DE2434956A1 - IRON-BASED ALLOY, OXIDATION RESISTANT AT HIGH TEMPERATURES - Google Patents
IRON-BASED ALLOY, OXIDATION RESISTANT AT HIGH TEMPERATURESInfo
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Description
PatenianwaliePatenianwalie
6 Frankfurt a. M. 16 Frankfurt a. M. 1
Parkstraße 13Parkstrasse 13
79607960
BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania 18016,V.St.A.BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania 18016, V.St.A.
Bei hohen Temperaturen oxidationsbeständige eisenhaltige LegierungFerrous alloy resistant to oxidation at high temperatures
Die Erfindung ist eine Verbesserung der bei hohen Temperaturen oxidationsbeständigen eisenhaltigen Legierung, die in der OS 2 339 869 der Anmelderin beschrieben ist.The invention is an improvement on the high temperature oxidation resistant ferrous alloy disclosed in the OS 2 339 869 of the applicant is described.
Die Erfindung betrifft eine preiswerte ferritische Eisen-Aluminiumlegierung hoher Festigkeit, die eine Mikrostruktur aufweist, bei der ein feiner Titan-SiIiζium intermetallischer Niederschlag bzw. eine Abscheidung oder ein Präzipitat gleichförmig in der Matrix des Kornes verteilt ist. Die Legierung weist auch eine hohe Oxidationsbeständigkeit oder Oxidationsfestigkeit bei hohen Temperaturen auf, das heißt, eine Eigenschaft, die eine Anwendung in solchen Fällen erlaubt, in denen thermische Stoßbeanspruchungen z.B. wiederkehrende Erhitzungen und Abkühlungen auftreten. Der Erfindungsgegenstand kann wegen dieser Eigenschaften z.B. bei Auspuffanlagen in Kraftfahrzeugen,die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, oder bei Strahlantrieben oder in der petrochemischen Industrie verwendet werden, ohne daß jedoch die Erfindung auf diese Anwendungszwecke beschränkt ist.The invention relates to an inexpensive ferritic iron-aluminum alloy high strength, which has a microstructure in which a fine titanium-SiIiζium intermetallic precipitate or a deposit or a precipitate is uniformly distributed in the matrix of the grain. The alloy also exhibits has high resistance to oxidation or resistance to oxidation at high temperatures, that is, a property that It can be used in cases where thermal shock loads, e.g. recurring heating and cooling appear. Because of these properties, the subject matter of the invention can be used, for example, in exhaust systems in motor vehicles which exposed to high temperatures, or used in jet propulsion or in the petrochemical industry without however, the invention is limited to these uses.
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Man hat bisher hitzebeständige und oxidationsfeste Materialien aus dem Bereich der teuren Nickel- und Kobaltlegierungen, der austenischen rostfreien Stähle oder aus keramischen Materialien ausgewählt. Um die Kosten zu senken, ist man auch zu Legierungen mit geringeren Anteilen an teuren Bestandteilen übergegangen. So bezieht sich z.B. die US-Patentschrift 1 641 auf eine eisenhaltige Legierung, die einer Oxidation bei hohen Temperaturen wiedersteht und die einen hohen Prozentsatz von Aluminium aufweist. Diese Legierung enthält zwölf bis 20% Aluminium und etwa 1 bis 5 % eines das Korn verfeinernden Materials z.B. Titan und Chrom. Die Oxidationsfestigkeit bei hohen Temperaturen ist mindestens zum Teil auf die Bildung eines Schutzüberzuges aus Aluminiumoxid auf den freiliegenden Oberflächen der eisenhaltigen Legierung zurückzuführen. Derartige Legierungen sind jedoch nur begrenzt anwendbar bei wiederholten Erhitzungen und Abkühlungen, bei denen die Temperaturstöße zu einem Ablösen oder Abblättern des Oxidüberzuges führen. Eine der wichtigen Forderungen an eine geeignete Legierung ist daher die Vermeidung von derartigen Abblätterungen oder Abspaltungen.So far, heat-resistant and oxidation-resistant materials have been selected from the area of expensive nickel and cobalt alloys, austenic stainless steels or ceramic materials. In order to reduce costs, there has also been a move to alloys with lower proportions of expensive components. For example, US Pat. No. 1,641 relates to a ferrous alloy which is resistant to oxidation at high temperatures and which has a high percentage of aluminum. This alloy contains twelve to 20% aluminum and about 1 to 5 % of a material that refines the grain, such as titanium and chromium. The high temperature oxidation resistance is due at least in part to the formation of a protective coating of aluminum oxide on the exposed surfaces of the ferrous alloy. Such alloys can only be used to a limited extent in the case of repeated heating and cooling, in which the temperature surges lead to the oxide coating becoming detached or flaking off. One of the important requirements for a suitable alloy is therefore the avoidance of such flaking or splitting off.
Eine weitere gegen Oxidation bei hohen Temperaturen wiederstandsfähige Legierung ist in der US-Patentschrift 3 192 073 beschrieben. In dieser Patentschrift ist ein Verfahren angegeben, nach dem ein Erzeugnis aus einer Eisen-Aluminiumlegierung für die Verwendung bei hohen Temperaturen dadurch geeignet gemacht wird, daß ein Aluminiumüberzug aufgebracht wird, worauf ein Anlassen bei hoher Temperatur folgt, um den Überzug in den Legierungskörper einzudiffundieren. Die Oxidationsfestigkeit des mit dem Überzug versehenen und- wärmebehandelten Erzeugnisses wird dadurch noch verbessert, daß sich in der Nähe der Oberfläche Eisen-Aluminium-Verbindungen bilden. Das heißt,in anderen Worten ausgedrückt, es wird eine Schutzschicht oder eine angereicherte Schicht um den Gegenstand herum gebildet. AußerAnother one that is resistant to oxidation at high temperatures Alloy is described in U.S. Patent 3,192,073. In this patent a method is specified, according to which a product made of an iron-aluminum alloy for the use at high temperatures is made suitable by applying an aluminum coating, followed by a Tempering at high temperature follows to diffuse the coating into the alloy body. The resistance to oxidation of the coated and heat-treated product is further improved by the fact that iron-aluminum compounds are formed near the surface. That is, in In other words, a protective layer or an enriched layer is formed around the article. Except
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dem Umstand, daß ein solcher Überzug und das Eindiffundieren durch Anlassen ein teures Verfahren ist, besteht die weitere Frage, ob ein solches Erzeugnis einer wiederkehrenden Erhitzung und Abkühlung stand hält, die bei vielen industriellen Anwendungen vorkommt. So weist ein Erzeugnis, das nach diesem Verfahren hergestellt ist, einen Aluminiumgradienten zwischen dem Überzug und dem Eernmaterial auf, so daß verschiedene Dichteeigenschaften und Ausdehnungskoeffizienten vorhanden sind. Bei einer zyklisch auftretenden Wärmebeanspruchung können sich daher thermische Risse bilden und es können auch weitere Mangel dadurch auftreten, daß die Diffusion und daher die Verarmung des-Überzuges an Aluminium weiter fortschreiten.the fact that such a coating and the diffusion by annealing is an expensive process, the further question is whether such a product requires repeated heating and withstands the cooling that occurs in many industrial applications. So indicates a product that after this Method is produced, an aluminum gradient between the coating and the core material, so that different Density properties and expansion coefficients are available. In the case of cyclical thermal stress Thermal cracks can therefore form and further deficiencies can also occur due to the diffusion and therefore the depletion of the coating in aluminum continues.
Wie sich aus diesen Ausführungen ergibt, hat man Eisen-Aluminiumlegierungen als Ausgangspunkt für die Entwicklung von bei hohen Temperaturen oxidationsfesten Legierungen genommen. Die US-Patentschrift 3 698 964 enthält ein weiteres Beispiel für die Entwicklung in dieser Richtung. Die in dieser Patentschrift angegebene Legierung ist eine Legierung auf Eisengrundlage und enthält Chrom und Aluminium und bzw. oder Silizium. Diese Legierungszusätze liegen in der Größenordnung von 1 bis 5%. Die erhöhte Oxidationsfestigkeit oder die Abnahme der Gewichtserhöhung mit der Temperatur wird der Bildung von Tonerde oder einem komplexen Oxid von Eisen und Aluminium zugeschrieben. Wenn auch eine derartige Legierung eine höhere Oxidationsfestigkeit im Vergleich mit einem austenitischen rostfreien Stahl der Type 301 aufzuweisen scheint, so liegen doch keine Angaben über die Festigkeit bei hohen Temperaturen vor. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine ferritische Legierung, die nicht nur einen hohen Oxidationswiderstand bei hohen Temperaturen aufweist, sondern gleichzeitig eine hohe Festigkeit besitzt.As can be seen from these explanations, one has iron-aluminum alloys taken as the starting point for the development of alloys resistant to oxidation at high temperatures. U.S. Patent 3,698,964 contains another example for developing in this direction. The in this patent The specified alloy is an iron-based alloy and contains chromium and aluminum and / or Silicon. These alloy additions are on the order of 1 to 5%. The increased resistance to oxidation or the The increase in weight with temperature will decrease Attributed to formation of alumina or a complex oxide of iron and aluminum. Albeit such an alloy appears to have a higher oxidation resistance compared to an austenitic stainless steel of type 301, so there is no information about the strength at high temperatures. In contrast, the present invention to a ferritic alloy that not only has a high resistance to oxidation at high temperatures, but also a high strength owns.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ferritische Eisen-Aluminiumlegierung hoher mechanischer Festigkeit zu schaffen, die nicht nur bei hohen Temperaturen gegenüber einer Oxidation beständig ist, sondern die auch keine Oberflächenabblätterung oder Abspaltung aufweist, wenn sie einer thermischen Schockbehandlung z.B. einer wiederholten Erhitzung und Abkühlung unterworfen wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Legierung im wesentlichen in Gewichtsprozent ausgedrückt bis zu 0,1% Kohlenstoff, etwa 4,0 bis 8,2 % Aluminium, bis zu etwa 10,5% Chrom, etwa 0,2 bis 4,0 % Silicium, etwa 0,05 bis 2,0% Titan aufweist, wobei vorzugsweise das Verhältnis von Silicium zu Titan zwischen 1,0 bis 4,0 liegt, während der Rest Eisen ist und noch weitere Verunreinigungen und Zusätze vorhanden sein können, welche die Erreichung der gewünschten Eigenschaften nicht wesentlich beeinflussen. Die unerwartet hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen ergibt sich aus einem bei sehr hohen Temperaturen auftretenden feinen Titan-Silicium intermetallischen Niederschlag oder Präzipitat hoher thermischer·Stabilität,der gleichförmig in der Matrix des Kornes verteilt ist.The invention is therefore based on the object of creating a ferritic iron-aluminum alloy of high mechanical strength, which is not only resistant to oxidation at high temperatures, but also does not have any surface peeling or splitting off when subjected to thermal shock treatment, for example repeated heating and Is subjected to cooling. According to the invention, this object is achieved in that the alloy is essentially expressed in percent by weight up to 0.1% carbon, about 4.0 to 8.2 % aluminum, up to about 10.5% chromium, about 0.2 to 4.0 % silicon, about 0.05 to 2.0% titanium, the ratio of silicon to titanium preferably being between 1.0 to 4.0, while the remainder is iron and further impurities and additives may be present which do not significantly affect the achievement of the desired properties. The unexpectedly high strength at high temperatures results from a fine titanium-silicon intermetallic precipitate or precipitate of high thermal stability which occurs at very high temperatures and which is uniformly distributed in the matrix of the grain.
Die Figur zeigt ein Diagramm, welches die Zunahme bzw. die Änderung der Festigkeit in einem weiten Temperaturbereich für zwei Legierungen gemäß der Erfindung erkennen läßt (Legierungen, die Titan und Silicium gemäß der Erfindung aufweisen) sowie von Basislegierungen, die nicht mehr als eines der Elemente enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Silicium und Titan besteht, oder eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes aufweisen.The figure shows a diagram which shows the increase or change in strength over a wide temperature range for two alloys according to the invention (alloys which have titanium and silicon according to the invention) as well as base alloys that do not contain more than one of the elements selected from the group which consists of silicon and titanium, or have an increase in the carbon content.
Die Erfindung gehört daher zu der Gruppe von Ei sen-Aluminiumlegierungen und zwar insbesondere zu den schmiedbaren ferritischen Legierungen, die in solchen Fällen angewendet werdenThe invention therefore belongs to the group of iron aluminum alloys in particular to the malleable ferritic alloys used in such cases
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können, in denen der Widerstand gegenüber einer thermischen Stoßbehandlung kritisch ist. Legierungen dieser Art sind dadurch gekennzeichnet, daß sie gleichzeitig eine hohe Festigkeit und einen hohen Oxidationsvriderstand auch bei einer zyklischen Erhitzung auf Temperaturen bis etwa 980°C (1800°F) aufweisen. Typische Anwendungsfälle, in denen derartige \ Bedingungen auftreten, sind Auspuffleitungen und Anlagen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, z.B. beil thermischen Reaktoren, bei Kraftfahrzeugen, Düsenantrieben und der petrochemischen Industrie. Wenn diese Anwendungsfälle die Erfindung auch nicht in irgend einer Weise beschränken sollen, so scheint doch eine kurze Erörterung angebracht, um die Bedeutung der Erfindung besser verstehen zu können.where resistance to thermal shock treatment is critical. Alloys of this type are characterized in that they have both high strength and high oxidation resistance, even when cyclically heated to temperatures of up to about 980 ° C (1800 ° F). Typical applications in which such \ conditions occur are exposed to exhaust pipes and equipment, the high temperatures, for example, hatchet thermal reactors, in motor vehicles, jet engines and the petrochemical industry. While these applications are not intended to limit the invention in any way, a brief discussion seems appropriate in order to better understand the meaning of the invention.
Allgemein ausgedrückt ist ein thermischer Reaktor ein Behälter, in den die heißen Auspuffgase eines Motors, eines Düsenantriebes oder anderer Kraftmaschinen zur weiteren Verbrennung geleitet werden. Auch Luft wird in den Reaktor eingepumpt und mit den Gasen gemischt. Der Reaktor hat üblicherweise eine ausreichende Größe, das heißt ein hinreichendes Kammervolumen, damit die gemischten Gase sich genügend lange in dem· Reaktor aufhalten können, um eine vollständige Verbrennung der restlichen Kohlenwasserstoffe und des Kohlenstoffmonoxides zu erreichen. Da die Verbrennungsreaktion stark exothermisch ist, können sich Temperaturen bis zu 12000C (22000F), in typischen Fällen von etwa 9800C (18000F) in einer hochoxidierenden Umgebung ergeben. Die starken Beanspruchungen, die sich durch die hohen Temperaturen, die oxidierende Umgebung und die wiederkehrende Erhitzung und Abkühlung ergeben, erfordern ein Material, welches diesen Beanspruchungen gewachsen ist. Die Legierung gemäß der Erfindung genügt nicht nur diesen Anforderungen, sondern diese lassen sich auch mitIn general terms, a thermal reactor is a container into which the hot exhaust gases from an engine, a jet engine or other prime mover are directed for further combustion. Air is also pumped into the reactor and mixed with the gases. The reactor is usually of sufficient size, that is to say a sufficient chamber volume, so that the mixed gases can remain in the reactor for a sufficient time to achieve complete combustion of the remaining hydrocarbons and the carbon monoxide. Since the combustion reaction is highly exothermic, to temperatures up to 1200 0 C (2200 0 F), (F 0 1800) result in a highly oxidizing environment in typical cases from about 980 0 C. The high stresses that result from the high temperatures, the oxidizing environment and the recurring heating and cooling require a material that can withstand these stresses. The alloy according to the invention not only meets these requirements, but these can also be used
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verhältnismäßig niedrigen Materialkosten erfüllen. Als Folge der überraschenden Festigkeit des Materials wird weniger Material erforderlich.meet relatively low material costs. As a result of the surprising strength of the material becomes less material required.
Die Zusammensetzung der Legierungen gemäß der Erfindung liegen in folgenden Bereichen:The composition of the alloys according to the invention lie in the following ranges:
Kohlenstoff bis zu etwa 0,1 Gew.% Aluminium - 4,0 bis 8,2 Gew.% Chrom - bis zu etwa 10,5 Gew.% Silicium - 0,2 bis 4,0 Gew.% Titan - 0,05 bis 2,0 Gew.% Eisen - RestCarbon up to about 0.1% by weight aluminum - 4.0 to 8.2% by weight chromium - up to about 10.5 % by weight silicon - 0.2 to 4.0% by weight titanium - 0.05 up to 2.0 wt.% iron - remainder
wobei ein Silicium zu Titanverhältnis zwischen 1,0 und 4,0 bevorzugt wird. Innerhalb dieser weiten Bereiche enthält eine bevorzugte Zusammensetzung mindestens etwa 8,0% Chrom, zwischen 6,0 und 7,0% Aluminium, etwa 0,2 bis 1,2% Titan, etwa 0,6 bis 1,8% Silicium und ein Titan zu Kohlenstoff verhältnis von mindestens 4,0.with a silicon to titanium ratio between 1.0 and 4.0 being preferred. Within these broad areas contains one preferred composition at least about 8.0% chromium, between 6.0 and 7.0% aluminum, about 0.2 to 1.2% titanium, about 0.6 to 1.8% silicon, and a titanium to carbon ratio of at least 4.0.
Aus der eingangs erwähnten OS 2 339 869 der Anmelderin geht hervor, daß eine allgemeine Beziehung zwischen dem Verhalten der Legierung bei hohen Temperaturen und der Anreicherung oder dem Gesamtlegierungsgehalt der Legierung vorhanden ist. Während sich aus diesen Betrachtungen ein günstigeres Verhalten bei stärker angereicherten Legierungen ergeben kann, so bestehen doch praktische Grenzen bezüglich der Kosten und des Herstellungsverfahrens der Legierung.From the above-mentioned OS 2 339 869 of the applicant it can be seen that a general relationship between the behavior of the alloy is present at high temperatures and the enrichment or overall alloy content of the alloy. While these considerations can result in more favorable behavior in the case of more highly enriched alloys, so exist but practical limits on the cost and method of making the alloy.
In dieser Beziehung ist es erforderlich, daß das Material genügend duktil ist, damit Streifen und Bleche in den üblichen Walzverfahren hergestellt werden können. Im Fall von Legierungen mit Eisen als Grundmaterial und einem Aluminiuin-In this regard, it is necessary that the material is ductile enough that strips and sheets in the conventional rolling processes can be produced. In the case of alloys with iron as the base material and an aluminum
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gehalt nimmt die Duktilität unter eine zulässige Größe ab, wenn der Aluminiumgehalt über 8 Gew.% hinausgeht. Der Chrombestandteil einer Aluminium-Eisenlegierung sollte nicht über 10 Gew.% hinausgehen, damit nicht eine Bruchgefahr und andere Verarbeitungsschwierigkeiten auftreten. Auch der Kohlenstoffgehalt sollte auf einem niedrigen Wert gehalten werden und zwar vorzugsweise niedriger als 0,0456 z.B. weniger als 0,0356. In keinem Fall sollte er über 2556 des Titangehaltea hinausgehen. content, the ductility decreases below a permissible level if the aluminum content exceeds 8% by weight. The chrome component an aluminum-iron alloy should not exceed 10% by weight, so that there is no risk of breakage and others Processing difficulties occur. The carbon content should also be kept at a low level and preferably less than 0.0456, for example less than 0.0356. In no case should it exceed 2556 of the titanium content.
Schon im Anfang der Beschreibung ist darauf hingewiesen worden, daß die Erfindung zwei charakteristische Eigenschaften aufweist, nämlich hohe Qxidationsfestigkeit bei hohen Temperaturen und hohe mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen. Bei den bekannten Verfahren wird zwar die Oxidationsfestigkeit bei hohen Temperaturen für Eisen-Aluminiumlegierungen erwähnt, während die eingangs erwähnte Offenlegungsschrift die besonderen Eigenschaften der Legierung bei Temperaturen bis zu 13800C (25000F) angibt. Auf die dort angegebenen Daten wird daher ausdrücklich Bezug genommen.Already at the beginning of the description it was pointed out that the invention has two characteristic properties, namely high oxidation resistance at high temperatures and high mechanical strength at high temperatures. In the known methods, the oxidation resistance at high temperatures for iron-aluminum alloys is mentioned, while the laid-open specification mentioned at the beginning specifies the special properties of the alloy at temperatures up to 1380 ° C. (2500 ° F). Reference is therefore expressly made to the data given there.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist daher die unerwartete Zunahme der Festigkeit der Legierung in Folge der Bildung eines feinen Titan-Silicium intermetallischen Niederschlages von hoher thermischer Stabilität. Das Zusammenwirken, das sich aus der kontrollierten Hinzufügung sowohl von Titan als auch von Silicium ergibt, wird aus der Figur und der weiter unten aufgeführten Tabelle II erkennbar. Um diese Werte zu erhalten, wurden zwei Grundlegierungen, nämlich die Legierungen A und C der Tabelle I bezüglich ihrer Festigkeit bei verschiedenen erhöhten Temperaturen geprüft. Weiteren Legierungen, deren ZusammEnsetzung mit den Grundlegierungen vergleichbar ist, wurden die Elemente Titan, Kohlenstoff und bzw..oderAn important feature of the invention, therefore, is the unexpected increase in the strength of the alloy as a result of formation of a fine titanium-silicon intermetallic deposit of high thermal stability. The cooperation, that results from the controlled addition of both titanium and silicon, will continue from the figure and the figure Table II listed below can be seen. To obtain these values, two base alloys, namely the alloys A and C of Table I were tested for strength at various elevated temperatures. Other alloys, whose composition is comparable to that of the base alloys, the elements titanium, carbon and or
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Silicium hinzugefügt. Diese Legierungen mit ihrer Zusammensetzung in Gewichtsprozent sind in Tabelle I angegeben·Silicon added. These alloys with their composition in percent by weight are given in Table I.
. Tabelle I. Table I.
Um die Daten der Tabelle II zu erhalten, wurden die verschiedenen in der Tabelle I genannten Legierungen einem Vakuuminduktionsschmelzverfahren unterworfen und im Vakuum zu Blöcken gegossen, die ein Blockgewicht von etwa 180 kg (400 Pfund) aufwiesen. Nach einer langsamen Abkühlung auf Raumtemperatur wurden die Blöcke langsam erwärmt,(mindestens 5 Stunden lang) auf eine Temperatur zwischen 1010°C und 1170°C (20250F bis 21300F). Bei einem anfänglichen Warmwalzen wurden die Blöcke um jeweils 12,5 mm pro Durchlauf auf eine Plattenstärke von etwa 25 mm gebracht. Die Endtemperaturen lagen zwischen etwa 900°C und 10100C (165O°F und 185O0F). Die Platten wurden dann langsam auf Raumtemperatur im Sand abgekühlt. Proben für die Zugfestigkeitsbestimmung wurden dann aus den Platten entnommen und bearbeitet und die Zugfestigkeit wurde an diesem Material gemessen. Die Ergebnisse der Zugfestigkeitsbestimmungen sind in Tabelle II angegeben.To obtain the data in Table II, the various alloys identified in Table I were vacuum induction melting and vacuum cast into ingots having an ingot weight of approximately 180 kg (400 pounds). After slow cooling to room temperature, the ingots were heated slowly (at least 5 hours) to a temperature between 1010 ° C and 1170 ° C (2025 0 F to 2130 0 F). In an initial hot rolling, the ingots were brought to a plate thickness of approximately 25 mm by 12.5 mm per pass. The end temperatures ranged from about 900 ° C and 1010 0 C (165o F and 185o 0 ° F). The panels were then slowly cooled to room temperature in the sand. Samples for tensile strength determination were then removed from the panels and machined and the tensile strength measured on this material. The results of the tensile strength determinations are given in Table II.
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Tabelle II
ZUGFESTIGKEIT IN kp/cm2 Table II
TENSILE STRENGTH IN kp / cm 2
Legierung 6200C 6500C 764°C 872°C 983°CAlloy 620 0 C 650 0 C 764 ° C 872 ° C 983 ° C
Während die Tabelle II die Ergebnisse der Messung enthält, wurde bezüglich der Figur das folgende Verfahren angewendet. Für die graphische Darstellung wurde die Zugfestigkeitsdifferenz zwischen einer geeigneten Ausgangs- oder Bezugslegierung (die betreffende Bezugslegierung ist bei jeder Kurve angegeben) und der Grundlegierung mit Hinzufügungen auf der Ordinate eingetragen. Die Grundlegierung, die für die Legierung E benutzt wurde, war die Legierung F, da die Kohlenstoff differenz kleiner war als wenn die Legierung C benutzt worden wäre.While Table II contains the results of the measurement, the following procedure was used with respect to the figure. The tensile strength difference between a suitable starting or reference alloy (the relevant reference alloy is indicated on each curve) and the base alloy with additions on the ordinate. The base alloy used for alloy E. was used, alloy F was used because the carbon difference was smaller than if alloy C had been used.
Die günstigen Beziehungen, die sich aus einer Kombination von Titan und Silicium ergeben, lassen sich am besten durch einen Vergleich der Legierung D und E mit der Legierung G erkennen. Aus der Tabelle I ergibt sich, daß bei der Legierung D und E zu den Grundelementen nur die Elemente Titan und Silicium hinzugefügt wurden. Wenn z.B. die Festigkeitszunahmen, die den einzelnen Elementen zuzuschreiben sind, addiert würden, dann würde das Ergebnis noch weit unterhalb dem tatsächlich mit der Legierung G erzielten Wert liegen.The favorable relationships that result from a combination of Titanium and silicon can best be seen by comparing alloy D and E with alloy G. It can be seen from Table I that in the case of alloy D and E, only the elements titanium and silicon are added to the basic elements became. For example, if the strength increases that the are to be ascribed to individual elements, then the result would still be far below that actually with the value achieved by alloy G.
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Diese unerwartete Verbesserung kann am besten aus der Figur erkannt werden. Die Linie ((JL - (Xj1) stellt die Differenz der bei verschiedenen Temperaturen beobachteten Festigkeit dar, wenn die Titan enthaltene Legierung E der Legierung F gegenübergestellt wird, die ihr in jeder Beziehung mit Ausnahme des Titans gleicht. In ähnlicher Weise stellt die Linie (CL. - (L·) die Differenz der Festigkeit bei verschiedenen Temperaturen zwischen der Legierung D und der Legierung C dar. Die Legierungen waren vergleichbar mit Ausnahme des SiIiciumgehalts von 0,61 Gew.% bei der erstgenannten Legierung. Durch diese Vergleiche war es möglich, die Wirkungen der einzelnen Elemente Titan oder Silicium bezüglich der Hochtemperaturfestigkeit der Legierungen zu isolieren. Wenn man die Festigkeitswerte, die sich bei einer gegebenen Temperatur ergeben, addiert und sie mit der Kurve (O^ - 0^,) vergleicht, ergibt sich, daß das Ergebnis nicht lediglich additiv ist sondern wesentlich höher liegt,als man erwarten könnte. Dieses Zusammenwirken wird der Bildung eines Titansilicium intermetallischen Niederschlages zugeschrieben, der in der Matrix der Körner beobachtet werden kann.This unexpected improvement can best be seen from the figure. The line ((JL - (Xj 1 ) represents the difference in strength observed at various temperatures when alloy E containing titanium is contrasted with alloy F, which is identical to it in every respect except titanium. Similarly, the line represents (CL. - (L ·) represents the difference in strength at different temperatures between alloy D and alloy C. The alloys were comparable with the exception of the silicon content of 0.61% by weight in the former alloy possible to isolate the effects of the individual elements titanium or silicon with regard to the high temperature strength of the alloys. that the result is not only additive but is much higher than one might expect. This interaction will interme with the formation of a titanium silicon ascribed to metallic precipitate which can be observed in the matrix of the grains.
Eine elektronenmikroskopische Untersuchung der Silicium-titanhaltigen Legierungen gemäß der Erfindung offenbart eine Struktur, die einen sehr kleinen gut verteilten sphärischen Niederschlag (100 bis 600&) von sehr hoher thermischer Stabilität in der gesamten Matrix der Körner enthält. Obwohl eine positive Identifizierung dieses Präzipitats aus den zur Zeit verfügbaren ASTM Angaben nicht vorgenommen werden konnte, ist doch die Übereinstimmung zwischen dem beobachteten Muster und dem von oberflächenzentrierten kubischen Fe^Si (a.=5,64A) verhältnismäßig gut. Wenn gefordert wird, daß einige der Eisenatome durch die größeren Titanatome ersetzt werden (die Radien der Atome sind 1,26 X für Eisen gegenüber 1,49 2. für Titan)An electron microscopic examination of the silicon-titanium-containing Alloys according to the invention discloses a structure that is a very small well-distributed spherical Contains precipitate (100 to 600 &) of very high thermal stability throughout the matrix of the grains. Although a positive identification of this precipitate could not be made from the currently available ASTM data, is the correspondence between the observed pattern and that of surface-centered cubic Fe ^ Si (a. = 5.64A) relatively good. When it is required that some of the iron atoms be replaced by the larger titanium atoms (the radii of atoms are 1.26 X for iron versus 1.49 2. for titanium)
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dann wird die Annahme gerechtfertigt, daß der beobachtete Niederschlag, d.h. das Präzipitat der Form (Fe, Ti),Si entspricht mit einem Wert a. = 5,80 & und mit einer oberflächenzentrierten kubischen Struktur.then the assumption is justified that the observed precipitate, i.e. the precipitate of the form (Fe, Ti), Si corresponds to a value of a. = 5.80 & and with a surface-centered cubic structure.
Durch die Erfindung, die sich durch die einzigartige Erhöhung der Festigkeit infolge der Bildung des intermetallischen TiSi Niederschlages ergibt, gelangt man zu einer ferxitischen Eisen-Aluminium-Legierung mit außerordentlicher Festigkeit bei hohen Temperaturen.Through the invention, which is characterized by the unique increase in strength as a result of the formation of the intermetallic TiSi precipitate results in a ferxitic iron-aluminum alloy with extraordinary strength at high temperatures.
Tabelle II
Zugfestigkeit in KSI,Temperatur in 0FTable II
Tensile strength in KSI, temperature in 0 F.
A - 29,5 12,0 4,5 2,5 A - 29.5 12.0 4.5 2.5
B - 41.5' 21,5 10,0 4,5 B - 41.5 '21.5 10.0 4.5
C 29,0 - 14,0 7,0 4,4C 29.0-14.0 7.0 4.4
D 37,9 - 18,8 8,2 4,3 D 37.9-18.8 8.2 4.3
E 37,4 - 17,6 7,3 4,7 E 37.4 - 17.6 7.3 4.7
F 36,9 - 17,0 8,0 3,2F 36.9 - 17.0 8.0 3.2
G 42,6 - 20,7 9,2 4,9G 42.6 - 20.7 9.2 4.9
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Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
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