DE2421704A1

DE2421704A1 - Austenitische nickel-eisen-gusslegierung

Info

Publication number: DE2421704A1
Application number: DE19742421704
Authority: DE
Inventors: David Francis Lupton; John Jefferson Mason; Peter John Penrice
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1974-05-04
Publication date: 1974-11-21
Also published as: NL165504C; ES425924A1; DE2421704B2; SE408561B; FR2228116B1; AU6855174A; NL165504B; DE2421704C3; GB1410732A; IT1018649B; NL7405968A; FR2228116A1; AU476981B2; JPS5030728A

Description

Die Erfindung bezieht .sich auf eine austenitische Nickel-Eisen-Gußlegierung mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten und hoher Zugfestigkeit bei Temperaturen bis etwa 600⁰C.

Austenitische Nickel-Eisen-Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten sind bekannt; so besitzt beispielsweise eine austenitische Legierung mit 3696 Nickel und 64% Eisen im Temperaturbereich von 0 bis etwa 200⁰C einen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nahezu NuIl₀ Der Nachteil solcher Nickel-Eisen-Legierungen besteht jedoch
darin, daß sie im Temperaturbereich von 20 bis 600⁰C eine geringe Festigkeit besitzen, wenngleich es bekannt ist,
die Festigkeit von Knetlegierungen durch einen Zusatz von Titan zu erhöhen, das beim Aushärten eine intermetallische Ausscheidungsphase bildet. Die Festigkeitserhöhung
geht jedoch auf Kosten des niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, der sich mit zunehmender Festigkeit erhöht. Dies war bei Gußlegierungen in noch stärkerem Maße zu erwarten als bei Knetlegierungen.

409847/092Θ

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die Festigkeit austenitischer Nickel-Eisen-Gußlegierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten durch einen Zusatz von Karbidbildnern zu verbessern. Normalerweise müßte der Zusatz von Karbidbildnern, wie beispielsweise Kohlenstoff, Chrom und Molybdän zu"Nickel-Eisen-Legierungen zu einer beträchtlichen Erhöhung des Ausdehnungskoeffizienten führen. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß sich die Festigkeit durch einen.Zusatz von Kohlenstoff, Vanadin und gegebenenfalls Chrom und/ oder Molybdän ohne Beeinträchtigung des Ausdehnungskoeffizienten mit oder ohne ein Aushärten beträchtlich erhöhen läßt, wenn sich der N^ckelgehalt bzw. der Gesamtgehalt an Nickel und Kobalt innerhalb bestimmter Grenzen bewegen.

Hiervon ausgehend besteht die Erfindung in einer Nickel-Eisen-Gußlegierung mit zum überwiegenden Teil austenitischem Gefüge aus 21 bis 55% Nickel, O bis 18% Kobalt, 0,3 bis 2,5% Kohlenstoff, 0 bis 3% Chrom, 0,2 bis 1,2% Vanadin, bis 3% Molybdän, 0 bis 0,5% Aluminium, 0 bis 0,5% Silizium, 0 bis 2% Mangan, 0 bis 2% Zirkonium, 0 bis 2% Niob, 0 bis 2% Wolfram, 0 bis 0,1% Magnesium, 0 bis 0,05% Kalzium und insgesamt 0 bis 0,2% Yttrium, Lanthan und Lanthanide, einzeln oder nebeneinander, Rest Eisen, deren Gesamtgehalt an Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkonium, Niob,und Wolfram bis 4%, deren Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes 30 bis 55% und deren Verhältnis von Nickel zu Eisen mindestens 0,4 : 1 beträgt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Nickel zu Eisen mindestens 0,45 : 1.

Vorzugsweise übersteigt der Nickelgehalt 43% nicht und liegt

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der Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes "bei 31,5 Ms 43%, der Chromgehalt bei 0,1 bis 1% oder mindestens 0,5$, der Kohlenstoffgehalt bei höchstens 1% und der Molybdängehalt bei höchstens 2%. Eine Gußlegierung mit der vorerwähnten Zusammensetzung besitzt im ausgehärteten Zustand bei-50O⁰G eine Streckgrenze über 200 N/mm und im Temperaturbereich von 20 bis 350°C einen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens 6,5 . 10"⁶Z⁰C.

Vorzugsweise besteht die Legierung aus 26,5 bis 28,5% Nickel, 13 bis 15% Kobalt, 0,5 bis 1% Chrom, 0,45 bis 0,55% Kohlenstoff, 0,4 bis 0,6% Vanadin, 0,8 bis 1,2% Molybdän, höchstens 0,3% Mangan, unter 0,3% Silizium und bis 0,25% Aluminium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen unter Berücksichtigung der vorerwähnten Interdependenz einzelner Legierungsbestandteile.

Besondere Vorteile ergeben sich bei einer Gußlegierung mit 0,5% Kohlenstoff, 0,75% Chrom, 0,5% Vanadin, 1% Molybdän, 0,3% Mangan, urter 0,3% Silizium, 0,2% Aluminium, 14% Kobalt und 28% Nickel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.

Die Legierung kann jedoch auch aus 0,6% Kohlenstoff, 2% Chrom, 0,5% Vanadin, 0,3% Silizium, 0,3% Mangan, 10% Kobalt und 30% Nickel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen bestehen.

Außer den angegebenen Legierungsbestandteilen kann die Legierung auch geringe Mengen an Phosphor und Bor als

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Verunreinigungen, beispielsweise höchstens 1% Phosphor und/oder höchstens O,25% Bor enthalten.

Die Zugfestigkeit der in Rede stehenden Legierung ist eine Funktion der Gehalte an Kohlenstoff einerseits und Karbidbildnern andererseits. Obgleich die Legierung schon im Gußzustand eine hohe Festigkeit, typischerweise "bei 500 C eine Streckgrenze über 150 N/mm im Vergleich zu einer herkömmlichen Nickel-Eisen- oder Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung mit einer Streckgrenze von etwa 50 N/mm besitzt und demzufolge nicht ausgehärtet zu werden braucht, läßt sich die Streckgrenze durch ein Aushärten noch wesentlich erhöhen. So kann die Legierung 1 bis 24 Stunden bei 500 bis 900⁰C, vorzugsweise bei 600 bis 850°C ausgehärtet werden, um die Festigkeit zu erhöhen und den Ausdehnungskoeffizienten zu verringern. Ein zwei- bis vierstündiges Glühen bei 750⁰C oder ein vierstündiges Glühen bei 700⁰C eignen sich zum Aushärten, wenngleich vorzugsweise 8 bis 24 Stunden bei 700⁰C oder 2 bis 8 Stunden bei 75O°C geglüht wird. Dem Aushärten kann ein Lösungsglühen voraufgehen.

Nickelgehalte außerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen wirken sich praktisch nicht auf die Zugeigenschaften aus, beeinträchtigen jedoch die Stabilität des Austenits. Allerdings erhöht sich mit steigendem Nickelgehalt auch der Ausdehnungskoeffizient, wie sich aus dem folgenden Beispiel ergibt.

Beispiel 1

Versuchslegierungen 1 bis 7 der aus der nachfolgenden Tabelle I ersichtlichen Zusammensetzung wurden im Vakuum er-

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schmolzen und vergossen,, Die Gußstücke wurden 8 Stunden "bei 7OO°C geglüht und hinsichtlich ihres Ausdel nungskoeffizienten im Temperaturbereich von 20 bis 300⁰C ι
sucht.

den "bei 700°C geglüht und hinsichtlich ihres Ausdeh-

ig£
300⁰C mit den sich aus Tabelle I ergebenden Daten unter-

409847/0926

Tabelle I

Legierung	Pe (96)	Co	C W	Cr (96)	Mo (96)	V	Ni (96)	Ni+0.75Co (96)	Cr+Md+V +Zr+Nb+W (96) ■	^Ni/Fe	Auas dehnungs- koeffizient (x10-6/o_c)
1	48.81	12.8S	0.58	2.11	1.02	0.48	34.1	43.76	3.61	0.70	8.9.
2	50.13	13.6ε	0.52	2.09	0.99	0.45	32.4	42.66	3.53	0.65	8.5
*" 3	50.79	13.76	0.48	2.07	1.06	0.44	31.4	41.72	3-57	0.62	7.8
"* 4 CO ^H	51.36	13.9S	0.50	2.06	1.02	0.47	30.6	41.07	3-55 .	0.60	7.4
•C- -3 5	52.42	13.9ε	0.50	2.11	1.03	0.46	29.5	39.97	3.60	0.56	6.6
° 6 CO	53.19	14.07	0.50	2.06	1.03	0.45	28.7	39.23	3.54	0.54	6.0
ro ₇	55.18	13.12	0.52	2.04	1.05	0.48	27.6	37.44	3.57	0.50	5.5

NJ) CD

Die Daten der Tabelle I zeigen, daß der Ausdehnungskoeffizient mit fallendem Nickelgehalt abnimmt, weswegen der Nickelgehalt 21 bis 55% betragen soll und im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise 43% sowie bei einem Kobaltgehalt von 5 bis 18%, vorzugsweise 35% nicht übersteigt und beispielsweise 26,5 bis 28,5% oder 30% beträgt.

Kobaltgehalte über 18% wirken sich ebenfalls kaum auf die Warmfestigkeit aus, wenngleich sich der Ausdehnungskoeffizient mit steigendem Kobatlgehalt verringert, wie sich aus dem nachfolgenden Beispiel 2 ergibt«,

Beispiel 2

Legierungen 8 und 9 mit der aus der nachfolgenden Tabelle II ersichtlichen Zusammensetzung wurden im Vakuum erschmolzen und vergossen. Die Gußstücke wurden 8 Stunden bei 700⁰C geglüht und hinsichtlich ihrer Streckgrenze bei 500 C sowie hinsichtlich ihres Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 20 bis 300⁰C mit den sich aus der Tabelle II ergebenden Daten untersucht.

409847/092G

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Die Daten der Tabelle II zeigen, daß "bei im übrigen ähnlicher Legierungszusammensetzung der Ausdehnungskoeffizient mit steigendem Kobaltgehalt ohne Festigkeitserhöhung abnimmt. Die Daten der Tabelle II zeigen, daß Kobaltgehalt bis 18% zu "einer Verringerung des Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu kobaltfreien Legierungen führt. Das ist der Grund dafür, daß die Legierung bis 18% Kobalt enthält. Vorzugsweise beträgt der Kobaltgehalt höchstens 15% oder auch höchstens 10%, beispielsweise 13 bis 15% oder 14%.

Um einen optimalen Ausdehnungskoeffizienten zu gewährleisten, muß der Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes 30,5 bis 55% betragen, was einem Gesamtgehalt an Nickel und Kobalt von 35% bis 55% entspricht. Vorzugsweise liegt der Gesamtgehalt an Nikkei und 3/4 des Kobaltgehaltes bei 31,5 bis 43%, was einem Gesamtgehalt an Nickel und Kobalt von 36 bis 43% entspricht. Um einen möglichst niedrigen Ausdehnungskoeffizienten im Gußzustand oder nach einem Aushärten zu erreichen, sollten die Gehalte an Nickel und Kobalt in der sich aus der nachfolgenden Tabelle III für den Gußzustand ergebenden Weise aufeinander abgestimmt sein₀

Tabelle III

Temperatur	(%Ni	)	+ o,	75	(%Co)	Ausdehnungskoeffizient	<5
(⁰C)						(x 10"⁶/°C)	<;6.5
20 - 100	34.	1	- 37	.1
20 - 200.	35'.	4	- 38	.4
			U 0	9 8	4 7 / 0	92 6

Fortsetzung der Tabelle III

20 -	300	36.	6 -	39.	6	< 7.	5
20 -	350 ·	37.	0 -	40.	0	< 8.	5
20 -	450	38.	0 -	41.	0	<10

Niedrigere Ausdehnungskoeffizienten lassen sich im selben Temperaturbereich durch ein Aushärten erreichen.

Der Ausdehnungskoeffizient erreicht bei dem höchsten Kobaltgehalt ein Minimum. Um jedoch ein im wesentlichen austenitisches Gefüge und demzufolge einen optimalen Ausdehnungskoeffizienten bei Raumtemperatur zu erreichen, muß das Verhältnis von Nickel zu Eisen mindestens 0,4, vorzugsweise 0,45 betragen. Die aus der Tabelle III ersichtlichen Ausdehnungskoeffizienten lassen sich durch einen hohen Kobaltgehalt unter Berücksichtigung der gegenseitigen Abhängigkeit der Gehalte an Nickel und Kobalt einerseits sowie an Nickel und Eisen andererseits noch weiter verringern.

Die hohe Warmfestigkeit der Legierung ist sowohl vom Kohlenstoffgehalt als auch von den Karbidbildnern abhängig. Die Wirkung steigender Kohlenstoffgehalte bei gleichbleibendem Chromgehalt sowie steigender Chromgehalte bei gleichbleibendem Kohlenstoffgehalt ergibt sich aus dem nachfolgenden Beispiel 3.

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Beispiel 3

Legierungen 10 Ms 15 mit der aus der nachfolgenden Tabelle IV ersichtlichen Zusammensetzung -wurden an Luft erschmolzen und vergossen. Die Gußstücke wurden 24 Stunden bei 700°C geglüht, wonach die Zugfestigkeit bei 500⁰C und der Ausdehnungskoeffizient bei verschiedenen Temperaturen mit den aus Tabelle IV ersichtlichen Ergebnissen untersucht wurden.

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	CM	CM	ro	IO	v-	CM
ω	IO	IO	m	O	to	LO
fa	O	O	O		O	O
				O
	ν		T-	VO	ro	T-
+ f^	ιο	-^		ro	iS-	LO
ο fe	ro	• ro	ro		ro
S +q»
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O	ro
O		ο	<}·	•	T-	ω
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	ω	ω	co	ro		ω
•Η ."SR		ro	ro	ro	ro	ro
		σ\	O	ω	σ\	to
	OO		00	CM	VO	ω
•Η ^"Ni	CM	CM	CM		CM	CM
		τ-				CM
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co ^.		O				ο
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	I	I	O	O\	I	I
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		ro	CM	O	ro	ro
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ο ^r	ω	ro	O	T-
	ο		T-		V-
				CM		I
O "SR	CM	ν-	CM	O	CM
	to	ΙΟ	-Cj"	ro		LO -Ct
	-^	IO	σ\		IO	LO
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		co	V-	-i	CM	VO
	τ-	00	CM	CM	VO	O
*/1) ,/-ν*		ro	ro	LO	CM	LO
fa ^R	IO	IO	IO		LO	LO


ω				ro
•η ω	O	T-	CM	T-	■et	LO
bO Sh			T-		v-
ω ρ

409 8 47/0 920

-Zl-

Tabelle IV (Fortsetzung)

Legierung	Streckgrenze	Ausdehnungskoeffizient (x 10 /⁰C)	20-100⁰C	20-200⁰C	20-300⁰C	20-350⁰C	20-400⁰C	20-500⁰C	20-600⁰C
10 11 12 13 14 15 .	(N/mm²)	4.45 4.1	4.4 3.9	4.6 3.9	5.9 5.4 5.7 6.1 6.7 4.1	Ul CTi -!> Ul	8.6 7.2	•9.5 8.8
249 290 283 259 247 271

CX) Oo

O CD ro CD

KJ

Die Daten der Tabelle IV zeigen, daß mit einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes auf 0,55% eine anfängliche Erhöhung der Streckgrenze einhergeht. Gleichzeitig ergibt sich anfangs eine Verringerung des Ausdehnungskoeffizienten, der sich jedoch bei Kohlenstoffgehalten über 0,55% wieder erhöht. Der im Hinblick auf eine optimale Kombination von Streckgrenze und Ausdehnungskoeffizient erforderliche Kohlenstoffgehalt ist abhängig von dem Gehalt an Karbidbildnern und weicht je nach deren Gehalt von 0,55% ab. Der Kohlenstoffgehalt übersteigt jedoch 2,5%, vorzugsweise 1% nicht und beträgt beispielsweise höchstens 0,6%. Besonders zu bevorzugen sind jedoch Kohlenstoffgehalte von 0,45 bis 0,55%, beispielsweise von 0,5%.

Ein Vergleich der Daten der Legierungen 11 und 15 zeigt, daß sich die Streckgrenze mit zunehmendem Chromgehalt bei gleichbleibendem Kohlenstoffgehalt von beispielsweise etwa 0,5% erhöht. Mit steigendem Chromgehalt erhöht sich jedoch auch der Ausdehnungskoeffizient, weswegen der Chromgehalt vorzugsweise 3%, beispielsweise 2% nicht übersteigt. Vorteilhafterweise enthält die Legierung mindestens 0,1%, besser noch mindestens. 0,5% Chrom und übersteigt der Chromgehalt 1%, beispielsweise 0,75% nicht. Die Legierung kann jedoch auch chromfrei sein, wenn der Ausdehnungskoeffizient bei niedriger Streckgrenze gering sein soll.

Wie sich aus einem Vergleich der Daten der Legierungen 11 und 12 ergibt, führt eine gleichzeitige Erhöhung der Gehalte an Kohlenstoff und Chrom zu einer Beeinträchtigung der Streckgrenze. Aus diesem Grunde sollte der Kohlenstoffgehalt bei Kohlenstoff und Chrom enthaltenden Legierungen

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vorzugsweise 0,55% nicht übersteigen und der Chromgehalt bei höchstens 1% liegen.

Die Wirkung eines Glühens bei einer der Legierung 15 ähnlichen Legierung ergibt sich aus dem nachfolgenden Beispiel 4.

Beispiel 4

Eine Legierung 16 mit 28% Nickel, 13,8% Kobalt, 0,55% Kohlenstoff, 0,79% Chrom, 1,0% Molybdän, 0,5% Vanadin, 0,22% Silizium, 0,29% Mangan, 0,15% Aluminium, 0,02% -i Kalzium, 54,68% Eisen, einem Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes von 38,35% sowie einem Gesamtgehalt an Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkonium, Niob und Wolfram von 2,29% bei einem Verhältnis von Nickel zu Eisen von 0,51 wurde an Luft aus schwedischen Eisenstäben, Elektrolyt-Kobalt und Nickelpellets erschmolzen. Die Schmelze wurde durch Eintauchen eines Graphitstabes bis zur Beendigung des Kochens desoxydiert, wonach Silizium, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän, Vanadin, Ferromangan und Aluminium zugesetzt wurden und unmittelbar vor dem Vergiessen als Desoxydationsmittel 0,05% Kalzium in die Schmelze eingetaucht wurden. Die Schmelze wurde alsdann zu Probestäben mit einem Durchmesser von 18 mm vergossen, aus denen Zugproben herausgearbeitet wurden. An den Proben wurde die Zugfestigkeit bei 500⁰C sowie der Ausdehnungskoeffizient im Gußzustand und nach unterschiedlichem langen Glühen zwischen 2 und 24 Stunden bei 700 bis 75O⁰C untersucht. Die dabei ermittelten Ergebnisse sind aus der nachfolgenden Tabelle V ersichtlich.

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Tabelle V

*-■ ο co 00

σ co

cn

Wärmebeh.	Streckgrenze (N/mm'²)	20-100⁰C	Ausdehnungskoeffizient	20-300⁰C	20-350⁰C	(χ 10"⁶V⁰C)	20-500⁰C	20-600⁰C
-		5.5	20-200⁰C	4.9	5.3	20-400⁰C	8.2	9.8
4h/700°C	205	4.1	4.9	4.1	4.7	6.3	7.9	9.4
8h/700°C		4.1	4.0	4.0	4.7	5.9	7.9	9.4
24h/700°C		3.9	4.0	3.8	4.5	5.8	' 7.8	9.4
2h/750°C	262	4.6	3.7	4.1	4.7	5.7	7.8	9.4
4h/750°C		4.6	4.1	4.3	4.9	5.9	8.0	9.5
8h/750°C	250	3.5	4.3	3.8	4.5	6.0	7.7	9.3
	3.6	5.7

ι ι

Die Daten der Tabelle V zeigen, daß eine Wärmebehandlung den Ausdehnungskoeffizient der Legierung 16 verringert und die Streckgrenze erhöht«, Gleichwohl besitzt die Legierung 16 auch im Gußzustand eine hohe Festigkeit von 205 N/mm und einen geringen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu einer herkömmlichen Legierung mit 42% Nickel, deren Streckgrenze auch nach einer Wärmebehandlung bei 500 C nur etwa 50 N/mm beträgt. Die Daten der Tabelle V zeigen des weiteren, daß die Streckgrenze nach demGlühen über 200 N/mm und der Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von 20 bis 35O⁰C bei maximal 5 . 10~⁶/°C liegt.

Das Molybdän wirkt sich in ähnlicher Weise wie das Chrom auf den Ausdehnungskoeffizienten aus, erhöht jedoch die Streckgrenze wesentlich stärker, wie sich aus dem nachfolgenden Beispiel ergibt.

Beispiel 5

Legierungen 17 und 18 mit der aus der nachfolgenden Tabelle VI ersichtlichen Zusammensetzung wurden im Vakuum erschmolzen und vergossen. Die Gußstücke wurden 8 Stunden bei 700⁰C geglüht. Danach wurden der Ausdehnungskoeffizient und die Streckgrenze bei 500⁰C mit den aus Tabelle V ersichtlichen Ergebnissen bestimmt.

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φ ^^	LA	LA
*fa ".**
I
φ	^_	ω
•Η EjO	γ—	ν-

φ ρ

40 984 770926

Die Daten der Tabelle VI zeigen, daß eine Erhöhung des Molybdängehaltes mit einer Erhöhung der Streckgrenze und des Ausdehnungskoeffizienten verbunden ist. Aus diesem Grunde darf der Molybdängehalt 3% nicht übersteigen und beträgt im Hinblick auf eine optimale Kombination von Streckgrenze und Ausdehnungskoeffizient vorzugsweise höchstens 2%, besser noch 0,8 bis 1,2%, beispielsweise 1%.

Das Vanadin wirkt sich in starkem Maße auf die Streckgrenze und den Ausdehnungskoeffizienten aus, wie das nachfolgende Beispiel 6 erweist.

Beispiel 6

Legierungen 19 und 20 mit der aus der nachfolgenden Tabelle VII ersichtlichen Zusammensetzung entsprechend Beispiel 4 wurden an Luft erschmolzen und vergossen. Die Proben wurden danach 24 Stunden bei 70O⁰C geglüht und hinsichtlich ihrer Streckgrenze bei 500⁰C und ihres Ausdehnungskoeffizienten mit den aus der nachfolgenden Tabelle VII ersichtlichen Ergebnissen untersucht, denen zum Vergleich die Daten der Legierung 15 gegenübergestellt sind.

409847/0926

Tabelle VII

	Legie rung	Fe W)	-	C (Ji)	Cr W)	Co W)	79	Mo W)	V W)	Al W)	Si W)	20-300⁰C	9	20-35C	Mn W)	32	Ca W)	Ni W)	0"V³C)	Ni+ 0.75Co W)	.2	Cr+Mo+V +Zr+Nb+W *ι OjL* ι ν /Ό J**	^Ni/Fe
	15	55.06	0.54ί	-	13.	63	1.09	0.42	0.15	0.10	3.	3	4.1	0.	2S	0.02	28.S	20-400⁰C	38.84	.65	1.51	0.52
	19	56.13	0.54	-	13.	42	1.12	0.72	0.15	0.20	3.		4.2	0.	2£	0.02	27.2	5.1	37.43		1.84	0.49
860	20	56.59	0.54	-	13-		1.10	0.98	0.15	0.23		-	0.	0.01	26.7	*5.5*	36.75		2.08	0.47
CD										-
ro CD	Legie rung	Streckgr (N/mm²)		20	Ausdehnungskoeffizient I	χ -
	15	271	20-100⁰C		τ200⁰C		20-500⁰C		20-600⁰C
	19	247			3-9		7	8.8
	20	234			3.2		7	-
			-			-	K¹) I
		4.1	■Ρ-
	3.4
	-

Ein Vergleich der Daten der Legierungen 15, 19 und 20 zeigt, daß hohe Vanadingehalte die Streckgrenze verringern und den Ausdehnungskoeffizienten erhöhen. Ausdiesem Grunde darf der Vanadingehalt 1,2% nicht übersteigen und liegt vorzugsweise unter 1%. Geringe Vanadingehalte erhöhen jedoch die Streckgrenze, wie sich aus einem Vergleich der Legierung 15 mit einer Streckgrenze von 271 N/mm und einer vanadinfreien Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung mit 35% Nickel, 13,5% Kobalt, 0,58% Kohlenstoff, 2,31% Chrom und 48,61% Eisen ergibt, deren Streckgrenze bei 500⁰C nach einem 8-stündigen Glühen bei 700⁰C nur 207 N/mm² beträgt. Im Hinblick auf eine optimale Kombination von Streckgrenze und Ausdehnungskoeffizient sollte der Vanadingehalt 0,2 bis 0,4% oder 0,6%, beispielsweise 0,5% insbesondere bei 0,5% Kohlenstoff enthaltenden Legierungen betragen.

Der Gesamtgehalt der Legierung an Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkonium, Niob und Wolfram muß mindestens 1% betragen, darf jedoch 4% nicht übersteigen,, Die Anwesenheit von Zirkonium, Niob und/oder Wolfram kann in bestimmten Fällen nachteilig sein. Wenn jedoch der Gesamtgehalt an Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkonium, Niob und Wolfram unter 1% liegt, dann ergibt sich keine merkliche Verbesserung der Streckgrenze und des Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu herkömmlichen Nickel-Eisen-Legierungen, während bei einem 4% übersteigenden Gesamtgehalt der Ausdehnungskoeffizient der Legierung in unerwünschtem Maße erhöht wird.

Beispiel 7 Eine Legierung 21 mit 26% Nickel, 14,5% Kobalt, 0,47% Koh-

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lenstoff, 1,97% Chrom, 1,01% Molybdän, 0,49% Vanadin, 55,56% Eisen, einem Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes von 36,86% und einem Gesamtgehalt an Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkonium, Niob und Wolfram von 3,47 bei einem Verhältnis von Nickel zu Eisen von 0,47 wurde im Vakuum erschmolzen und vergossen. Die Legierung wurde nach einem 8-stündigen Glühen bei 700⁰C hinsichtlich ihrer Streckgrenze bei 500⁰C und ihres Ausdehnungskoeffizienten bei unterschiedlichen Temperaturen mit den aus der nachfolgenden Tabelle VIII ersichtlichen Ergebnissen untersucht.

Tabelle VIII

Streck grenze (N/mm²)	20-100 ⁰C	Ausdehnungskoeffizient (x 10 /°C)	20-350 ⁰C	20-400 ⁰C	20-500 ⁰C	20-600 ⁰C
	4.3	20^200 20^300 *Lr Lr*	5.8	7„0	8.9	10.3
256	4.1 4.7

Die Daten der Tabelle VIII zeigen, daß die Legierung 21 im ausgehärteten Zustand bei 500⁰C eine Streckgrenze über 200 N/mm und im Temperaturbereich von 20 bis 350 C einen Ausdehnungskoeffizienten unter 6.5 . 10" /⁰C besitzt,

Die in Rede stehende Legierung kann an Luft oder auch im

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Vakuum erschmolzen und vergossen werden. Beim Erschmelzen und Vergießen an Luft kommt der Menge der Desoxydationsmittel Silizium, Kalzium, Aluminium, Mangan, Zirkonium und/oder Magnesium einige Bedeutung zu.

Silizium verbessert die Vergießbarkeit an Luft. Siliziumgehalte über 0,5% erhöhen darüber hinaus die Streckgrenze, gleichzeitig aber auch den Ausdehnungskoeffizienten erheblich. Aus diesem Grunde enthält die Legierung im Hinblick auf eine optimale Kombination von Streckgrenze
und Ausdehnungskoeffizient höchstens 0,5% Silizium,
■wenngleich der Siliziumgehalt so gering wie möglich sein und 0,3% nicht übersteigen sollte.

Kalzium verhindert eine Gasentwicklung beim Gießen, weswegen die Legierung bis 0,05% Kalzium, beispielsweise
0,02 bis 0,05% Kalzium enthalten sollte.

Auch das Aluminium trägt dazu bei, daß die Gußstücke beim Erschmelzen und Vergießen an Luft fehlerfrei sind, doch darf der Aluminiumgehalt 0,5% nicht übersteigen, da sich andernfalls eine Erhöhung des Ausdehnungskoeffizienten
ergibt«, Vorzugsweise übersteigt der Aluminiumgehalt 0,3%, beispielsweise 0,25% oder 0,2% nicht, obgleich er beim
Erschmelzen und Vergießen an Luft nicht unter 0,1% liegen sollte.

Das Mangan trägt ebenfalls zur Desoxydation bei, verbessert die Vergießbarkeit und erhöht die Streckgrenze, was jedoch auf Kosten eines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten geht, weswegen die Legierung höchstens 2% Mangan und im Hinblick auf eine optimale Kombination von Streckgrenze

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und Ausdehnungskoeffizient höchstens 0,6%, vorzugsweise 0,3% Mangan enthält.

Zirkonium erhöht ebenfalls die Streckgrenze und verhindert eine Gasentwicklung "beim Vergießen im Vakuum, erhöht aber andererseits auch den Ausdehnungskoeffizienten. Aus diesem Grunde darf der Zirkoniumgehalt 2% nicht übersteigen und liegt im Hinblick auf eine optimale Kombination von Streckgrenze und Ausdehnungskoeffizient bei höchstens 0,2%.

Auch das Magnesium unterdrückt eine Gasbildung beim Vergießen mit Unterdrücken bis herab zu 2 mm, weswegen die Legierung vorzugsweise bis 0,1% Magnesium enthält, ohne daß die Streckgrenze und der Ausdehnungskoeffizient beeinträchtigt werden. Das Magnesium begünstigt außerdem die Bildung von Kugelgraphit beim Erstarren oder nachfolgenden Glühen. Lamellarer Graphit führt dagegen zu einer Versprödung, die sich bei Kugelgraphit nicht ergibt. Sofern die Legierung im Vakuum erschmolzen wird, kann es zu einem Verlust an Magnesium und Kalzium infolge Verdampfung kommen. Die Legierung sollte daher beim Erschmelzen unter Vakuum bis 0,2% Yttrium, Lanthan oder Lanthanide einzeln oder nebeneinander enthalten, um die Bildung von Kugelgraphit zu fördern. Besonders geeignet ist ein Zusatz von Mischmetall mit 60% Cer, 35% Lanthan und 5% Seltene Erdmetalle.

Die in Rede stehende Legierung eignet sich besonders als Werkstoff zum Herstellen von Konstruktionsteilen, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden und sowohl einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten als auch eine hohe

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Festigkeit besitzen müssen. Insbesondere eignet sich die Legierung als Werkstoff für rotierende sowie hin- und herbewegte Maschinenteile, beispielsweise für Turbinenwellen.und -schaufeln, die bei unterschiedlichen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 300 C oder mehr gleichbleibende Toleranzen besitzen müssen, beispielsweise bei 500 oder auch 60O⁰C. Dies gilt insbesondere für Triebwerke von Land-, See-, und Luftfahrzeugen»

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Claims

Patentansprüche;

3% Chrom, 0,2 bis 1,2% Vanadin, 0 bis 3% Molybdän, 0 bis 0,5% Aluminium, 0 bis 0,5% Silizium, 0 bis 2% Mangan, 0 bis 2% Zirkonium, 0 bis 2% Niob, 0 bis 2% Wolfram, 0 bis 0,1% Magnesium, 0 bis 0,05% Kalzium, und 0 bis 0,2% Yttrium, Lanthan,und Lanthanide einzeln oder nebeneinander bei einem Gesamtgehalt an Chrom, Molybdän, Vanadin, Zirkonium, Niob und Wolfram von bis 4%, einem Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes von 30,5 bis 55% sowie einem Verhältnis von Nickel zu Eisen von mindestens 0,4 : 1, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.
2. Legierung nach Anspruch 1, deren Verhältnis von Nickel zu Eisen jedoch mindestens 0,45:1 beträgt.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch höchstens 43% Nickel, 0,1 bis 1% Chrom, höchstens 1% Kohlenstoff und höchstens 2% Molybdän bei einem Gesamtgehalt an Nikkei und 3/4 des Kobaltgehaltes von 31,5 bis 43% enthält.

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4. Legierung nach Anspruch 3, die jedoch 26,5 bis 28,5% Nickel, 13 bis 15% Kobalt, 0,5 bis 1% Chrom, 0,45
bis 0,55% Kohlenstoff, 0,4 bis 0,6% Vanadin, 0,8 bis 1,2% Molybdän, höchstens 0,3% Mangan, unter 0,3% Silizium und bis 0,25% Aluminium enthält.
5. Legierung nach Anspruch 4, die jedoch 0,5% Kohlenstoff, 0,75% Chrom, 0,5% Vanadin, 1% Molybdän, 0,3% Mangan, 0,2% Aluminium, 14% Kobalt und 28% Nickel enthält.
6. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch höchstens 43% Nickel bei einem Gesamtgehalt an Nickel
und 3/4 des Kobaltgehaltes von 31,5 bis 43%, mindestens 1% Chrom, höchstens 1% Kohlenstoff, höchstens
2% Molybdän enthält,
7. Legierung nach Anspruch 6, die jedoch 0,6% Kohlenstoff, 2% Chrom, 0,5% Vanadin, 0,3% Silizium, 0,3% Mangan, 10% Kobalt und 30% Nickel enthält.
8. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes jedoch 34,1 bis 37,1% beträgt.
9. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes jedoch 35,4 bis 38,4% beträgt.
10. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes jedoch 36,6 bis 39,6% beträgt.

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11. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes jedoch 37 bis 40% beträgt.
12_O Legierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Gesamtgehalt an Nickel und 3/4 des Kobaltgehaltes jedoch 38 bis beträgt.
13. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, die jedoch 1 bis 24 Stunden bei 500 bis 900⁰C geglüht worden ist.
14. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 13 als Werkstoff für Gegenstände, die bei 500⁰C

eine Streckgrenze über 150 N/mm und im Temperaturbereich von 20 bis 35O⁰C einen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens 6,5 . 10" /⁰C besitzen müssen.

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