DE2312673A1 - SPHAEROIDIZATION OF GRAIN BORDER EXECUTION - Google Patents
SPHAEROIDIZATION OF GRAIN BORDER EXECUTIONInfo
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Description
United States Atomic Energy Commission/ Washington, D.C, U.S.A.United States Atomic Energy Commission / Washington, D.C, U.S.A.
Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmebehandlung von Stählen und zwar insbesondere auf die Sphäroidisierung der Korngrenzenauscheidungen in Fe-Ta-Binärsystemen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Sphäroidisierung der Korngrenzenausscheidungen in Fe-Ta-Cr-Legierungen.The invention relates to the heat treatment of steels and in particular on the spheroidization of the grain boundary precipitations in Fe-Ta binary systems. In particular, the invention relates to Spheroidization of the grain boundary precipitates in Fe-Ta-Cr alloys.
Die Technik hat sich bereits stark bemüht, Beziehungen abzuleiten, welche das Streckverhalten und das Arbeitshärtungsverhalten von Einphasenlegierungen beschreiben. Die Fließspannung (Streckspannung) wurde mit folgenden Größen in Beziehung gebracht: Der Versetzungsmorphologie, dem Legierungsgehalt, der Korngröße, den internen Beanspruchungen, der Teilchenmorphologie und vielen anderen Variablen. Ferner wurde die Arbeitshärtung von Einphasenlegierungen mit der Korngröße, der Versetzungsdichte und der Stapelfehlerenergie in Zusammenhang gebracht.Technology has already tried hard to derive relationships, which the stretching behavior and the work hardening behavior of single-phase alloys describe. The yield stress (yield stress) was related to the following quantities: the dislocation morphology, alloy content, grain size, internal stresses, particle morphology and many other variables. Furthermore, the Work hardening of single-phase alloys with the grain size, the dislocation density and the stacking fault energy.
In harte Teilchen enthaltenden Zweiphasenlegierungen wurde bisher insbesondere der beim Strecken wirksame Teilchenversetzungs-Wechselwirkungsmechanismus analysiert, wobei die Analyse des Arbeitshärtungsverhaltens bei Legierungen mit harten Teilchen kaum voranschritt.In two-phase alloys containing hard particles, in particular analyzes the particle dislocation interaction mechanism effective in stretching, while the analysis of work hardening behavior Hardly any progress in alloys with hard particles.
Zweiphasenlegierungen mit einer Dispersion von harten Teilchen wurden auf die drei folgenden Arten hergestellt: 1.) Kernbildung und Wachstum, 2.) interne Oxydation und 3.) metallurgische Pulververfahren. Wie bekannt kann sich bei der Kernbildung und dem Wachstumsprozeß in PolykristallinenTwo phase alloys with a dispersion of hard particles were made manufactured in the following three ways: 1.) nucleation and growth, 2.) internal oxidation, and 3.) powder metallurgical processes. As known can affect the nucleation and growth process in polycrystallines
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Materialien eine komplizierte Korngrenzenstruktur ergeben. Diese Grenzzone kann ein starkes Korngrenzennetzwerk der zweiten Phase aufweisen, wobei benachbart zum Netzwerk eine ausscheidungsfreie Zone liegt. Eine derartige Korngrenzenstruktur würde das Streck- und Fließverhalten einer Legierung ändern, wenn diese mit einer Legierung ohne diese Korngrenzenstruktur verglichen wird.Materials result in a complicated grain boundary structure. This boundary zone can have a strong grain boundary network of the second phase, with one adjacent to the network excretion-free zone. Such a grain boundary structure would affect the stretching and flow behavior of an alloy change when compared to an alloy without this grain boundary structure.
Die vorliegende Erfindung überwindet die durch die erwähnte Korngrenzenstruktur verursachten Probleme, indem ein Verfahren vorgesehen wird, welches eine allotrope Phasenänderung in Binärsystemen nach der Alterungsbehandlung vorsieht, welche die Kornstruktur verfeinert und das Korngrenzennetzwerk sphäroidisiert. Die durch die Erfindung erzeugte Endstruktur ", ist eine zufällige Verteilung von Teilchen in einer weichen polykristallinen Matrix, wobei das Korngrenzennetzwerk sphäroidisiert und nicht mehr an einer Korngrenze angeordnet ist. Es wurde festgestellt, daß diese Sphäroidisierung in Binräsystemen wie beispielsweise Fe-Ta und in Ternärsystemen wie beispielsweise Fe-Ta-Cr ausgeführt werden kann. Sowohl die Dehnbarkeit als auch die Festigkeit werden durch die Sphäroidisierungsbehandlung erhöht.The present invention overcomes the problems caused by the aforementioned grain boundary structure by providing a method is provided, which provides an allotropic phase change in binary systems after the aging treatment, which refines the grain structure and spheroidizes the grain boundary network. The final structure produced by the invention ", is a random distribution of particles in a soft polycrystalline matrix, the grain boundary network spheroidized and is no longer arranged on a grain boundary. It was found that this spheroidization in Binary systems such as Fe-Ta and in ternary systems such as Fe-Ta-Cr can be carried out. Both the ductility and the strength are improved by the spheroidization treatment elevated.
-r-r
Die Erfindung bezweckt daher ein Verfahren für die Sphäroidisierung der Korngrenzenausscheidungen in Legierungen vorzusehen. Ferner bezweckt die Erfindung ein Verfahren anzugeben, bei welchen die KorngrenzenausScheidungen vollständig sphäroidisiert werden, und zwar durch zyklisches Durchlaufen der c<--<t - Phasentransformation (Umwandlung). Ferner bezweckt die Erfindung ein Verfahren vorzusehen, welches ein Material liefert, das einen verbesserten Oxydationskorrosionswiderstand besitzt und eine niedrigere Wärmebehandlungstemperatur benutzt^ wobei auch das Sprödewerden der Korngrenzen minimiert wird. Ferner sieht die Erfindung die Herstellung einer binären oder ternären Legierung vor, die ein sphäroidisiertes Korngrenzennetzwerk mit einer Zufallsdispersion der Teilchen besitzt. Ferner bezweckt die Erfindung eine Fe-Ta-Cr-Legierung anzugeben, bei welcher die Korngrenzenausscheidungen vollständigThe invention therefore aims to provide a method for the spheroidization of the grain boundary precipitates in alloys. Furthermore, the invention aims to provide a method in which the grain boundaries precipitates are completely spheroidized, to be precise by cyclically running through the c <- <t phase transformation (conversion). Another object of the invention is to provide a method which provides a material which has improved oxidative corrosion resistance and uses a lower heat treatment temperature, while also minimizing grain boundary brittleness. The invention also provides for the production of a binary or ternary alloy which has a spheroidized grain boundary network with a random dispersion of the particles. A further aim of the invention is to provide an Fe-Ta-Cr alloy in which the grain boundary precipitates are complete
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sphäroidisiert sind.are spheroidized.
Weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen.Further preferred refinements of the invention emerge in particular from the claims.
Weitere Vorteile/ Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein Flußdiagraram des Wärmebehandlungszyklus, der das neue Sphäroidisierungsverfahren umfaßt. Fig. 2 ein Gleichgewichtsphasendiagramm für das Fe-Ta-Binärsystem; Fig. 3 das Korngrenzennetzwerk ohne das Sphäroidisierungsverfahren; Fig. die Wirkung des Sphäroidisierungsverfahrens auf die Korngrenze der Fig. 3; Fig. 5 eine graphsiche Darstellung der Temperatur abhängig von der Fließspannung für verschiedene Materialien einschließlich der neuen Fe-Ta-Cr-Legierung.Further advantages / objectives and details of the invention emerge from the description of exemplary embodiments based on the drawing; In the drawing: FIG. 1 is a flow diagram of the heat treatment cycle which constitutes the new Includes spheroidization procedures. Figure 2 is an equilibrium phase diagram for the Fe-Ta binary system; Fig. 3 shows the grain boundary network without the spheroidization process; Figure the effect of the spheroidization process on the grain boundary of Fig. 3; Fig. 5 is a graphical representation of the temperature as a function of the yield stress for various Materials including the new Fe-Ta-Cr alloy.
Da die Sphäroidisierung der Korngrenzenabscheidungen in Legierungen bei Binärsystemen, wie beispielsweise Fe-Ta und bei Ternärsystemen, wie beispielsweise Fe-Ta-Cr anwendbar ist, sei das neue Sphäroidisierungsverfahren zunächst unter Bezugnahme auf das Binärsystem beschrieben, um den durch die Erfindung erzielten wesentlichen Fortschritt darzustellen.Since the spheroidization of the grain boundary deposits in alloys in binary systems such as Fe-Ta and applicable to ternary systems such as Fe-Ta-Cr is, the new spheroidization method will first be described with reference to the binary system in order to achieve the Invention to represent significant progress achieved.
Bei dem Fe-Ta-Binär-Ausführungsbeispiel wurden bei Durchführung des erfindungsgemäßen Sphäroidisierungsverfahrens die Legierungen aus 99,95% reinem elektrolytischen Eisen und,99,9% anfangs reinem Tantal gegossen. Die Zubereitung der Zusammensetzung der Legierung bildet keinen Teil dieser Erfindung und ist hier nicht im einzelnen beschrieben, jedoch in der Doktorarbeit des Miterfinders Dr. Jones beschrieben. Diese Doktorarbeit datiert vom 10. Oktober 1971 (LBL-179) und hat den Titel "Prediction of the Stres-Strain Behavior of Polycrystalline «f-Iron Containing Hard Spherical Particles". Der verwendete Wärmebehandlungszyklus ist schematisch in . Fig. 1 gezeigt. Information über die in einer Legierung vorhandenen Gleichgewichtsphasen kann aus dem Gleichgewichtsphasendiagramm der Fig. 2 entnommen werden.In the Fe-Ta binary embodiment, of the spheroidization process according to the invention, the alloys of 99.95% pure electrolytic iron and, 99.9% initially cast pure tantalum. The preparation the composition of the alloy does not form part of this invention and is not described in detail herein, however in the doctoral thesis of co-inventor Dr. Jones described. This doctoral thesis is dated October 10, 1971 (LBL-179) and is entitled "Prediction of the Stres-Strain Behavior of Polycrystalline" f-Iron Containing Hard Spherical Particles ". The heat treatment cycle used is shown schematically in. Fig. 1 shown. Information about those in an alloy existing equilibrium phases can be seen from the equilibrium phase diagram in FIG. 2.
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Das Verständnis der strukturellen Eigenschaften der in den durchgeführten Versuchen verwendeten Zweiphasenlegierungen erfordert eine Untersuchung der Legierungen während jeder Stufe des Verfahrensvorganges. Die Homogenität einer jeden Zweiphasenstruktur hängt von der während des Erhärtens auftretenden Trennung ab. Die langsame Diffusionsgeschwindigkeit des Tantals im Eisen erfordert eine sehr hohe Temperatur für die Homogenisierung, weshalb Gußstücke mit kleinem Durchmesser verwendet wurden, um die Trennung während des Erhärtens zu minimieren. Nach dem Gießen wurden die Gußstücke bei 1000°C in einerForm von 0,5 Zoll χ 0,5 Zoll heiß bearbeitet. Diese Heißarbeitstemperatur wurde gewählt, um das Gefüge (Struktur) vom Deformationsverfahren zu vermindern.Understanding the structural properties of the The two-phase alloys used in experiments carried out requires an examination of the alloys during each Stage of the process. The homogeneity of everyone Two-phase structure depends on the separation that occurs during setting. The slow rate of diffusion of the tantalum in iron requires a very high temperature for homogenization, which is why small-diameter castings were used to facilitate separation during hardening minimize. After casting, the castings were kept at 1000 ° C hot machined in a 0.5 inch χ 0.5 inch shape. These The hot working temperature was chosen to reduce the structure from the deformation process.
Die zweite Phase wurde nach einer Lösungsbehandlung bei 14000C - der erste Schenkel-der Fig. 1 - und einer Abschreckung auf Raumtemperatur durch die folgende Reaktion gebildet: a(supersat-) f^. ^+Fe2Ta bei 7000C. Die während, dieser Reaktion gebildeten Fe-Ta-Teilchen waren plattenförmig und es gab wie in Fig. 3 gezeigt - ein starkes Netzwerk der Laves-Phase an den Korngrenzen. Sodann wurde die Legierung alterungsbehandelt, wie dies durch den zweiten Schenkel in Fig. 1 dargestellt ist. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Behandlung wurde durch Erhitzen der Legierung auf 1100° C erreicht (wie dies in Fig. 1 durch den dritten Schenkel im Flußdiagramm dargestellt ist), wo die stabile Struktur Γ+Fe2Ta ist. Die Wirkung dieser neuen Behandlung besteht darin, daß die Matrix und Korngrenzenteilchen sphäroidisiert werden, und daß die Korngröße - wie in Fig. 4 gezeigt - verfeinert wird. Die Einwirkung der erfindungsgemäßen Behandlung auf die Korngrenze und die Matrixteilchen erkennt man durch einen Vergleich der Figuren 3 und 4. Nachdem die allotrope Phase geändert ist: tx-^ir-c<wird das vorherige Korngrenzennetzwerk innerhalb der Körner und nicht mehr an den Grenzen angeordnet. Der in Fig. 1 dargestellte Zyklus wird durch eine durch den vierten Schenkel des Diagramms dargestellte Anlaszbehandlung vervollständigt. In der obenerwähnten Dissertation sind im einzelnen Versuche beschrieben, die zeigen, daß sowohl die Dehnbarkeit als auch die Festigkeit der binären Legierung 309 839/0927The second phase was formed by the following reaction after a solution treatment at 1400 ° C. - the first leg - of FIG. 1 - and a quenching to room temperature: a (supersat-) f ^. ^ + Fe 2 Ta at 700 ° C. The Fe-Ta particles formed during this reaction were plate-shaped and, as shown in FIG. 3, there was a strong network of the Laves phase at the grain boundaries. The alloy was then treated for aging, as shown by the second leg in FIG. 1. The treatment provided according to the invention was achieved by heating the alloy to 1100 ° C. (as shown in FIG. 1 by the third leg in the flow diagram), where the stable structure is Γ + Fe 2 Ta. The effect of this new treatment is to spheroidize the matrix and grain boundary particles and to refine the grain size as shown in FIG. The effect of the treatment according to the invention on the grain boundary and the matrix particles can be seen by comparing FIGS. 3 and 4. After the allotropic phase has been changed: the previous grain boundary network is arranged within the grains and no longer at the boundaries . The cycle shown in FIG. 1 is completed by a tempering treatment shown by the fourth leg of the diagram. In the above-mentioned dissertation tests are described in detail which show that both the ductility and the strength of the binary alloy 309 839/0927
durch die erfindungsgemäße Sphäroidisierungsbehandlung vergrößert wurden.enlarged by the spheroidization treatment according to the invention became.
Die obenbeschriebene Sphäroidisierungsbehandlung des binären Fe-Ta-Systems, hat die spröde Brucheigenschaft dieser Legierung eliminiert, jedoch bewirkt die relativ hohe Lösungsbehandlungstemperatur eine Oxydation der Legierung und eine Vergröberung der Ausscheidungsteilchen während der Sphäroidisierungsbehandlung.The above-described spheroidization treatment of the binary Fe-Ta system has the brittle fracture property This alloy is eliminated, but the relatively high solution treatment temperature causes the alloy to be oxidized and coarsening of the waste particles during the spheroidization treatment.
Es wurde festgestellt, daß das Hinzufügen von Chrom zu der Fe-Ta-Legierung die Sphäroidisierung erhöht und auch den Oxydationswiderstand verbessert, wobei gleichzeitig die Wärmbehandlungstemperatur abgesenkt wird. Auf diese Weise wurde eine verbesserte Hochtemperatürlegierung, d.h. eine Fe-Ta-Cr-Legierung entwickelt. Bei durchgeführten Versuchen wurde die Zusammensetzung der Fe-Ta-Cr-Legierung zwischen 1 bis 2 % Ta und 3 bis 7 % Cr variiert, wobei der Rest Fe war. Zur Bestimmung derei-fund der * -^ Phasen tr ans formations temperaturen (Phasenumwandlungstemperaturen) wurde eine Dilatometeranalyse durchgeführt, und alle Proben wurden durch Einkapseln in Quarzrohren (0,3 Atmosphärendruck von Argongas bei Raumtemperatur) wärmebehandelt und bei 132O°C eine Stunde lang lösungsbehandelt, worauf die Proben in geeistem 10%igem Salzwasser abgeschreckt wurden. Die Proben für die <*-#" Phasenumwandlungstemperaturbestimmung durch die metallographische Methode wurden 12 Stunden lang bei 86O°C gelagert und sodann bis zu 89O°C bzw. 95O°C erhitzt, und zwar mit einer Heizgeschwindigkeit von 1°C/Min. worauf dann ein Abschrecken in Salzwasser erfolgte.It has been found that the addition of chromium to the Fe-Ta alloy increases spheroidization and also increases the spheroidization Oxidation resistance improved, while at the same time the heat treatment temperature is lowered. In this way became an improved high temperature natural alloy, i.e. a Fe-Ta-Cr alloy developed. In tests carried out, the composition of the Fe-Ta-Cr alloy was between 1 to 2% Ta and 3 to 7% Cr varied with the balance being Fe. To determine the i-fund of the * - ^ phases tr ans formation temperatures (Phase transition temperatures) became a Dilatometer analysis was performed, and all samples were encapsulated in quartz tubes (0.3 atmospheric pressure of argon gas at room temperature) and solution-treated at 132O ° C for one hour, whereupon the samples in iced 10% Salt water were quenched. The samples for the <* - # "phase transition temperature determination by the metallographic method were stored at 860 ° C for 12 hours and then Heated up to 89O ° C or 95O ° C, with one heating rate of 1 ° C / min. followed by quenching in salt water.
Zugproben wurden von 132O°C (ähnlich dem ersten Schenkel in Fig. 1) nach einer einstündigen Lösungsbehandlung in 45°C Wasser abgeschreckt.Tensile specimens were tested at 132O ° C (similar to the first leg in Fig. 1) Quenched after a one hour solution treatment in 45 ° C water.
Die Alterung der lösungsbehandelten Proben wurde in einem geschmolzenen Salzbad bei 7OO°C während 45 Minuten vorgenommen (vgl. den zweiten Schenkel der Fig. 1). Nach derThe aging of the solution treated samples was in a molten salt bath at 700 ° C for 45 minutes made (see. The second leg of Fig. 1). After
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Alterung wurden diese Proben luftgekühlt.Aging, these samples were air-cooled.
Die Sphäroidisierungsbehandlung (dritter Schenkel der Fig.1) wurde an den Proben in Schutzstahltaschen ausgeführt, was eine Kornstruktur ähnlich der in Fig. 4 gezeigten Struktur ergab. ' .The spheroidization treatment (third leg of Fig. 1) was carried out on the samples in protective steel bags, which has a grain structure similar to the structure shown in FIG revealed. '.
Sodann wurden Härte- und Zug-Versuche durchgeführt und eine Röntgenstrahlen-Beugungsmusteranalyse der sphärischen Teilchen erfolgte.Then hardness and tensile tests were carried out and one X-ray diffraction pattern analysis of the spherical particles was carried out.
Die Dilatometeranalyse zeigte, daß «Liej-Sphasenumwandlungstemperatur /{ffigefähr 60°C und die pv~!fPhasenumwandlungstemperatur um ungefähr 100°C durch das Hinzufügen von Chrom zu der Fe-Ta-Binärlegierung abgesenkt war. Die Ergebnisse der metallographischen überprüfung stimmten in einem hinreichenden Maße mit der Dilatometeranalyse überein. Somit hat Chrom . bis hinauf zu 7 Atomprozent eine Absenkwirkung für die λ -f und die &"-<? Umwand lungs temper aturen. Ein weiterer Anstieg des Chromgehaltes wird die ^-h Trans formations temperatur absenken, jedoch die ot-j^Transformationstemperatur erhöhen.Dilatometer analysis showed that the Liej phase transition temperature was lowered by about 60 ° C and the pv ~! F phase transition temperature by about 100 ° C by the addition of chromium to the Fe-Ta binary alloy. The results of the metallographic examination agreed to a sufficient degree with the dilatometer analysis. Thus, chrome has. Up to 7 atomic percent a lowering effect for the λ -f and the &"-<? transformation temperatures. A further increase in the chromium content will lower the ^ -h transformation temperature, but increase the ot-j ^ transformation temperature.
Versuchergebnisse zeigten, daß für hypoeutektoide Legierungen (Fe-1Ta-3Cr und Fe-iTa-5Cr) mit ansteigendem Chromgehalt der Temperaturbereich der festen Lösungen ο und /+ifabgesenkt wird. Für hypereutektoide Legierungen (Fe-TTa-TCr., Fe-2Ta-3CR, Fe-2Ta-5Cr und Fe-2Ta-7Cr) wird die Lavesphasenlöslichkeitslinie zu den niedrigeren Konzentrationen des Ta hin verschoben. Die eutektoide Zusammensetzung wurde auch zu niedrigeren Tantalkonzentrationen hin verschoben. DieExperimental results showed that for hypoeutectoid alloys (Fe-1Ta-3Cr and Fe-iTa-5Cr) with increasing chromium content the temperature range of the solid solutions ο and / + if is reduced. For hypereutectoid alloys (Fe-TTa-TCr., Fe-2Ta-3CR, Fe-2Ta-5Cr and Fe-2Ta-7Cr) the Laves phase solubility line is shifted towards the lower concentrations of Ta. The eutectoid composition was also shifted towards lower tantalum concentrations. the
ο Die Spitzenhärte der beim altern bei 700°C untersuchten ο The peak hardness of the tested when aging at 700 ° C
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oo Proben trat bei 40 Minuten auf, was den Verhältnissen bei J0 binären Legierungen ziemlich ähnlich ist. Dies deutet an, ****■' daß Chrom die Alterungseigenschaften von Fe-Ta-Binärsystemen iß nicht beeinflußt. In Fe-Ta-Binärsystemen waren die Aus- -JL: Scheidungen ziemlich plattenförmig und nicht sphärisch, während in ternären Legierungen die Teilchen plattenförmig und sphärisch geformt waren. Das Chrom scheint die Oberflächenenergie geändert zu haben, wodurch eine gewisseoo samples occurred at 40 minutes, which is quite similar to the ratios for J 0 binary alloys. This indicates that chromium does not affect the aging properties of Fe-Ta binary systems. In Fe-Ta binary systems, the separations were rather plate-shaped and not spherical, while in ternary alloys the particles were plate-shaped and spherical in shape. The chrome seems to have changed the surface energy, causing a certain
Sphäroidisierung der Korngrenze und der Matrixteilchen während des Alterungsvorganges bewirkt wurde.Spheroidization of the grain boundary and the matrix particles was caused during the aging process.
Wie oben im Hinblick auf das Fe-Ta-System bemerkt wurde, wurde die Sphäroidisierung der Binärlegierung dadurch erreicht, daß ein Kreislauf durch die ot-^allotrope Phasenumwandlung stattfand. Bei ternären Legierungen waren bereits einige Korngrenzenfilme aufgebrochen und einige Teilchen hatten eine ziemlich sphärische Gestalt, bevor die Sphäroidisierungsbehandlung einsetzte. Der Grad der Sphäroidisierung reichte jedoch nicht aus, um die Sprödigkeit der niederen Chromlegierungen zu eliminieren; es war somit erforderlich für diese Materialien die oC-^Transformationsbehandlung zu verwenden. Für die binären Legierungen brauchte man 10 Minuten, um die kontinuierlichen Grenzen bei 11OO°C aufzubrechen, während bei den ternären Legierungen eine äquivalente Sphäroidisierung in weniger als 10 Minuten auftrat. Im letzten Falle könnte eine wesentlich kürzere Zeit verwendet werden, um eine genügende Sphäroidisierung bei 11QO0C und 95O°C zu erreichen.As noted above with respect to the Fe-Ta system, the spheroidization of the binary alloy was achieved by cycling through the ot- ^ allotropic phase transition. In the case of ternary alloys, some grain boundary films were already broken and some particles were quite spherical in shape before the spheroidization treatment started. However, the degree of spheroidization was not sufficient to eliminate the brittleness of the lower chromium alloys; it was therefore necessary to use the oC- ^ transformation treatment for these materials. For the binary alloys, it took 10 minutes to break the continuous boundaries at 1100 ° C, while for the ternary alloys, equivalent spheroidization occurred in less than 10 minutes. In the latter case a much shorter time could be used to achieve a sufficient spheroidization at 11QO 0 C and 95O ° C.
Die Spharoidxsierungstemperatur in der ^+Fe„Ta-Zone beeinflußt die Härte der Fe-iTa-5Cr-Legierung, wobei der Spitzenwert der gealterten Härte 169 war und die Sphäroidisierungsbehandlungen oberhalb 975°C einen zusätzlichen Härteanstieg brachten.The spheroidization temperature in the ^ + Fe "Ta zone influences the hardness of the Fe-iTa-5Cr alloy, being the peak value the aged hardness was 169 and the spheroidization treatments brought an additional increase in hardness above 975 ° C.
Einen beachtlichen durch das Chrom erzeugten Unterschied , erkennt man bei Betrachtung der mechanischen Eigenschaften gealterter Proben zwischen den binären und ternären Legierungen. Für den gealterten Zustand zeigte die binäre Legierung nahezu eine Null-Dehnung, während die ternären Legierungen Dehnungswerte bis zu 25% (für eine 7 a/o Chromlegierung) hatten. Die Dehnbarkeit stieg mit dem Chromgehalt an, wobei die teilweise sphäroidisierten Korngrenzenausscheidungen nach dem Altern für die höhere Dehnbarkeit verantwortlich waren.A considerable difference created by the chrome can be seen when looking at the mechanical properties aged samples between the binary and ternary alloys. For the aged condition, the binary alloy showed almost zero elongation, while the ternary alloys elongation values up to 25% (for a 7 a / o chrome alloy) had. The ductility increased with the chromium content, with the partially spheroidized grain boundary precipitations aging were responsible for the higher elasticity.
Für die sphäroidisierten Proben stieg die Festigkeit mit ansteigendem Chromgehalt an und die Dehnbarkeit sank mitFor the spheroidized samples, the strength increased with it increasing chromium content and the ductility decreased with it
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absteigendem Chromgehalt.decreasing chromium content.
Sphäroidisierungsbehandlungen ohne Schutzstahltaschen bei 110°C während 10 Minuten Dauer zeigten, daß bei 3Cr und 5Cr-Legierungen Oxyde und Zunder an der Oberfläche der Proben zu beobachten waren, während für 7Cr-Legierungen kein Zunder festzustellen war.. Ein mehrfaches Durchlaufen des Zyklus der Sphäroidisierungsbehandlung erzeugte einen Anstieg der Dehnbarkeit und eine feinere Korngröße.Sphäroidisierungsbehandlungen unprotected steel Pocket at 110 ° C for 10 minutes in duration showed that in 3Cr and 5Cr alloys oxides and scale were observed on the surface of the sample, while no scale was observed for 7Cr alloys .. A multiple passage through the cycle of spheroidization produced an increase in ductility and a finer grain size.
Fig. 5 zeigt die Fließspannung für verschiedene Legierungen einschließlich der obenbeschriebenen Fe-Ta-Cr-Legierung. Man erkennt, daß die ternäre Legierung - mit Ausnahme des Fe-I AT%Ta kalt bearbeiteten Stahls - eine höhere Fließspannung bei Temperaturen unterhalb 600°C und höhere Werte - mit Ausnahme von Hastell'oy X - für Werte oberhalb 600°C ergibt, was die Vorteile der neuen Fe-Ta-Cr-Legierung weiter veranschaulicht. -Figure 5 shows the yield stress for various alloys including the Fe-Ta-Cr alloy described above. It can be seen that the ternary alloy - with the exception of the Fe-I AT% Ta cold-worked steel - has a higher yield stress at temperatures below 600 ° C and higher values - with the exception of Hastell'oy X - for values above 600 ° C results, which further illustrates the advantages of the new Fe-Ta-Cr alloy. -
Es hat sich somit herausgestellt, daß die Fe-Ta-Cr-Legierung die folgenden Vorteile gegenüber den binären Fe-Ta-Systemen liefert:It has thus been found that the Fe-Ta-Cr alloy has the following advantages over the binary Fe-Ta systems delivers:
1. Die d*-!("Phasentransformationstemperatur wurde um 100°C durch Hinzufügen von nicht mehr als 7AT% Chrom abgesenkt und die f~bTransformationstemperatur wurde um ungefähr 60°C gegenüber dem binären Phasendiagramm vermindert.1. The d * - ! ("Phase transformation temperature was lowered by 100 ° C by adding no more than 7AT% chromium and the f ~ b transformation temperature was lowered by approximately 60 ° C compared to the binary phase diagram.
2. Die eutektoide Zusammensetzung wurde durch die Hinzufügung von Cr zur niedrigeren Konzentration des Ta hinverschoben.2. The eutectoid composition was shifted to the lower concentration of Ta by the addition of Cr.
3. Die zweite Phase des ternären Systems wurde als die Laves-Phase, Fe2Ta, ausgebildet.3. The second phase of the ternary system was developed as the Laves phase, Fe 2 Ta.
4. Die Alterungshärteeigenschaften waren ähnlich denjenigen der binären Legierung.4. The aging hardness properties were similar to those of the binary alloy.
5. Die Korngrenzen der gealterten Proben der ternären Legierungen viaren nicht vollständig kontinuierlich. Die5. The grain boundaries of the aged samples of the ternary alloys are not completely continuous. the
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Sphäroidisierung in den ternären Legierungen erfolgte in weniger als 10 Minuten.Spheroidization in the ternary alloys occurred in less than 10 minutes.
6. Die Festigkeit der ternären Legierung stieg mit ansteigender Sphäroidisierungstemperatur an. Die Sphäroidisierungsbehandlung kann als Härtungsbehandlung benutzt werden. In ternären Legierungen konnte fast die gleiche Festigkeit durch Sphäroidisierung bei 95O°C erreicht werden; dies war 150° niedriger als die Sphäroidisierungstemperatur für binäre Legierungen.6. The strength of the ternary alloy increased with increasing Spheroidization temperature. The spheroidization treatment can be used as a hardening treatment. In ternary alloys could be almost the same Strength achieved by spheroidization at 95O ° C will; this was 150 ° lower than the spheroidization temperature for binary alloys.
7. Die Festigkeit der ternären Legierungen nach der Sphäroidisierung stieg mit dem Chromgehalt über 7 % an und die Dehnbarkeit fiel nach der Sphäroidisierung mit dem Chromgehalt über 7 % ab. Für gealterte Proben stieg die Dehnbarkeit oder Zugfestigkeit mit ansteigendem Chromgehalt an.7. The strength of the ternary alloys after spheroidization increased with the chromium content over 7% and the ductility fell after spheroidization with the chromium content over 7%. For aged samples, the ductility or tensile strength increased with increasing chromium content.
8. Durch mehrfaches Durchlaufen des Zyklus kann die Dehnbarkeit erhöht und eine feine Korngröße erhalten werden.8. By running through the cycle several times, the ductility can be increased and a fine grain size can be obtained.
9. Der Oxydationswiderstand der ternären Legierungen stieg mit ansteigendem Chromgehalt an.9. The oxidation resistance of the ternary alloys increased with increasing chromium content.
Die vorliegende Erfindung schafft also ein Sphäroidisierungsverfahren und eine den Stand der Technik ungemein verbessernde ternäre Zusammensetzung.The present invention thus provides a spheroidization method and a vastly improving prior art ternary composition.
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