DE2350546A1

DE2350546A1 - Duktile kobalt-legierung

Info

Publication number: DE2350546A1
Application number: DE19732350546
Authority: DE
Inventors: Coelman M Augustine; Robert B Herchenroeder
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1974-04-25
Also published as: US4012229A; CA997173A; FR2202163B1; FR2202163A1; IT1004604B; GB1442777A

Description

8. Oktober 1973 Gze/pn

CABOT CORPORATION, 125 High Street, Boston, Massachusetts,

U.S.A.

Duktile Kobalt-Legierung

Die vorliegende Erfindung betrifft duktile Kobalt-Legierungen; insbesondere betrifft die Erfindung hoch-feste, tantalhaltige Super-Legierungen auf Kobaltbasis mit verbesserter Duktilität bei hohen Temperaturen, wobei diese Eigenschaften durch gezielten Zusatz von Molybdän erreicht werden.

Kobalt-Legierungen sind schon seit langem als bei hohen Temperaturen beständiger Werkstoff eingesetzt worden; hierbei bestand das Hauptproblem darin, die Legierungen in die gewünschten Formen zu bringen·

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kobalt-Legierungen bereitzustellen, welche bei mittleren Temperaturen hohe Festigkeiten und bei hohen Temperaturen, wie sie oft beim Schmieden, Walzen und Verformen auftreten, überlegene Duktilität aufweisen.

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Molybdän wurde üblicherweise als ein Element angesehen, welches in Nickel- und Kobalt-Legierungen eine feste, verstärkende Lösung bildet. Weiter wurde angenommen, daß die Zugabe von Molybdän zu Legierungen deren Hochtemperatur-Duktilität vermindert, diese zumindest nicht merklich erhöht. Im Gegensatz zu diesen Annahmen wurde nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, daß die, innerhalb gewisser Grenzen erfolgende Zugabe von Molybdän die Duktilität bei HOO⁰C von gewissen Kobalt-Legierungen merklich verbessert, z.B. von ungefähr 80%-iger Dehnung bis zu ungefähr 180%-iger Dehnung.

Solch ein Anstieg der Duktilität verbessert deutlich die Verarbeitungseigenschaften der Legierung beim Heißschmieden, Walzen und Verformen oder einer anderweitigen mechanischen Bearbeitung der Legierung. Es wurde oft angenommen, daß sich Molybdän und Wolfram gegenseitig ersetzen; für die vorliegende Erfindung trifft dies jedoch nicht zu.

Eine erfindungsgemäße Kobalt-Legierung hat im wesentlichen die folgende Zusammensetzung:

Cr 15 - 30 Gewichtsprozent

Ni 10 - 30 Gewichtsprozent

Mo 1-8 Gewichtsprozent

W 0-10 Gewichtsprozent

Ta 8-20 Gewichtsprozent

Co Rest plus übliche Begleitstoffe und Verunreinigungen.

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Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Legierung hat folgende Zusammensetzung:

Cr	18 -	27	Gewichtsprozent
Ni	15 -	28	Gewichtsprozent
Mo	1 -	8	Gewi chtsprozent
W	O -	8	Gewichtsprozent
Ta	8 -	20	Gewichtsprozent
Co	Best	Dl	us übliche Verun

und Begleitstoffe,

Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Legierung hat die folgende Zusammensetzung:

Cr 18 - 25 Gewichtsprozent

Ni 18 - 25 Gewichtsprozent Mo 2-6 Gewichtsprozent W 0-6 Gewichtsprozent

Ta 8-20 Gewichtsprozent

Co Rest plus übliche Begleitstoffe und Verunreinigungen.

Zusätzlich zu den oben genannten speziellen Elementen, können in den erfindungsgemäßen Legierungen andere übliche Begleitstoffe vorhanden sein, um verbesserte Oxidationsbeständigkeit, Desoxidation, wirtschaftliche Vorteile, Veränderung der Festigkeit zu erzielen; daneben können übliche dem Fachmann geläufige

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Verunreinigungen vorliegen. Zu solchen geläufigen Begleitstoffen und Verunreinigungen gehören bis zu 2 Gewichtsprozent Mangan; bis zu 1 Gewichtsprozent Silicium; bis zu 0,2 Gewichtsprozent Lanthan; bis zu 0,2 Gewichtsprozent Yttrium; bis zu 0,6 Gewichtsprozent Aluminium; bis zu 1 Gewichtsprozent Zirkon; bis zu 10 Gewichtsprozent Eisen; bis zu 0,03 Gewichtsprozent Bor; Ms- zu 1 Gewichtsprozent Kohlenstoff; und bis zu 3 Gewichtsprozent Hafnium.

Die folgende Tabelle I briagt spezifische Beispiele für vier erfindungsgemäße Legierungen und deren chemische Zusammensetzung.

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Legierung	A
	B
	C

οα	D
Za
O
co
O
CD

Tabellel Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

AlCCo Cr !! H Ü! Ϊ2 Ü ÜÜ ^{Ta w}

0,38 0,12 Rest* 21,07 1,86 0,04 0,67 0,33 23,60 0,40 16,74

0,40 0,12 Rest* 20,72 1,75 <0,02 0,61 2,27 22,60 0,36 16,28

0,37 0,12 Rest* 20,81 1,36 0,05 0,53 0,42 23,50 0,27 10,53 4,50

0,45 0,12 Rest* 20,07 1,38 0,04 0,54 4,04 22,40 0,25 10,14 4,39 ,

4*

* Kobalt plus zufällige Verunreinigungen»

- Der Schmelze wurde kein Wolfram zugesetzt»

cn

An jeder der in Tabelle I genannten Legierungen wurden Untersuchungen zur Bestimmung der Reißfestigkeit (stress rupture) bei verschiedenen Temperatoren durchgeführt; die entsprechenden Festigkeitseigenschaften sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt:

Tabelle II

	820 820	17,5 17,5	Reißfestigkeit	Dehnung
Untersuchungen zur	930 930	9,1 9,1	Lebensdauer ² Std.	12 29
Temperatur Zug Legierung oc kg/mm	1040 1040	3,2 3,2	27.6 28,5	32 14
A	820 820	17,5 17,5	9_T0 15,7	27 23
	930 93O	9,1 9,1	10.5 11,3	49 52
	1040 1040	3,2 3,2	50,8	79 75
B	1040 1040	3,2 3,2	6,5 6,9	135 150
	JO4O 1040	3,2 3,2	3*8	12 9
	25,0 17,9	29 24
C	12.8 15,4
D

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An jeder der in Tabelle I genannten Legierungen wurden auch Zug-Spannungs-Untersuchungen durchgeführt; die entsprechenden Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle III aufgeführt:

Tabelle III

Zug-Spannungs-Verhalten 0,2%-

Temperatur Dehngrenze Zugfestigkeit Dehnung Legierung ⁰C kp/mm²

870 870	51,4 50,5	72,2 69,4	8 13
1090 1Ο9Ο	3,0 3,4	10,5 11,5	94 71
870 870	42,4 44,4	59,2 62,9	19 14
1090 1090	2,5 3,9	9₉7	173 194
870 870	-44,2 49,6	57,3 60,8	IO 12
1090 1090	8,1 5,0	12,9 13,1	40 40
870 870	50,0 46,2	61,0 62_pO	11 11
1090 1Ο9Ο	8,1 7,2	12,3 12,4	65 61

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Die vier in Tabelle I genannten Legierungen warden durch ein übliches Vakuum-Induktions-Schmelzverfahren erhalten; es sei angemerkt, daß auch eine Vielzahl anderer Schmelzverfahren hierzu geeignet ist. Die Legierungen A und C wurden in Ansätzen von angenähert 45 Kilogramm geschmolzen und ungefähr jeweils die Hälfte der beiden Ansätze zu üblichen IO Kilogramm-Barren und chemischen Proben vergossen. Im Anschluß daran erfolgte die nachträgliche Zugabe von Molybdän zu den verbleibenden Ansätzen, um die chemische Zusammensetzung zu erhalten, wie sie für die Legierungen B and D in Tabelle I aufgeführt ist.

Das Schmieden und Heißwalzen erfolgte nach vorhergehender Erwärmung auf HSO⁰C. Das Material wurde bei 1190 + 15°C getempert und daraufhin rasch abgekühlt. Die Proben, -welche bei den Untersuchungen zur Reißfestigkeit und zur Zugbeanspruchung verwendet wurden, entsprachen den ASTM-Normen, d.ifl„ die Länge der Proben entsprach der vierfachen Breite.

Ein Blick auf die Tabellen I, II und III belegt, daß Molybdän die Duktilität bei hohen Temperaturen der Legierungen B und D deutlich erhöht im Vergleich zu den entsprechenden Referenz-Legierungen A und C. Dies steht in direktem Gegensatz zu bekannten früheren Annahmen, wonach Molybdän die Festigkeit und Härte von Legierungen bei hohen Temperaturen erhöht, was gewöhnlich mit einem Verlust an Duktilität verbunden ist. Überraschend ist ferner die ausgezeichnete Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen bei mittleren Temperaturen, was besonders aus Tabelle III zu entnehmen ist.

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Claims

Patentansprüche

1« Kobalt-Legierung mit verbesserter Duktilität bei hohen Temperaturen, bestehend aus 15 bis 30% Chrom, 10 bis 30% - Nickel, 1 bis 8% Molybdän, bis zu 10% Wolfram, 8 bis 20% Tantal, Rest Kobalt mit üblichen Begleitstoffen und Verunreinigungen in geläufigen Anteilen.

2» Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 18 bis 27% Chrom, 15 Ms 28% Nickel, 1 bis 8% Molybdän, bis zu 8% Wolfram, 8 bis 20% Tantal, Rest Kobalt mit üblichen Begleitstoffen und Yerunreinigungeis in geläufigen Anteilen.

3» Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 18 bis 25% Chrom, 18 Ms 25% Nickel, 2 bis 6% Molybdän, bis zu 6% Wolfram, 8 Ms 20% Tantal, Rest Kobalt mit üblichen Begleitstoffen «ad Verunreinigungen in geläufigen Anteilen.

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