DE2348703A1

DE2348703A1 - Abriebfeste und korrosionsfeste legierung

Info

Publication number: DE2348703A1
Application number: DE19732348703
Authority: DE
Inventors: Jun Joseph John Demo; Donald Platt Ferriss
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1974-08-22
Also published as: BR7308134D0; DK141173B; IL43461A0; IT998816B; ATA889473A; JPS5238807B2; JPS52125412A; SE390643B; ZA738120B; NL7314446A; CA1001864A; US3839024A; HU166691B; GB1439049A; DD107076A5; JPS501026A; DK141173C; JPS5728734B2; AT333520B

Description

Dr. Ing. Waiter Abitz

Dr. Dieter^ F. M ο rf .27.September 1973

Dr. Hans-Α. Brauns 0R-5480

8 München 86, Fienzsnauerstr. 23

E.I .DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Del. 19898, V.St.A.

Abriebfeste und korrosionsfeste Legierung

Die vorliegende Erfindung betrifft abriebfeste und korrosionsfeste Legierungen aus Molybdän, Chrom, Silicium und entweder Kobalt oder Nickel.

Von vielen tertiären Kobalt- oder Nickellegierungen, die Laves-Phasen genannte, ternäre, intermetallische Silicid-Verbindungen enthalten, ist bekannt, dass sie abriebfest sind. Von Legierungen, die harte, in weicheren Matrices dispergierte Laves-Phasen aufweisen, ist bekannt, dass sie niedrige fieibungseigenschaften aufweisen. Solche Legierungen, die sowohl abrieb- als auch korrosionsfest sind, sind nicht' leicht erhältlich. In der US-PS 3 410 732 ist offenbart, dass gewisse Legierungen auf Kobaltbasis, die Chrom enthalten, verbesserte Korrosionsfestigkeit in bestimmten sauren Medien aufweisen; es kann aber sein, dass diese Le-

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gierungen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, gegen eine grosse Vielfalt von korrodierenden Flüssigkeiten, die man in der Chemieverfahrensindustrie antreffen kann, nicht beständig sind.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Legierung, die abriebfest ist und gegen die sehr vielfältigen, korrodierenden Flüssigkeiten, die man in der Chemieverfahrensindustrie antreffen kann, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung einer Legierung, die abrieb- und korrosionsfest ist, wenn sie mit einer zweiten Legierung derselben Zusammensetzung in gleitender Beziehung steht. Ein noch anderes Ziel ist die Bereitstellung einer Legierung auf Nickelbasis, die beständig gegen Spannungskorrosions-Bissbildung, Verschleiss und Korrosion ist. Ein anderes Ziel ist die Bereitstellung von Gegenständen, die mit einer solchen Legierung überzogen sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Legierung, bestehend im wesentlichen aus:

(a) mindestens 45 Gew.% Kobalt oder Nickel;

(b) 20 bis 42 Gew.% Molybdän;

(c) 17 bis 25 Gew.% Chrom, wenn (a) Kobalt ist, und 8 bis 22 Gew.% Chrom, wenn (a) Nickel ist; und

(d) 1,5 bis 12 Gew.% Silicium, und zwar soviel, dass

(1) die Legierungsmikrostruktur aus 10 bis 100 Vol.% einer harten Phase, die überwiegend Laves-Phase ist, und 0 bis 90 Vol.% einer relativ weichen Matrix-Phase besteht, und

(2) die Legierungsmikrostruktur aus mindestens 10 Vol.% einer Laves-Phase besteht.

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Wenn (a) nur Kobalt ist, beträgt seine Höehstmenge 61,5 Gew-%, und wenn (a) nur Nickel ist, beträgt seine Höehstmenge 70,5 Gew.%.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zuvor genannte Legierung, in der die harte Phase mindestens 10 Vol.% (vorzugsweise 20 bis 75 Vol.%) ausmacht, der Molybdängehalt 22 bis 36 $έ, der Silieiumgehalt mindestens 1,5 % (üblicherweise nicht mehr als 5 % ^nd vorzugsweise 2 bis 3 %) und alternativ der Kobaltgehalt 45 bis 59 % und der Chromgehalt 17 his 25 % oder der Hickelgehalt 48 bis 63 % und der Chromgehalt 8 bis 22 % betragen. Andere bevorzugte Legierungen umfassen die oben genannten Bestandteile und bestehen im wesentlichen aus 50 bis 55 % Kobalt, 22 bis 29 % Molybdän, 17 bis 22 % Chrom und 1,5 bis 4 % Silicium} 48 bis 63 % Uickel, 24 bis 36 % Molybdän, 8 bis 16 % Chrom und 2 bis 5 % Silicium; 53 % Kobalt, 28 % Molybdän, 17 % Chrom und 2 % Silicium·, 51 % Kobalt, 25 % Molybdän, 22 % Chrom und 2 % Silicium; 62 % Fickel, 28 % Molybdän, 8 % Chrom und 2 % Silicium; 50 % Nickel, 32 % Molybdän, 15 % Chrom und 3 % Silicium; und 53 % Nickel, 35 % Molybdän, 9 % Chrom und 3 % Silicium. Noch weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen die Legierung in Stab- oder Pulverform; Gegenstände, die man durch Verbinden von Legierungsteilchen miteinander bei erhöhten Drücken und Temperaturen und nachfolgendes Abkühlen erhält; überzogene Gegenstände, die man durch Aufbringen der .aufgeschmolzenen Legierung auf ein Metallsubstrat und nachfolgendes Abkühlen der Legierung erhält; und überzogene Gegenstände, die man durch Aufbringen von teilweise aufgeschmolzenen Teilchen der Legierung auf ein Substrat bei erhöhter Temperatur und iuchfolgendes Abkühlen der Legierung erhält.

wie oben definierte, erfindungsgemässe Legierung beruht <~'· ^er Auffindung einer Legierungszusammensetzung, welche hohe Ab rieb festigkeit bekannter, abriebfester Legierun-

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gen, deren Korrosionsfestigkeit niedrig ist, und die hohe Korrosionsfestigkeit bekannter, korrosionsfester Legierungen, deren Äbriebfestigkeit niedrig ist, aufweist. Es wurde auch gefunden, dass die erfindungsgemässe Legierung auf Nickelbasis gegen Spannungskorrosions-Eissbildung beständig ist.

Die definierte Legierung kann hergestellt werden, indem eine Mischung der elementaren Bestandteile oder Unterkombinationen der Elemente bei einer ausreichenden Temperatur (beispielsweise 1250 bis I850⁰ .C) geschmolzen werden, um eine geschmolzene Masse bereitzustellen, und danach die Schmelze durch Abkühlen verfestigt wird. Das sich ergebende Produkt ist eine Legierung aus Nickel oder Kobalt, Molybdän, Chrom und Silicium in den oben vorgeschriebenen Mengenverhältnissen und besteht im wesentlichen aus einer Matrix auf Kobalt- oder Nickelbasis, die durch die Bildung von intermetallischen Verbindungen und durch die Legierungsbildung der Matrix verstärkt ist. Die Legierung kennzeichnet sich dadurch, dass sie zwei Hauptphasen aufweist, die durch metallographische, chemische und Röntgenstrahlenbeugungsmethoden nachweisbar sind. Speziell enthält die Legierung mindestens 10 Vol.% einer harten Phase, welche mindestens 10 Vol.% einer Laves-Phase bereitstellt, und bis zu 90 Vol.% einer verhältnismässig weichen Matrix-Phase. Die Matrix-Phase in der Legierung wird aus den gleichen Legierungsbestandteilen wie die harte Phase hergestellt. Die Matrix kann praktisch das Grundmetall, eine feste Lösung, eine' andere intermetallische Verbindung als eine Laves-Phase oder eine Mischung aus fester Lösung und intermetallischer Verbindung sein. Silicide der Legierungsmetallbestandteile können ebenfalls in der Matrix vorhanden sein.

Wichtig ist, dass die harte Phase der Legierung überwiegend Laves-Phase ist. Eine Laves-Phase enthält einen oder mehrere metallographische Bestandteile, welche die C..(

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gonal), C^₁- (kubisch) oder C^g (hexagonal)-Kristallstruktur aufweisen, wie in "International Tables for X-Ray Crystallography," Symmetriegruppen, N. F. M. Henry und K. Lonsdale, International Union of Crystallography, Kynoch Press, Birmingham, England (1952) beschrieben ist. Prototypen der Lave s-Phasen-Kri stall strukturen sind MgZn^, MgCup und MgNi^. Derartige Phasenstrukturen stellen einzigartige Kristallstrukturen dar, welche die vollständigste Raumbesetzung durch Scharen von zwei Kugelgrössen erlauben. Die Laves-Phase kann grundsätzlich durch die Formel AB2 dargestellt werden, wobei das grosse Atom A bestimmte Sätze von kristallographischen Stellen einnimmt und die kleinen Atome B andere Stellen einnehmen; in der Formel liegt das Verhältnis der Atomradien A : B im Bereich von 1,05 bis 1,68. Laves-Phasen treten als Zwischenphasen in zahlreichen Legierungssystemen auf. Im allgemeinen wiesen Laves-Phasen einen Homogenitätsbereich auf, d. h. sie können irgendeine Zusammensetzung aus dem Bereich von Elementzusammensetzungen aufweisen und dabei ihre charakteristische Kristallstruktur beibehalten. Das Atomverhältnis B : A kann möglicherweise infolge einiger Leerstellen in der Kristallstruktur? von geringfügig weniger als bis geringfügig mehr als 2 variieren. Auch kann mehr als eine Atomart die grossen Atomstellen, die kleinen Atomstellen oder beide besetzen. Solche Laves-Phasen können stöchiometrisch durch die Formel (A. C)(B D )pdar-

i—χ χ i~y y *-

gestellt werden, in der C die Atome von einer oder mehreren Arten, welche die grossen Atome ersetzen, und D die Atome von einer oder mehreren Arten, welche die kleinen Atome der binären Laves-Formel ABp ersetzen, bedeuten, und χ und y Werte im Bereich von 0 bis 1 haben.

Eine Legierung im hier verwendeten Sinne ist ein Stoff mit metallischen Eigenschaften, der in seiner stofflichen, elementaren Zusammensetzung zwei oder mehr chemische Elemente enthält, von denen mindestens zwei Metalle sind.

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Die erfindungsgemässe Legierung weist mindestens drei metallische Elemente auf. Andere Elemente (die nicht wesentlich sind) können in der Legierung vorhanden sein, vorausgesetzt, dass sie keine wesentlich ungünstige Wirkung auf die Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit der Legierung aufweisen· Nachstehend werden Beispiele für typische nicht wesentliche Elemente gebracht. Mangan liegt bisweilen in einer Menge von bis zu etwa 0,6 % vor, und Eisen ist in einer Menge bis zu etwa 2 % tolerierbar. Überdies enthalten Legierungen auf Kobaltbasis im typischen Falle etwa 0,5 % Nickel und Legierungen auf Nickelbasis im typischen Falle etwa 0,5 % Kobalt. Bis zu etwa 5 % an sämtlichen derartigen nicht wesentlichen Elementen können in der erfindungsgemässen Legierung vorliegen. Es versteht sich, dass die zuvor offenbarten Gewichtsprozente der wesentlichen Elemente nur auf die Gewichte der vier wesentlichen Elemente in der Legierung bezogen sind.

In der erfindungsgemässen Legierung stellt die harte Phase ausschliesslich Laves-Phase bei einem Chromgehalt von ungefähr 8 % dar. Bei Chromgehalten von 12 bis 25 % kann eine zusätzliche Phase in Erscheinung treten. Die zusätzliche Phase kann Laves-Phasenteilchen umgeben und kann einen bedeutenden, obgleich geringeren, Teil der harten Phase darstellen. Dieser zusätzliche Hartphasen-Bestandteil ist normalerweise härter als die dispergierende Matrixphase und kann bis zu 10 Vol.% der Legierung ausmachen. In einer Legierung, die eine harte Phase, welche überwigend aus einer Laves-Phase und einer sie umgebenden Nicht-Matrix-Phase besteht, aufweist, macht die Laves-Phase mindestens 50 Vol.% und üblicherweise mehr als 75 Vol.% der harten Phase aus. Die Legierung weist in allen Fällen mindestens 10 Vol.% Laves-Phase auf.

In der Tabelle I sind metallographische Werte dargestellt, die an repräsentativen Zusammensetzungen der erfindungsgemässen Legierung erhalten wurden. Die Tabelle

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zeigt die Volumenprozente der vorhandenen Phasen, die Rockwell C-Härte in der Masse und die Mikrohärtewerte der harten und der Matrix-Phase.

Tabelle I

Metallographische Werte, die an repräsentativen Zusammensetzen der erfindungsgemässen Legierung erhalten -wurden

Chemische Zusammensetzung	*	(Gew.%)	Cr	Si	Härte	C-Härte	Harte	Phase	Matrix-Phase	VHN**
	**	Ni Mo	17	2	in der	VHN *= Vickers-Härte Nr.	Vol.%	VHN**	Vol.%
Co	- - 28	22	2	Masse Ec*				446
55	25	8	2	55	5^-	1285	46	-
51	62 28	9	5	-	-	-	—	201
—	55 55	15	5	56	20	>800	80	288
-	50 52	Ec « Eockwell	45	56	1855	44	229
—			50	62	1246	58

grosser als

Aus der erfindungsgemässen Legierung können Gegenstände hergestellt werden, indem die Legierung unter Verwendung herkömmlicher Öfen, Formen und Methoden aufgeschmolzen und gegossen wird. Die Legierung kann vorher hergestellt werden, oder sie kann, wie bereits offenbart, aus nicht-legierten Mischungen der notwendigen Bestandteile hergestellt werden. Im letzteren Falle werden herkömmliche, zum Stand der Technik gehörende Bedingungen und Methoden derart gewählt, dass die Legierung in situ entsteht. Die vorher hergestellte Legierung kann physikalisch Ms zu Teilehengrössen zerkleinert werden, Ii i- der Herstellung von Gegenständen nach pulvermetallurgi-.. .i.en Arbeitsweisen angepasst sind. Bei derartigen Arbeitswerden Pulverteilchen der vorher hergestellten Legie-

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rung in eine Form gebracht und nachfolgend unter erhöhten Drücken und Temperaturen verdichtet, um sie teilweise aufzuschmelzen, bis ein vollständiger Legierungskörper hergestellt ist (ein Pulvermetallurgieteil) und danach abgekühlt, Solche Teile sind abrieb- und korrosionsfest.

Überzüge aus der Legierung auf verschiedenen Substraten können nach bekannten Arbeitsweisen hergestellt werden, beispielsweise, wie in der US-PS 3 331 700 offenbart, durch Überziehen von Metallsubstraten mit Schmelzen der in Stabform bereitgestellten Legierung-oder durch Plasmaaufsprühen von Überzügen aus teilweise aufgeschmolzenen Teilchen der Legierung auf Metallsubstrate und nachfolgendes . Abkühlen der Überzüge. Der zuvor erwähnte Stab kann aus fester, vorher hergestellter Legierung, die eine zusammenhängende Struktur aufweist, oder aus einer Kombination .einer zusammenhängenden Metallhülle bestehen, die iiiit den notwendigen Bestandteilen gefüllt ist, so dass die Legierung sich während des Aufschmelzens in situ bildet. Es versteht sich, dass die Überzüge möglicherweise eine die Abmessungen beeinflussende Oberflächenbehandlung benötigen, um sie für den Gebrauch vorzubereiten. Derartige Überzüge sind abrieb- und korrosionsfest.

Die erfindungsgemässe Legierung ist besonders nützlich für die Bereitstellung von einer oder vorzugsweise beiden von zwei Oberflächen, die sich einander gleitend berühren und korrodierenden Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Typische G-leitfläche'nanwendüngen sind beispielsweise sich drehende und axial bewegliche Wellen, die innerhalb zylindrischer Buchsen und gegen Absperrendflächen gleiten, wie Drucklager. Lager und Dichtungen, die mit Oberflächen aus der erfindungsgemässen Legierung bereitgestellt werden, widerstehen einer Korrosion durch oxidierende Flüssigkeiten, wie Eisen(lll)-chlorid- und Salpetersäurelösungen, und reduzierende Flüssigkeiten, wie wässriger Chlorwasserstoff-, Ameisen- und

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Schwefelsäure. Obgleich die Legierung möglicherweise einigen wenigen korrodierenden Stoffen weniger gut als einige "bekannte Legierungen widersteht, zeigt sie Überlegenheit hinsichtlich ihrer Gesamtbeständigkeit gegen sowohl Abrieb als auch Korrosion.

Eine Hauptklasse von korrodierenden Stoffen, die man in der ChemiVerfahrensindustrie antrifft, umfasst saure Medien, einschliesslich verdünnte und konzentrierte Mineralsäuren und organische Säuren und Lösungen von sauren Salzen, wie wässrige Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure und Eisen-(III)-chlorid. Solche sauren Medien sind bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei 50 his 100° 0, besonders korrosiv.

In den nachfolgenden Beispielen wiesen die geprüften Legierungen die unten angegebenen Zusammensetzungen, einschliesslich der angegebenen PhasenVolumina auf. Die jedem Element einer Legierungszusammensetzung vorausgehende Zahl sind die Gewichtsprozente. Die Volumina der harten Phase werden als Legierungsprozente ausgedrückt und, wie in der metallurgischen Technik bekannt ist, durch relative Flächen unter Intensitätskurvenbildern bestimmt, die durch Eöntgenstrahlenbeugungsanalysen von charakteristischen Legierungsphasen erzeugt werden. Die Legierungen A bis H wurden hergestellt, indem die Elemente in den vorgeschriebenen Gewichts Verhältnissen vermischt wurden, jede Mischung in Luft, bis sie vollständig aufgeschmolzen war, erhitzt, Schaum, der sich auf der Oberfläche bildete, abgegossen und die Schmelze auf Raumtemperatur abgekühlen gelassen wurde. Die Legierungen C bis H sind erfindungsgemasse Legierungen; die Legierungen A, B und I bis Q sind im Handel erhältliche, zum Stand der Technik gehörende Leigerungen.

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A - 62 Co/28 Ho/2 Si/8 Cr mit 50 % harter Phase. B - 62 Co/24 Mo/2 Si/12 Cr mit 45 % harter Phase. C - 55 Co/28 Mo/2 Si/17 Cr mit 54 % harter Phase. D - 51 Co/25 Mo/2 Si/22 Cr mit 50 % harter Phase. E - 62 Ni/28 Mo/2 Si/8 Cr mit 20 % harter Phase. B¹ - 55 Ni/35 Mo/3 Si/9 Cr mit 56 % harter Phase. G - 50 Ni/32 Mo/3 Si/15 Cr mit 50 % harter Phase. H - 50 Ni/25 Mo/3 Si/22 Cr mit 50 % harter Phase.

Die harte Phase in jeder der obenstehenden Legierungen enthält mindestens 75 % Laves-Phase.

I - rostfreier Stahl (316) der Zusammensetzung 12 Ni/2,5 Mo/ 17 Cr/Best Fe, der keine Laves-Phase (LP) aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

J - rostfreier Stahl (304) der Zusammensetzung 10 Ni/19 Cr/2 (höchstens) Mn/Eest ie, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

K - ein superrostfreier Stahl (Carpenter 20Cb3) der Zusammensetzung 34 Ni/2,5 Mo/20 Cr/3,5 Ou/Rest Fe, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

L - Inconel 600, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung 77 Ki/16 Cr/7 Fe, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

M - Monel 400, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung 1,4 Pe/32 Cu/Eest Ni, der keine LP aufweist und im allgemeinen als korrosionsfest bekannt ist.

N - Eine Superlegierung auf Nickelbasis (Hastelloy N) der Zusammensetzung 5 Fe/16 Mo/7 Cr/Rest Ni, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

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O - Hastelloy C₁ eine andere Nickel-Superlegierung der Zusammensetzung 54Ni/i6 Ho/16 Cr/1 Si/5 Fe/4V, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

P - Hastelloy B₁ eine andere Nickel-Superlegierung der Zusammensetzung 6 Pe/28 Mo/1 Si/Rest Ki₁ der keine LP aufweist und als korrosionsfest "bekannt ist.

Q - Stellite 6B, eine gut "bekannte Legierung der Zusammensetzung 29 Cr/1,5 (höchstens) Mo/2 Si/3 FeA,5 W/0,9 bis 1,4 C/Rest Co₁ die keine LP aufweist und als abriebfest bekannt ist.

B e i s ρ i el e 1-bis 11

Die nachfolgend beschriebene, bekannte Reiter- und Trommel-Prüfarbeitsweise wurde angewandt, um Korrosion und Abrieb an erfindungsgemässen Legierungszusammensetzungen und bestimmten bekannten, korrosions- und abriebfesten Legierungen zu vergleichen. Für die Prüfung wurde ein flacher Reiter aus Prüfmaterial (2,54- cm χ 0,714 cm χ 0,873 cm) gegen eine rotierende Trommel mit einem Durchmesser von 8,89 cm, die eine periphäre Oberfläche aus gleichem· oder andersartigem Material bereitstellt, gedruckt. Der Reiter erstreckte sich in der Berührungslinie entlang einer 0,714 cm χ 2,54- cm grossen Stirnfläche. Vor dem Prüf versuch wurden die Oberflächen sowohl des Reiters als auch der Trommel bis zu einer Bearbeitung von 0,000254 mm poliert. E'ür die Prüfung wurde die Trommel mit ihren untersten 2,54- cm in 5%iger, wässriger HCl bei 25⁰ C bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Oberfläche von 121,92 m je Minute gedreht, während der Reiter unter einer Last von 6,81 kg stand. Nach 1 Stunde wurden die Gewichtsänderungen sowohl des Reiters als auch der Trommel aufgezeichnet. Die Oberfläche von jedem geprüften Element wurde gemäss der nachstehenden Skala bewertet:

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Gewichtsverlust;

ausgezeichnet;

Ce) <1O mg

gut (g)

befriedigend
(f)

100 mg

schlecht (p) ^100 mg

Aussehen

Keine sichtbaren Hitzungen "bei i.0fächer Yergrösserung; keine Öberfläehenöesehäalgung oder Fressen

Einige wenige hei lOfaeher Vergrösserung sichtbare Sitzungen; keine Überflächenbesehäcliguiig; kein Fressen

Durchlaufende Siefung; Grübchen oder andere -Anzeichen !beginnender &orrosioa$ kein Fressen

Anzeichen von Fressen oder Mikroquerrissen; starke Korrosion.

Fussnoten:

<■* geringer als 5> = grosser als

Die tabelle II zeigt die Gewichtsverluste der Heiter und iDrommeln und die Oberflächenbewertungen der verschlieesenen Eeiter und Trommeln aus Legierungen, die zusammen geriehen ■wurden.

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Tabelle II

2343703 Λ"

Konkurrierende Wirkungen von	Reiter-	Trommel-	Abrieb und Korrosion	Trommel	Oberflächen	Trommel
Bei	Legie	Legie	Gewichtsverluste (mg)		bewertung; en	g
spiel	rung	rung	Reiter	23	Reiter	g
	A .	A		0	g	g
1	B	B	13	8	S	g
2	C	C	27	23	S	g
3	D	D	87	79	S	f
4	P	F.	13	22	S	f
5	G	G	44	25	f	P
6	H	H	78	93	f	P
7	Q	Q	106	285	P	P
8	(a)	Q	82	(Zunahme)	P	P
9	Q	0	1718	(Zunahme)	P .
10	Q	I	156		P
11	317

(a) = chromplatierter Stahl

Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässen Legierungen (Beispiele 3 bis 7)» in- gleitender Berührung miteinander Stellite 6B (an sich selbst gerieben; Beispiel 8), chromplatiertem Stahl (Beispiel 9), rostfreiem Stahl 316 (Beispiel 11 ) und Hastelloy C (Beispiel 10) überlegen waren, wobei die Legierungen auf Kobaltbasis (Beispiele 3 bis ¹I ) den Legierungen auf Nickelbasis (Beispiele 5 bis 7) unter diesen Bedingungen etwas überlegen waren.

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Beispiele 12 bis 28

Die Überlegenheit der erfindungsgemässen Legierung gegenüber ähnlich zusammengesetzten Legierungen des Standes der Technik (Beispiele 1 und 2) unter stärker variierenden korrodierenden Bedingungen ergibt sich aus den Ergebnissen der nachstehenden Beispiele. Die nachfolgende Prüfmethode wurde zum Vergleich der Korrosionsfestigkeit der erfindungsgemässen Legierung mit bekannten, korrosions- und abriebfesten Legierungen in Berührung mit einer Vielfalt von korrodierenden Flüssigkeiten verwendet. Die Prüfmethode setzte sich aus folgenden Massnahmen zusammen:

a) Eintauchen eines·abgewogenen, 0,3175 cm (i/8 inch) χ 2,54- cm χ 3>81 cm grossen Metallangusses, der mit einem nassen Band bis zu einer Oberflächenbeschaffenheit von Gries 80 (eighty grit finish) abgeschliffen worden ist, in 1 Liter einer Prüfflüssigkeit für Zeitspannen von 24 Stunden bei der angezeigten Temperatur;

b) Herausnehmen des Angusses und Messen seines Gewichtsverlustes;

c) Ersatz der alten Prüfflüssigkeit durch dasselbe Volumen frischer Prüfflüssigkeit und Wiedereintauchen des Angusses für weitere 24 Stunden;

d) Wiederholen der Schritte (b) und (c), bis drei bis fünf 24 Stunden-Zeitabschnitte der Behandlung beendet sind; und

e) Umwandeln der Gewichtsverluste in die Geschwindigkeit, mit der die Dicke des Metalles abnimmt, unter Anwendung von Durchschnittswerten in denjenigen Fällen, in denen die täglichen Verluste ungefähr die gleichen sind, aber unter Heranziehung eines Einzelverlustes für Jeden Tag in denjenigen Fällen, in denen der Verlust von dem durchschnittlichen täglichen Verlust stark abweicht.

Die Tabelle III zeigt die Korrosionswirkungsweise als

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mm/Jahr des Metalldickenverlustes in den geprüften legierungen bei den in den Spalten-Überschriften gezeigten Behandlungstemperaturen in den wässrigen Flüssigkeiten.

Tabelle III KorroaonswirkungsiYeise von Legierungen Cmm/Jsihx Verlust)

Bei- Legie- 10% FeCl-, 65 % HNO,, 5% HCl 45% Amei- 10% spiel rung ₂₅o_G(a) * ₆₆o_C ^ 66⁰C sensäure,

sxedeno.

₂₅o_G(a)

_siedenö

12	A	2,56 3^,65 - (101 mils/ year)	6,10	4,925	0,0381	NT	5,54
13	B	5,38	12,49(b) 0,991(c)	3,05	0,0584	0,0635	2,893
14	C	0,234	1,04	0,038'	I 0,0406	NT	0,864
15	D	NT	NT	0,0254 0,0965	0,0965	0,483
16	E	NT	7,37 .	0,330	12,7	8,64
17		12,68	1^52(c)	0,330	43,2	0,406
18	G	2,13	4,14(b) 0,508(c)	0,762	0,150	NT
19	H	NT	0,279	7,82	0,940	1,22
20	I	>25,4	0,203	>12,7	0,0203	22,9
21	J	>25,4	0,0254	>25,4	NT	>127
22	K	4,19	0,660	2,03	0,0787	0,965
23	L	11,2	>127	3,12	0,0229	5,39
24	M	>25,4	24,6	0,660	0,711	0,406
25 -	N	>25,4	0,559	Q,432	0,559
26	O	0,0254	25,0	0,457	0,660
2?	P	2,59	0,203	0,254	0,0508
28	Q	2,03	10,4	6,10

Durchseimitt von 5 ^i s 7 24 Stunden-Zyklen

für den ersten 24 Stunden-Zyklus

b' iinittliehe Geschwindigkeit für die nächsten P bis «J- Zyklen.
'-".' *·· loht geprüft

- grosser als

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Die Werte zeigen, dass im allgemeinen die Chrom enthaltenden Legierungen auf Kobaltbasis gegen eine durch die verschiedenen sauren Lösungen verursachte Korrosion beständig sind. Die erfindungsgemässen Legierungen (Beispiele 14 und 15) sind denjenigen des Standes der Technik (Beispiele 12 und 13) überlegen. Diese Ergebnisse, insbesondere die Korrosionsbeständigkeit gegen verdünnte Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure bei erhöhten Temperaturen, sind angesichts des Standes der Technik überraschend, weil die bekannte Literatur offenbart, dass eine Erhöhung des Chromgehaltes in ähnlich zusammengesetzten Legierungen die Korrosionsfestigkeit gegen diese Säuren bei 44° C ausgeprägt herabsetzt. Es ist auch ersichtlich, dass die erfindungsgemässen Legierungen auf Kobaltbasis (Beispiele 14 und 15) korrosionsfester als rostfreie Stähle (Beispiele 20 und 21) und Stellite B (Beispiel 28) sind und im allgemeinen Monel (Beispiel 24), den Hastelloys (Beispiele 25 bis 2?) und Carpenter 20Cb3 (Beispiel 22) gleichwertig sind. Die erfindungsgemässen Legierungen auf Nickelbasis (Beispiele bis 18) lassen sich hinsichtlich ihrer Wirkungsweise zu den bekannten, angeführten Legierungen in ähnlicher Weise in Beziehung setzen und mit diesen vergleichen. Weiterhin ist zu ersehen, dass die erfindungsgemässen Legierungen (Beispiele 14, 15 und 17 bis 19) eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber den oxidierenden Eisen(III)-chlorid- und/oder Salpetersäuremedien zeigen als Monel 400 (Beispiel 24), Hastelloy N (Beispiel 25) und Hastelloy B (Beispiel 27). Obgleich sie rostfreien Stählen (Beispiele 20 bis 22), Inconel 600 (Beispiel 23), Hastelloy C (Beispiel 26) und Stellite 6B (Beispiel 28) etwas unterlegen sind, ist ihre Gesamtwirkungsweise gegenüber Korrosion und Abrieb zufriedenstellend, so dass sie in der Chemieverfahrensindustrie nützlich sind.

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Beispiele 29 bis 31

Nach der nachstehenden Prüfmethode wurde die Beständigkeit der erfindungsgemässen Legierung auf Nickelbasis gegen Spannung skorro si on s-Ri ssb il dung mit derjenigen einer bekannten, abriebfesten, Laves-Phase enthaltenden Legierung verglichen. Es wurde die von M. A. Streicher und A. J. Sweet in Corrosion, 25, Nr. 1 (1969)> Seiten 1 bis 6 beschriebene Arbeitsweise angewandt. Jede verwendete Probe war ein 7»62 cm χ 1,27 cm χ 0,165 cm grosser Streifen, der aus einem 7>62 cm χ 2,54 cm χ 0,635 cm grossen Gussblock spanabhebend hergestellt worden war. Das 0,165 cm dicke Stück wurde an seinen Enden um seinen Mittelpunkt in einer Einspannvorrichtung aus Inconel 600, einem spannungskorrosionsrissbeständigen Material, herumgebogen, bis in der Aussenfläche des Streifens eine maximale Spannung von 4218 kg/cm angelegt worden war. Die Einspannvorrichtung wurde mit der Probe in siedendes, 45%iges, wässriges Magnesiumchlorid eingetaucht. Periodisch wurde die Oberfläche der gespannten Probe bei 20facher Vergrösserung untersucht, um den Beginn und» die Fortpflanzung von Oberflächenrissen zu erkennen. Die Probe versagte dann, wenn sie in zwei Stücke zerbrach. Die Tabelle IV zeigt die verwendeten Legierungen und die Zeit, die bis zu ihrem Versagen verstrich.

Tabelle IV

Beispiel Legierungs- Zeit bis zum Versagen

zusammensetzung

29 A 40 Std.

30 E kein Versagen, 148 Std.

31 G kein Versagen, 194 Std.

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Es ist ersichtlich, dass Legierungen auf Nickelbasis mit 8 % Cr (Beispiel 30 ) und mit 15 % Cr (Beispiel 31) der zum Stand der Technik gehörenden Legierung auf Kobaltbasis mit 8 % Cr(Beispiel 29) überlegen sind. Dass 100 Stunden ohne Versagen erzielt werden konnten, zeigt allgemein an, dass mindestens 1000 Stunden ohne Versagen unter diesen Bedingungen erreichbar sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Legierung, bestehend im wesentlichen aus

(a) mindestens 45 Gew.% Kobalt oder Nickel;

(b) 20 bis 42 Gew.% Molybdän;

(c) 17 *>is 25 Gew.% Chrom, wenn (a) Kobalt ist,und

8 bis 22 Gew.% Chrom, wenn (a) Nickel ist; und (d) 1,5 "bis 12 Gew.% Silicium, und zwar so viel, dass

(1) die Legxerungsmikrostruktur aus 10 bis 100 YoI.% einer harten Phase, die überwiegend Laves-Phase ist, und 0 bis 90 Vol.% einer relativ weichen Matrix-Phase besteht, und

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Phase 20 bis 75 Vol.% ausmacht und im wesentlichen aus 45 bis 59 Gew.% Kobalt, 22 bis 36 Gew.% Molybdän, 17 "bis 25 Gew.% Chrom und 1,5 bis 5 Gew.% Silicium besteht.

3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung im wesentlichen aus 50 bis 55 Gew.% Kobalt, 22 bis 29 Gew.% Molybdän, 17 bis 22 Gew.% Chrom und 1,5 "bis 4 Gew.% Silicium besteht.

4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Phase 20 bis 75 Vol.% ausmacht und im wesentlichen aus-48 bis 63 Gew.% Nickel, 22 bis 36 Gew.% Molybdän, 8 bis 22 Gew.% Chrom und 1,5 bis 5 Gew.% Silicium besteht.

5. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung im wesentlichen aus 48 bis 63 Gew.% Nickel, 24 bis 36 Gew.% Molybdän, 8 bis 16 Gew.% Chrom und 2 bis 5 Gew.% Silicium besteht.

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6. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 "bis 5 ^zur Herstellung von Gleitpaaren mit grosser ATsriebfestigkeit und Korrosionsfestigkeit.

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