DE2332576C3 - Verwendung einer Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung - Google Patents
Verwendung einer Nickel-Kobalt-Eisen-KnetlegierungInfo
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Description
genügt als Werkstoff für Gegenstände, die nach einem halbstündigem Lösungsglühen bei 800"C und
einem vierundzwunzigsiündigen Aushärten bei 6000C bei 3000C eine Zugfestigkeit von mindestens
920 MN/m2 sowie im Temperaturbereich von 20 bis 3000C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von
3,0 bis 5,0 χ 10-6/=C besitzen müssen.
2. Verwendung einer Knetlegierung nach An-Spruch 1, deren Gesamigeball an Titan jedoch den
Gehalt an freiem Titan um das Vierfache des Kohlenstoffgehaltes übersteigt, für den Zweck nach
Anspruch 1.
3. Verwendung einer Knetlegierung nach Anspruch I oder 2, deren Gehalt an freiem Titan jedoch
mindestens 1,8% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer Knetlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, deren
Kohlenstoffgehalt jedoch unter 0,02% liegt, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung mit 13,8 bis
13,9% Kobalt, 1,95 bis 2,05% freies Titan, 31,5 bis 34,5% Nickel und 0,002 bis 0,045% Kohlenstoff, Rest
einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.
6. Knetlegierung nach Anspruch 5, die jedoch jeweils höchstens 0,2% Aluminium, Mangan und/
oder Silizium enthält.
7. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5 oder 6 für den 2'weck nach Anspruch 1.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Kobalt-Knetlegierung mit 12 bis 16% Kobalt,
1,75 bis 2,5% freies Titan, 26 bis 39% Nickel, 0 bis 2% Kupfer und unter 0,05% Kohlenstoff, Rest einschließlich
erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, die der Bedingung
(%Ni) + (%Co) - 3,7 (%Ti) = 38,5 bis 41,5
genügt.
In der deutschen Patentschrift 11 65 878 und der
britischen Patentschrift 8 61 458 wird eine titanhaltige Nickel-Kobalt-Eisenlegierung mit einer günstigen
Kombination technologischer Eigenschaften, insbesondere einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, hoher
Festigkeit im ausgehärteten Zustand und guter Kaltverformbarkeit beschrieben.
Die bekannte Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung besteht aus 22 bis 36% Nickel, 5 bis 30% Kobalt, 1,25 bis 1,75%
Titun, unter 0,05% Kohlenstoff und 0 bis 2% Kupfer, Rest Eisen einschließlich erschmelziingsbedingter Verunreinigungen.
Diese Legierung hut sich in großem Maße in die Praxis eingeführt, besitzt jedoch nicht die Festigkeit, die
wünschenswert wäre. Die Erfindung ist daher auf die Schaffung einer solchen Legierung gerichtet.
Das Titan erhöht die Festigkeit in Nickel-Kobalt-Eisen-Legierungen;
dabei muß jedoch nach bisheriger Auffassung im Hinblick auf einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten
der Titangehalt innerhalb enger Gehaltsgrenzen liegen. Im einzelnen galt bislang, daß
der Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von beispielsweise 25 bis 300"C oder 500°C bei einem
Titangehalt von etwa 1,5% ein Minimum erreicht und bei einem Titangehalt über 1.5% rasch ansteigt. Des
weiteren ergibt sich aus den Diagrammen der beiden erwähnten Patentschriften, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient
auch vom Kobaltgehalt abhängig ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierungen vorzuschlagen,
die sich als Werkstoff für Gegenstände eignen, die nach einem halbstündigen Lösungsglühen bei 8000C und
einem 24stündigen Aushärten bei 600°C bei einer Temperatur von 300°C eine Zugfestigkeit von mindestens
920 MN/rn2 sowie im Temperaturbereich von 20 bis 3000C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von
3,0 bis 5,0 χ 10~6/°C besitzen müssen. Die Lösung dieser
Aufgabe basiert auf der Feststellung, daß der Titangehalt und damit auch die Festigkeit ohne Erhöhung des
thermischen Ausdehnungskoeffizienten gesteigert werden können, wenn sich der Nickelgehalt innerhalb
enger, vom jeweiligen Kobalt- und Titangehalt abhängiger Gehaltsgrenzen bewegt. Hiervon ausgehend besteht
die Erfindung darin, für den vorerwähnten Verwendungszweck eine Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung
mit 12 bis 16% Kobalt, 1,75 bis 2,5% freies Titan,
26 bis 39% Nickel, 0 bis 2% Kupfer und unter 0,05% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen Eisen, die der Bedingung
(%Ni) + (%Co) - 3,7(%Ti) = 38,5bis41,5
genügt, zu verwenden.
Die Verfestigung durch das Titan basiert auf einer intermetallischen (NiaTiJ-Phase, in die das an Kohlenstoff
gebundene Titan nicht übergeht. Demzufolge kommt es wesentlich auf den Gehalt an freiem Titan an
und übersteigt der Gesamtgehalt an Titan vorzugsweise den Gehalt an freiem Titan um das Vierfache des
Kohlenstoffgehaltes, der vorzugsweise unter 0,02%, besser noch unter 0,001 % gehalten wird.
Der Gehalt an freiem Titan beträgt vorzugsweise mindestens 1,8%. Die obere Grenze liegt deswegen bei
2,5%, weil höhere Titangehalte die Raumtemperatur-Duktilität der Legierung im ausgehärteten Zustand
beeinträchtigt.
Da sich Kupfer nachteilig auf den Ausdehnungskoeffizienten auswirkt, ist die Legierung vorzugsweise
kupferfrei. An Verunreinigungen kann die Legierung Aluminium, Mangan und Silizium bis je 0,2% enthalten.
Die Legierung besitzt nach einem halbstündigen Lösungsglühen bei 8000C und einem vierundzwanzigstündigen
Aushärten bei 6000C im allgemeinen eine Zugfestigkeit von 920 bis 1330 MN/rn* bei 3000C. Ihre
Festigkeit ist normalerweise jedoch beträchtlich höher im Gegensatz zu der aus der deutschen Patentschrift
11 65 878 bekannten Legierung, deren Zugfestigkeit bei
300'1C nur 890MN/m-' beträgt. Hinzu kommt, daß die
Erhöhung der Festigkeit mit einer Verringerung der Wärmedehnung verbunden ist. Obgleich die in Rede
stehende Legierung im allgemeinen 24 Stunden bei 6000C ausgehärtet wird, wenn sich der Gehalt an freiem
Titan im oberen Bereich von 1,75 bis 2,5% bewegt, läßt sich eine optimale Kombination von Festigkeit und
Ausdehnungsverhalten bei einem acht bis vierundzwanzigstündigen Glühen bei 6500C erreichen.
Im allgemeinen beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Legierung 3,0 bis 5,0 χ 10~b/°C im
Temperaturbereich von 20 bis 3000C, während der Wärmeausdehnungskoeffizient der vorerwähnten bekannten
Legierung 7,67 χ 10-b/°C beträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausfiihrungsbeispielen des näheren erläutert.
Eine Legierung mit 13,8% Kobalt, 34,5% Nickel, 2,05% Titan und 0,002% Kohlenstoff, Rest einschließlieh
erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen wurde zu Quadratstäben mit einer Kantenlänge von
12 mm ausgeschmiedet. Die Stäbe wurden dann 15 Minuten bei 8000C geglüht, in Luft abgekühlt und
alsdann 24 Stunden bei 6000C ausgehärtet sowie anschließend untersucht. Dabei ergaben sich folgende
Daten:
30
35
40
45
| Temperatur ("C) |
Streckgrenze (MN/m2) |
Zugfestigkeit (MN/ra'l |
| 20 300 |
1085 914 |
1330 1070 |
| Temperatur (°C) |
Ausdehnungs koeffizient (0C χ 10-6) |
|
| 20-200 5.1 20-300 5.0 20-400 5.5 20-500 7.5 Beispiel 2 |
||
Unter den im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen wurde eine weitere Legierung
mit 13,9% Kobalt, 31,5% Nickel, 1,95% Titan und 0,045% Kohlenstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen ausgeschmiedet und untersucht. Dabei ergaben sich folgende Daten:
| 4 | Zugfestigkeit (MN/mJ) |
|
| Temperatur (' C) |
Streckgrenze (MN/mJ) |
1290 1045 |
| 20 300 |
1000 875 |
Ausdehnungs koeffizient ('C χ 10-b) |
| Temperatur ("C) |
||
| 20-200 | 3.0 |
| 20-300 | 3.1 |
| 20-400 | 4.8 |
| 20-500 | 6.7 |
Die Ausführungsbeispiele zeigen, daß Legierungen mit hoher Festigkeit und gutem Ausdehnungsverhalten
13,8 bis 13,9% Kobalt, 1,95 bis 2,05% freies Titan, 31,5
bis 34,5% Nickel und 0,002 bis 0,045% Kohlenstoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen
Eisen enthalten können und der Bedingung
(%Ni) + (%Co) - 3,7 (%Ti) = 38,5 bis 41,5
genügen.
Die Legierung eignet sich insbesondere als Werkstoff für Gegenstände, die eine hohe Maßhaltigkeit bei
Gebrauchstemperaturen von Raumtemperatur bis 5000C besitzen müssen, wie beispielsweise Bauteile, die
im Gebrauch hohen Temperaturen unterliegen und bei 3000C eine Zugfestigkeit von mindestens 920 MN/m2
sowie im Temperaturbereich von 20 bis 3000C einen mittleren Ausdehnungskoeffizienten von 5,0 χ 10-6
besitzen müssen.
Die Legierung ist beispielsweise als Werkstoff für rotierende oder hin- und hergehende Maschinenteile
wie Turbinenwellen geeignet, die außerordentlich maßhaltig sein müssen und den verschiedensten
Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 3000C oder auch bis beispielsweise 5000C unterliegen sowie
ein genau eingestelltes Spiel besitzen müssen. Dies gilt insbesondere für Hochleistungsantriebe von Landfahrzeugen,
Schiffen und Flugzeugen.
Die ausgezeichnete Kombination eines geringen Ausdehnungskoeffizienten und einer hohen Zugfestigkeit
bedingt außerdem eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit, so daß die Legierung sich auch als
Werkstoff für Kolbenboden und Ventile von Dieselmotoren,
Schmiedegesenke und Werkzeuge wie Reibahlen, Bohrstangen und -wellen, Schäfte für Hartmetall-
und andere mit Plättchen versehene Werkzeuge, Walzen und Elemente von thermostatischen Bimetallen
eignet.
Claims (1)
- Patentansprüche:I. Verwendung einer Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung mit 12 bis 16% Kobalt, 1,75 bis 2,5% freies Titan, 26 bis 39% Nickel, 0 bis 2% Kupfer und unter 0,05% Kohlenstoff, Res. einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, die der Bedingung10(%Ni) + (%Co) - 3,7 (%Ti) = 38,5 bis41,5
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB3027972A GB1428127A (en) | 1972-06-28 | 1972-06-28 | Iron nicel cobalt alloys |
| GB3027972 | 1972-06-28 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2332576A1 DE2332576A1 (de) | 1974-01-10 |
| DE2332576B2 DE2332576B2 (de) | 1977-01-27 |
| DE2332576C3 true DE2332576C3 (de) | 1977-09-15 |
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