DE2225280A1

DE2225280A1 - Halbleitende Metall-Legierung

Info

Publication number: DE2225280A1
Application number: DE19722225280
Authority: DE
Inventors: James Edward Frimley Camberley Surrey; Weaver Michael James Douglas Fleet Hampshire; Restall (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1971-05-26
Filing date: 1972-05-24
Publication date: 1972-12-07
Also published as: JPS5549144B1; GB1381859A; US3902900A; IT958061B; FR2139080B1; FR2139080A1

Description

M.

IPATB STAKWAtT

ing. K. HÖLZER

R» AUGSBURG

VHZUPFIVK-WSXf KU-STRASSB U nuroMi IUIl

Augsburg, den 23. Mai 1972

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74, Victoria Street, London, S.W.I., England

Halbleitende Metall-Legierung

Die Erfindung.betrifft halbleitende Metall-Legierungen, insbesondere Metall-Legierungen auf der Basis von Ni^Al.

Die Mehrzahl warrafester Konstruktionsteile, die gegenwärtig bei Gasturbinentriebwerken verwendet werden, sind aus

- 1 209850/0875

Nickelbasislegierungen hergestellt, die hauptsächlich durch die Ausscheidung von Ni-,ΑΙ (^-Gitter) aus dem ^-N icke Ige füge verstärkt werden. Während der letzten Jahre ist die Festigkeit derartiger Legierungen verbessert worden, indem durch Beimengung von relativ großen Mengen beispielsweise der Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob und Titan die Beständigkeit und der Volumenanteil der austenitischen Ausscheidung vergrößert wurde. Dadurch wurde eine Verminderung des Nickel- und Chromgehaltes notwendig, so daß folglich die Verbesserung der Festigkeit auf Kosten der Korrosionsbeständigkeit erreicht wurde. Es ist bekannt, daß die Anwesenheit des austenitischen Gefüges bei handelsüblichen ausscheidungsgehärteten Nickelbasislegierungen zusätzlich zu seiner durch seine Ausscheidung bedingten Härte eine gute Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen ergibt.

Binäres Ni-,ΑΙ hat nur geringe Warmfestigkeit und ist ziemlich spröde, jedoch vereinigen auf Ni^Al basierende Legierungen, die zusätzliche Legierungsbestandteile enthalten, die hohe Kossosionsbeständigkeit von Ni-,ΑΙ mit der Festigkeit und der Dehnbarkeit moderner ausscheidungsgehärteter Nickelbasislegierungen bei höheren Temperaturen als denjenigen, welchen die letzteren sonst widerstehen können.

209850/0 876

Gemäß der Erfindung ist eine halbleitende Metall-Legierung durch zwei Hauptgrupperi von Legierungsbestandteilen gekennzeichnet, von denen die erste Gruppe Nickel zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Chrom, Kobalt, Molybdän und Wolfram enthält, und von denen die zweite Gruppe Aluminium zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Titan, Niob und Tantal enthält, wobei sich die Legierungsbestandteile nach Molprozenten folgendermaßen aufteilen:

Erste Gruppe der Legierungsbestandteile: 72 % bis 8j5 % Zweite Gruppe der Legierungsbestandteile: I7 % bis 28 %

Vorzugsweise sind die Legierungsbestandteile nach Molprozenten in folgenden Mengen vorhanden:

Nickel	60%	bis	80#	Aluminium	12#	bis	26Ji
Chrom	2%	bis	6%	Titan	0%	bis	12Ji
Kobalt	0%	bis	12#	Niob	0%	bis	6%
Molybdän	0%	bis	!>%	Tantal	0%	bis.	6%
Wolfram	0%	bis	1>%

Zusätzlich sind, nach Molprozenten, folgende Spurenelemente vorhanden:

209850/087B

Kohlenstoff 0,05 % bis 0,5 % Bor 0,01 % bis 0,1 %

Zirkon 0,01 % bis 0,2 ^

Halbleitende Metall-Legierungen nach der Erfindung können durch die üblichen Vakuum-Schmelzverfahren hergestellt werden.

Als typisches Beispiel werden Nickel, Kobalt, Kohlenstoff und Bor unter Vakuum geschmolzen und, nachdem die Schmelze vollständig entgast ist, werden bei Anwesenheit von unter Teildruck stehendem Argon in die Schmelze Chrom und andere hochschmelzende Metalle hinzugefügt. Danach werden Aluminium, Titan und Zirkon unter Vakuum zugegeben und das Metall in Barren gegossen. Mit herkömmlichen Gießtechniken sind Materialien mit ausreichend hoher Warmfestigkeit und Dehnbarkeit erzielt worden. Es ist festgestellt worden, daß bei in einer Richtung fortschreitendem Erstarren, bei dem ein Temperaturgefälle zum Zwecke der Steuerung des Kristallwachstumes durch fortschreitende Abkühlung herbeigeführt wird, erhöhte Festigkeit und Dehnbarkeit erzielt werden und außerdem ein Gefüge aus Säulenkristallen entsteht.

Die nachstehende Tafel I zeigt die Zusammensetzung ver-

209850/0878

schiedener Beispiele von halbleitenden Metall-Legierungen nach der Erfindung. Diese Zusammensetzungen sind typisch für Legierungen, die gute Kombinationen wünschenswerter Eigenschaften aufweisen, sie sind aber nicht ausschließlich.

Tafel I Legierungszusammensetzung

Legie	Gruppe A	Cr	Co	Ni	Mo	W	Gruppe	Al	Ti	B	Ta	C	B	Zr
rung	3.7	6.9	64.7	1.3	-	17.2	5.9	Nb	-	0.2	0.05	0.05
Rl	3.3	7.1	64.2	0.8	0.4	19.0	2.3	-	1.3	0.2	0.05	0.05
R3	3.2	7.3	62.8	0.7	0.4	20.2	1.1	1.3	1.9	0.2	0.05·	0.05
r6		7.2	64.5	0.7	0.5	18.0	3.7	2.1	0.9	0.2	0.05	0.05
R9	5.1	7.9	61.5	-	1.8	19.9	-	0.8	3.5	0.2	0.05	0.05
A33	2.8	6.5	62.9	1.0	-	21.1	-	-	5.4	0.2	0.05	0.05
A53	3.2	6.8	64.8	1.1	-	19.0	-	-	-	0.2	0.05	0.05
a6o	4.0	10.5	60.7	0.1	-	13.7	10.7	4.8	-	0.2	0.05	0.05
A92	4.0	-	71.6	1.1	-	18.9	2.1	-	-	0.2	0.05	0.05
A203	3.9	7.1	64.6	-	1.0	19.5	-	2.0	3.6	0.2	0.05	0.05
Vl 97	3.5	7.1	70.0	-	0.9	16.5	-	-	3.6	0.25	0.10	0.05
Vl 99	-

209850/087S

222F780

Versuche mit der Legierung V197 haben eine Dichte von

3 ο

8,4 g/cm und einen Schmelzpunkt in der Nähe von 1300 C ergeben. Die Tafeln II, III und IV zeigen Dehnbarkeit. Kriechfestigkeit und Oxydationsbeständigkeit dieser Legierung. Die Gewichtsverluste von auf übliche Weise vergossenen und geschmiedeten Nickelbasislegierungen sind in Tabelle IV zum Vergleich eingetragen.

Versuche mit der Legierung Vl99 haben eine Dichte von 8,6 g/cm und einen ähnlichen Schmelzpunkt wie bei der Legierung Vl97 ergeben. Die Dehnbarkeit und Kriechfestigkeit dieser Legierung sind in den Tafeln V und VI dargestellt.

Tafel II Dehnbarkeit (Vl97)

Versuchs- temperatur (⁰O)	übliches Vergießen	Längen änderung (*)	In einer Richtung fortge schrittenes Erstarren	Längen änderung
20	Zugbean spruchung 2 (kp/mm )	3	Zugbean spruchung 0 (kp/mm )	7
700	79	3	88	8
100	112

2098507087B

Tafel III Kriechfestigkeit (Vl97)

Versuchs-	900	° C	übliches	Vergießen	In einer Richtung fort geschrittenes Erstarren	Längen änderung
bedingungen	1000	⁰C	Bruch zeit (h)	Längen änderung	Bruch zeit (h)	27
2 30 kp/mm ,	1150	⁰C	.		37	65
2 12,6 kp/mm ,	1000	°c	17	8	50	50
ρ 3,1 kp/mm ,		9	5	44
2 9,5 kp/mm ,		70	14

Tafel IV Oxydationsbeständigkeit

Werkstoff und Zustand	Gewichtsverlust nach 200 h bei 1250 C (mg/cm²)
vergossen V 197 mit Belag	3 1
Handelsübliche vergossene Nickelbasislegierung, mit Belag	5
Handelsübliche geschmiedete Nickelbasislegierung mit Belag	■7 30

2098S0/087S

Tafel V Dehnbarkeit (Vl99)

Versuchs- temperatur (⁰C)	übliches Vergießen	Längen änderung (*)	In einer Richtung fortge schrittenes Erstarren	Längen änderung (*)
20	Zugbean spruchung (kp/mm )	11	Zugbean spruchung (kp/mm )	8
700	80	2	80	5
83	112

Tafel VI Kriechfestigkeit (V199)

Versuchs- bedingungen	übliches Vergießen	Längen änderung (*)	In einer Richtung fort geschrittenes Erstarren	Längen änderung . (*)
6,3 kp/mm², 1100 ⁰C	Bruch- zeit (h)	13	Bruch- zeit (h)	30
3,15 kp/mm², II50 °C	8	5	70	30
9,5 kp/mm², 1000 ⁰C	10	2	261
23,6 kp/mm², 900 °C	70	2
140

209850/087b

Claims

'222S280 Patentansprüche

1. Halbleitende Metall-Legierung, gekennzeichnet durch zwei Hauptgruppen von Legierungsbestandteilen, von denen die erste Gruppe Nickel zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Chrom, Kobalt, Molybdän und Wolfram enthält, und von denen die zweite Gruppe Aluminium zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Titan, Niob und Tantal enthält, wobei sich die Legierungsbestandteile nach Molprozenten folgendermaßen aufteilen:

Erste Gruppe von Legierungsbestandteilen : 72$ bis 83$ Zweite Gruppe von Legierungsbestandteilen : 17$ bis 28$

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der ersten und der zweiten Gruppe nach Molprozenten in folgenden Mengen vorhanden sind:

Nickel 60 $ bis .80 $ Aluminium 12 $ bis 26 $

Chrom 2 $ bis 6 % Titan 0 $ bis 12 $

Kobalt 0 $ bis 12 $ Niob 0 $ bis 6 $

Molybdän 0 $ bis 3 % Tantal 0 % bis 6 %

Wolfram 0 % bis 3 %

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-

- 9 2098507087b

net, daß Kohlenstoff, Bor und Zirkon als Spurenelemente nach Molprozenten in folgenden Mengen vorhanden sind:

Kohlenstoff Bor Zirkon

0,05 % bis 0,5 % 0,01 % bis 0,1 % 0,01 % bis 0,2 fo

- 10 -

20985.0/087S