heat treatment according to the invention, the annealing temperature used in the precipitation annealing and the annealing duration used influence the size of the>'grains. Sample C, which was subjected to a heat treatment which differs from that of sample B le. Only in that an annealing temperature of 954 ° 4 0 instead of an annealing temperature of 926.7 ° C was used in the precipitation annealing, has greater ^ ' Granules than sample B, while sample D, which was subjected to a heat treatment that differed from the heat treatment used in sample 0 only in that an annealing time of 24 hours instead of just 8 hours was used for the precipitation annealing, was in turn larger £ granules than sample C. Samples C and D are shown in FIGS. 4 and 5, respectively, enlarged 7200 times. .
Es werden einige weitere Proben (Proben, E, P, G und H) geschmolzen und wärmebehandelt, worauf sie jeweils bei 898,9°O und mit einer Zugbeanspruchung von 24,61 kp/mm einem Zugfestigkeitstest unterworfen werden. A few more samples (Samples, E, P, G, and H) are melted and heat treated, whereupon they are respectively at 898.9 ° E and with subjected to a tensile strength test of 24.61 kgf / mm.
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Die Proben E "bis H bestehen jeweils im wesentlichen aus 0,05 Gew,-$ Kohlenstoff, 17,5 Gew.-$ Kobalt, 14,5 Gew.-^ Chrom, 4,5 Gew.~$ Molybdän, 3,19 Gew.-^ Titan, 4,20 Gew.-^ Aluminium, 0,028 Gew.-fä Bor und als Rest im wesentlichen-Nickel mit üblichen Verunreinigungen, Die Probe E wird folgender Wärmebehand-. lung unterworfen:The samples E ″ to H each essentially consist of 0.05 wt .- $ carbon, 17.5 wt .- $ cobalt, 14.5 wt .- $ chromium, 4.5% by weight molybdenum, 3.19% by weight titanium, 4.20% by weight aluminum, 0.028 wt% boron and the remainder essentially nickel with usual Impurities, the sample E is the following heat treatment. subject to:
1) 4-stündige Glühung bei 1168,3 C und Abkühlen in Luft;1) annealing at 1168.3 C for 4 hours and cooling in air;
2) 4-stündige Glühung bei 1079,4°C und Abkühlen in Luft;2) annealing for 4 hours at 1079.4 ° C. and cooling in air;
3) 24-stündige Glühung bei einer Temperatur von 843,3°C und Abkühlen in Luft;3) Annealing for 24 hours at a temperature of 843.3 ° C and cooling in air;
undand
4) 16-stündige Glühung bei 760 C und Abkühlen in Luft.4) Annealing at 760 C for 16 hours and cooling in air.
Die Probe F wird folgender Wärmebehandlung unterworfen:The sample F is subjected to the following heat treatment:
1) 4-stündige Glühung bei 1168,3°C und Abkühlen in Luft;1) annealing for 4 hours at 1168.3 ° C. and cooling in air;
2) (Ausscheidungsglühung) 4-stündige Glühung bei 926,7 C und Abkühlen in Luft;2) (precipitation annealing) annealing for 4 hours at 926.7 C and Cooling in air;
3) 16-stündige Glühung bei 76O0C und Abkühlen in Luft.3) Annealing for 16 hours at 76O 0 C and cooling in air.
Die Proben G und H werden der gleichen Wärmebehandlung wie die Probe ¥ unterworfen, wobei abweichend davon lediglich bei der Ausscheidungsglühung eine Glühdauer von 8 bzw, 16 Stunden angewandt wird.Samples G and H are subjected to the same heat treatment as sample ¥ , with the only difference being that an annealing period of 8 or 16 hours is used for precipitation annealing.
Die bei den Zugfestigkeitstests mit den Proben E, P, G und H erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben.The tensile strength tests with samples E, P, G and H The results obtained are shown in Table II below.
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* Durchschnittswert von 2 irobekörpern* Average value of 2 irobodies
Aus den. in der Tabelle II wiedergegebenen Werten ist zu ersehen, dass die einer erfindungsgemässen Wärmebehandlung unterworfenen Proben F·, G und H eine- höhere Lebensdauer als die Probe E besitzen, die einer nach dem Stand der Technik gebräuchlichen Wärmebehandlung unterv/orfen v/urde.From the. The values given in Table II show that they were subjected to a heat treatment according to the invention Samples F ·, G and H have a higher service life than that Have sample E which is one common in the prior art Subject to heat treatment.
Beispielsweise besitzt die einer erfindungsgemässen Wärmebehandlung unterworfene Probe G bei 898,9 C und einer Zugbeanspruchung von 24,61 kp/mm eine durchschnittliche Lebensdauer von 141,7 Stunden, während die zum Vergleich getestete, nach dem Stand der Technik wärmebehandelte Probe E unter den gleichen Bedingungen nur eine durchschnittliche Lebensdauer von 110,5 Stunden besitzt.For example, it has a heat treatment according to the invention subjected sample G at 898.9 C and a tensile load of 24.61 kp / mm an average service life of 141.7 hours, while that tested for comparison, after Prior art heat-treated sample E under the same conditions only had an average life of 110.5 hours.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung anhand spezieller, Ausführungsbeispiele ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres verschiedene andere Modifikationen und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung, die somit nicht auf die geschilderten speziellen Beispiele beschränkt sein soll.From the above description of the invention based on specific, Various other modifications and possible applications are readily apparent to those skilled in the art of the invention, which is therefore not intended to be restricted to the specific examples described.
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