DE2403704C3 - Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung - Google Patents
Nickel-Kobalt-Eisen-KnetlegierungInfo
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Description
genügen.
2. Knetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 33,5 bis 35 % Nickel,
5,5 bis 6,5 Vo Kobalt, 1,2 bis 1,5 Vo freies Titan und bis 0,03 Vo Kohlenstoff enthält.
3. Knetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Titangehalt mindestens
teilweise durch äquiatomare Mengen an Niob und/oder Aluminium ersetzt ist.
4. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Knetlegierung
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie
15 Minuten bis 1 Stunde bei 800 bis 10000C
lösungsgeglüht und 4 bis 24 Stunden bei 600 bis 650° C ausgehärtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 1 Stunde bei
1000° C lösegeglüht und 24 Stunden bei 600° C ausgehärtet wird.
Es ist bekannt, daß Legierungen mit 36 Vo Nickel und 64 Vo Eisen einen bemerkenswert niedrigen mittleren
Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens · 10"-/0C im Temperaturbereich von 20 bis 150° C
besitzen. Diese Legierungen weisen jedoch als Knetlegierungen eine geringe Festigkeit auf, die jedoch
durch Titan und ein Aushärten erhöht werden kann. Das Titan erhöht jedoch auch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
dem andererseits durch Kobalt entgegengewirkt werden kann. Legierungen dieser Art sind in dem deutschen Patent 11 65 878 beschrieben
und besitzen als Knetlegierungen mit 22 bis 36 Vo Nickel, 5 bis 30 Vo Kobalt, 1,25 bis 1,75 Vo
Titan, bis 2 Vo Kupfer, 0,05 Vo Kohlenstoff, Rest Eisen und Verunreinigungen, eine gute Festigkeit,
wenngleich ihr Ausdehnungskoeffizient in Abhängigkeit von der Zusammensetzung in starkem Maße
variiert. So besitzt beispielsweise eine besonders bevorzugte Legierung mit 31,9 Vo Nickel, 6,5 Vo Kobalt
und 1,3 Vo Titan einen mittleren Ausdehnungskoeffizienten von 4· 10~V°C im Temperaturbereich von
bis 1500C, der mehr als das Zweifache einer
Eisenlegierung mit 36 Vo Nickel beträgt.
Durch Versuche konnte nun festgestellt werden, daß bei einer Raumtemperatur-Zugfestigkeit von mindestens
750 MN/m2 der Wärmeausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von -150 bis +150° C,
insbesondere im Temperaturbereich von 20 bis 150° C höchstens 2 · 10"V0C beträgt, wenn die Gehalte
Nickel, Kobalt und Titan in bestimmter Weise aufeinander abgestellt sind.
Die Erfindung besteht daher in einer Knetlegierung
mit 31,8 bis 38,75 Vo Nickel, 3 bis 9 Vo Kobalt, höchstens 0,05 Vo Kohlenstoff und 1 bis 2,5 % freies Titan,
Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, deren Gehalte an Nickel, Kobalt,
Titan und Eisen den Bedingungen
(VoNi) + (Vo Co) - 3,7 (VoTi) = 33,5 bis 35,5 (Vo Ni) - 3,7 (Vo Ti) ^ 0,47 (Vo Fe)
(Vo Co) ^ 2 (Vo Ti)+ 1
(Vo Co) ^ 2 (Vo Ti)+ 1
genügen. Vorzugsweise enthält die Legierung 33,5 bis 35Vo Nickel, 5,5 bis 6,5Vo Kobalt, 1,2 bis 1,5Vo
freies Titan, bis 0,03Vo Kohlenstoff und bis 0,2 °:0
Silizium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.
Die Festigkeitserhöhung durch das Titan basiert auf der intermetallischen Phase Ni3Ti. Da das Titan
zu den starken Karbidbildnern gehört und als Karbid keine intermetallische Phase bilden kann, muß der
Titangehalt unter Berücksichtigung des Kohlenstoffgehaltes der Legierung eingestellt werden.
Da das stöchiometrische Verhältnis von Kohlenstoff zu Titan bei 1:4 liegt, ergibt sich der Gehalt
an freiem Titan zu:
(0/OTiV = (VoTi),,,-4 (Vo C).
Demzufolge binden 0,05 Vo Kohlenstoff insgesamt 0,2 Vo Titan ab, so daß bei diesem maximalen Kohlenstoffgehalt
der Gesamtgehalt an Titan 1,2 bis 2,7% betragen muß.
Liegt der Gehalt an freiem Titan unter 1 Vo, dann ist die Festigkeit der Legierung unzureichend, während
ein freier Titangehalt über 2,5Vo zwar eine bessere Festigkeit ergibt, andererseits jedoch die Duktilität
beeinträchtigt und zu einer unannehmbaren Sprödigkeit führt. Kohlenstoffgehalte über 0,05%
wirken sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften der Legierung aus. Bei Nickelgehalten unter
31,8 Vo oder über 38,75 Vo und Kobaltgehalten unter 3 % oder über 9 Vo ist der Wärmeausdehnungskoeffizient
im Temperaturbereich von —150 bis + 150° C zu hoch. Aus diesem Grunde dürfen die Gehalte an
Nickel und Kobalt unter Berücksichtigung des Titangehaltes weder zu hoch noch zu niedrig sein. Um
sicherzustellen, daß sich auch bei sehr niedrigen Temperaturen kein Martensit bildet, muß die Legierung
der Bedingung
(Vo Ni) - 3,7 (Vo Ti) ^. 0,47 (0/0 Fe)
genügen.
Niob und Aluminium besitzen eine ähnliche Wirkung wie Titan hinsichtlich der Festigkeit in Nickel-Eisen-Legierungen
mit intermetallischen Phasen wie beispielsweise Ni3Nb und Ni3(Ti, Al), wenn ein Teil
des Titans durch Aluminium ersetzt wird. Demzufolge kann das Titan bei der in Rede stehenden
Legierung ganz oder teilweise durch äquiatomare Mengen Niob und/oder Aluminium ersetzt werden.
Vorzugsweise enthält die Legierung jedoch Niob oder Aluminium lediglich als Verunreinigungen. Niob gehört
wie das Titan zu den Karbidbildnern, so daß die
Legierungszusammensetzung unter Berücksichtigung des freien Niobgehaltes gewählt werden muß.
Die Legierung kann an Luft oder im Vakuum erschmolzen, vergossen sowie warm- oder kaltverformt
werden. Sie läßt sich beispielsweise bei Temperaturen von 1050 bis 1175° C strangpressen, schmieden oder
walzen. Um optimale Eigenschaften zu erreichen, müssen die Kneilegierungen und daraus hergestellte
Teile lösungsgeglüht und ausgehärtet werden. Vorzugsweise wird die Legierung 15 Minuten bis 1 Stunde
bei 800 bis 1000° C lösungsgeglüht und an Luft abgekühlt. Zum Aushärten wird d'e Legierung 4 bis
24 Stunden bei 600 bis 650° C geglüht. Vorzugsweise dauert das Lösungsglühen 1 Stunde bei 1000° C und
das Aushärten 24 Stunden bei 600° C.
Im Rahmen eines Versuches wurde eine Legierung mit 34°/o Nickel, 6,0 % Kobalt und 1,3% Titan,
Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, an Luft erschmolzen und zu 3,5-kg-Quadratblöcken
vergossen. Die Blöckchen wurden bei 1150° C zu 12-mm-Rundstäben ausgewalzt. Nach
einem einstündigen Lösungsglühen bei 1000° C und einem 24stündigen Ausglühen bei 600° C wurden
Proben genommen und untersucht, wobei sich die aus den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 ersichtlichen »5
Daten ergaben.
| Tabelle 1 | Mittlerer Wärmeausdehnungs koeffizient je ° C |
| Temperatur (0C) |
2· 10-e 1,6· 10-e 1,2· 10-e 1,5· 10-e |
| -150 bis+ 20 -100 bis + 20 + 20 bis+100 + 20 bis +150 Tabelle 2 |
Zugfestigkeit (MN/m2) |
| Temperatur (0C) |
900 820 |
| 20 150 |
|
Die in der vorerwähnten Weise hergestellte Knetlegierung eignet sich als Werkstoff für Gegenstände,
die bei hoher Festigkeit einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzen müssen. Insbesondere eignet sich die Legierung zur Verwendung bei Minustemperaturen,
beispielsweise für mit flüssigem Stickstoff in Berührung kommende Gegenstände und
Behälter.
Claims (1)
1. Nickel-Kobalt-Eisen-Knetlegierung mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens 2 · 10"V0C im Temperaturbereich von —150 bis
+150° C und einer Zugfestigkeit von mindestens 750 MN/m2 bei Raumtemperatur, dadurch
gekennzeichnet, daß sie aus 31,8 bis 38,75 Vo Nickel, 3 bis 9% Kobalt, höchstens
0,05 °/o Kohlenstoff und 1 bis 2,5 % freies Titan, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen,
besteht und deren Gehalte an Nickel, Kobalt, Titan und Eisen den Bedingungen (Vo Ni) + (Vo Co) - 3,7 (Vo Ti) = 33,5 bis 35,5 *5
0>/o Ni) - 3,7 (Vo Ti) ^ 0,47 (Vo Fe)
(Vo Co) ^ 2 (Vo Ti)+ 1
(Vo Co) ^ 2 (Vo Ti)+ 1
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB441273 | 1973-01-29 | ||
| GB441273A GB1416264A (en) | 1973-01-29 | 1973-01-29 | Lox expansion alloys |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2403704A1 DE2403704A1 (de) | 1974-08-01 |
| DE2403704B2 DE2403704B2 (de) | 1975-07-24 |
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