DE2312394C3 - Neue Eisenlegierung - Google Patents
Neue EisenlegierungInfo
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/30—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft oxydaiionsbeständige
Eisenlegierungen und insbesondere solche Eisenlegierungen, die Aluminium und Chrom enthalten.
Die Zugabe von Chrom zu Eisen, mit oder ohne Nickel, um die sogenannten korrosionsbeständigen
Legierungen herzustellen, wird seit langem durchgeführt. Doch besteht diese Korrosionsbeständigkeit
nur bei relativ mäßigen Temperaturen, während die im Rahmen der vorliegenden Erfindung interessierenden
Temperaturen hauptsächlich bei etwa 1090 C liegen, sich jedoch auch bis zu etwa 1200' C erstrecken
können. Reines Chrom wird bei hohen Temperaturen sowohl von Sauerstoff als auch von Stickstoff
angegriffen. Deshalb werden 0,2 bis 2,5% (diese und alle folgenden Prozentangaben sind Gewichtsprozent)
Yttrium zugegeben, um Chrom oberhalb 925 C zu schützen. Eisen mit 35 bis 50° ο Chrom
ist spröde und warmbrüchig. Die Zugabe von 0,5 bis 3% Yttrium und 0,5 bis 10O Palladium führt jedoch
zu einer oxydationsbeständigen Legierung, die warm- und kaltwalzbar ist. Ähnlich verhält sich Eisen mit
25 bis 35% Chrom, 0,5 bis 5°/o Yttrium und 0.1 bis 1°/» Thorium, auch Eisen mit 20 bis 950O Chrom
und 0,5 bis 5 0Zo Yttrium. Eisen mit 20 bis 95° »
Chrom, 0,5 bis 4% Aluminium und 0,5 bis 3" ο Yttrium ist oxydationsbeständig und kann leicht kaltgewalzt
werden. Mit 5 0Zo Aluminium ist es spröde
und warmbrüchig. Eisen mit 20 bis 35% Chrom, 0,5 bis l,5°/o Yttrium und 0,005 bis 0,015% Kalzium
ist als hervorragend hinsichtlich seiner Oxydationsbeständigkeit bis zu Temperaturen oberhalb von etwa
1090° C und seiner guten Bearbeitbarkeit beschrieben
worden. Für die Verwendung in Kernreaktoren wird eine Legierung benötigt, die durch Härten bei hohen
Temperaturen nicht spröde wird. Eine Legierung aus Eisen mit 0 bis 15% Chrom, 0,5 bis 12% Aluminium
und 0,1 bis 3% Yttrium ist merklich frei davon, verglichen mit Eisen, enthaltend 25% Chrom, 4%
Aluminium und 1 % Yttrium. Die bevorzugte Legierung enthält neben Eisen 15% Chrom, 4% Aluminium
und 1 fl/o Yttrium.
Die Verwendungsmöglichkeiten für bei hoher Temperatur beständige Legierungen sind derart zahlreich,
daß es nicht möglich ist, eine von ihnen als besser gegenüber den anderen für alle Anwendungen
auszuwählen. Wirtschaftliche Aspekte einschließlich der unterschiedlichen Kosten für die Herstellung verschieden
bearbeitbarer Legierungen, und der wirtschaftliche Wert einer längeren Gebrauchsdauer eines
teureren Teiles, verglichen mit der kürzeren Gebrauchsdauer eines billigeren Teiles bestimmen letzlich
die Überlegenheit für eine bestimmte Anwendung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Legierung, bei der Kobalt zu dner Legierung von
Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium hinzugegeben ist, wodurch verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei
hoher Temperatur und verbesserte Zugfestigkeit erzielt wird. Während, wie oben erwähnt, eine Vielzahl
von Verwendungsmöglichkeiten für hochtemperaturbeständige Legierungen vorhanden ist, deren Hauptbestandteile
weit und wirtschaftlich erhältlich sind, besteht gegenwärtig ein besonderer Bedarf an der
erfindungsgemäßen Legierung für die Konstruktion von Auspuffreaktoren für Verbrennungskraftmaschinen
aus Gründen des Umweltschutzes.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung gibt ein Diagramm der Oxydationsgeschwindigkeit bei zwei verschiedenen
Temperaturen und die Zugfestigkeil von erfindungsgemäßen Legierungen wieder, die verschiedene
Kobaltanteile aufweisen.
Die bekannte Ausgangslegierung für die vorliegende Erfindung hat die folgende nominelle Zusammensetzung
in Gewichtsprozent: 15 Chrom, 4 Aluminium, 1 Yttrium, Rest Eisen. Diese Legierung hat
gute Beständigkeit gegen Oxydation bei hohen Temperaturen und gute Zugfestigkeit. In der Erfindung
wurde festgestellt, daß die Zugabe von Kobalt zu dieser bekannten Legierung zu einer Verbesserung
der Oxydationsbeständigkeit und der Zugfestigkeit führt. In der Figur ist auf der Abszisse der Gewichtsprozentgehalt
Kobalt in der Ausgangslegierung aufgetragen und auf der linken Ordinate die Gewichtszunähme
in Prozent eines 0,75 mm dicken Streifens nach lOOstündigem Erhitzen auf etwa 12000C (vgl.
die obere durchgezogene Linie A) und nach lOOstündigem Erhitzen auf etwa 1090 C (vgl. die untere
durchgezogene Linie B)1 während die Zugfestigkeit
dieser Legierungen bei etwa 880° C in Luft in kp'mm2 auf der rechten Ordinate aufgetragen ist
(vgl. die unterbrochene Linie C). Die gemessenen Werte sind auf den Kurven angezeigt.
Die bevorzugte Art der Herstellung dieser Legierungen besteht im Vakuuminduktionsschmelzen in
Mengen von 4,5 bis 13,5 kg, wobei ein Barren von 93 mm Durchmesser und 12,5 cm Länge entsteht.
Dieser Barren wird bei 880° C zu einem Rundstab mit 25 mm Durchmesser stranggepreßt. Der Stab
wird dann flachgeschmiedet und bei etwa 880° C zu einer Dicke von 1,5 mm gewalzt. Dieser Streifen wird
unter zwischenzeitlichem Erhitzen auf 880° C in Luft zu einer 0,75 mm dicken Platte kaltgewalzt.
Metallographische Aufnahmen von Proben dieser Legierungen zeigen, daß es vorteilhaft ist, Yttrium
und Kobalt in Form einer Vorlegierung aus 2 Teilen Yttrium und 1 Teil Kobalt hinzuzugeben. Dieses
Vo'gehen stabilisiert den oxydationsbeständigen Oxydfilm, der durch Aluminium und Yttrium gebildet
wird, und verhindert das Eindiffundieren von Sauerstoff.
Die Gewichtszunahme, die ein Maß für die Oxydationsgeschwindigkeit
ist, fällt bis zu einem Minimum bei etwa 0,5 % Kobaltgehalt ab und steigt dann
wieder an. Die Zugfestigkeit wird durch die Kobaltzugabe erhöht. Wie der unteren durchgezogenen
Kurve B entnommen werden kann, erhöht die Zugabe von 2 0O Kobalt die Oxydationsgeschwindigkeit auf
einen Wert, wie er etwa bei der bekannten Ausgangslegierung ohne Kobaltzugabe erhalten wird. Wie
andererseits aus den Kurven A und B ersichtlich ist,
kann eine Verbesserang ab einem Kobaltgehalt von 0,25 % erwartet werden. Damit zeigen sich die Grenzen
des Kobaltbereichs der vorliegenden Erfindung, der brauchbar ist. Innerhalb dieses Bereichs sind
0,4 bis 1 % Kobalt bevorzugt.
Wie der Metallurge weiß, sind die bekannten Verfahren zur Herstellung vor» Legierungen toleranzbehaftet.
Es wurde durch Analysen festgestellt, daß Legierungen dieser Art Chromgchalte von 15 bis
15,4% für einen nominellen 15%-Gehalt aufwiesen
und von 4,4 bis 4,9% Aluminium für eine Legierung, die 4,0% enthalten soll. Bezugnahmen
auf die Grundlegierung sind daher so zu verstehen.
daß sie die üblichen Abweichungen enthalten kön
Die in den Kurzen der Figur enthaltenen Meßdaten sind die folgenden:
Gewichts prozent Kobalt in der FeCrAlY- |
Zugfestigkeit kg/mm* bei 880°C |
0Zo Gewichtszunahme nach lOOstündigem Erhitzen in Luft auf eine Temperatur von |
1200°C |
Legierung | 10900C | 0,455 | |
0 | 2,11 | 0,481 | |
0,4 | 2.77 | 0,305 | |
0,5 | 0,278 | 1,71 | |
0,544 | 2,09 | ||
5 | 0,914 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Legierung einer Grundzusammensetzang von
i5% Chrom, 4% Aluminium, 1 % Yttrium, Rest
Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,25 bis 1,5 % der Grundzusammensetzung an
Kobalt enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kobaltgehalt 0,4 bis 1,0%
der Grundzusammensetzung beträgt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US25220472A | 1972-05-11 | 1972-05-11 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |