DE2437690C3 - Verwendung einer aushärtbaren Nickellegierung - Google Patents
Verwendung einer aushärtbaren NickellegierungInfo
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Description
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25
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer aushärtbaren Nickellegierung mit einer guten Warmformbarkeit
und einer hohen Zeitstandfestigkeit bei hohen Temperaturen von etwa 1000° C.
Werkstoffe für Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen einem Kernreaktor-Hochtemperaturkühlmittel
und einem der Erhitzung eines Eisenerzreduktionsgases in einem Eisengewinnungsofen dienenden,
getrennten Gas erfordern eine hohe Festigkeit bei hoher Temperatur sowie eine gute Warmverformbarkeit
Im Fall der bekannten ausscheidungshärtenden Nickellegierungen sind vielfach diejenigen, die eine
hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen von etwa 1000° C aufweisen, von niedriger Warm verformbarkeit,
und jene, die eine gute Warmverformbarkeit aufweisen, haben keine ausreichende Festigkeit bei hohen Temperaturen.
Aus der GB-PS 13 18 267 ist eine aushärtbare Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung aus 10 bis 25%
Chrom, 10 bis 25% Kobalt, 0 bis 7% Molybdän, 0 bis 6% Wolfram, 1,5 bis 7% Aluminium, 1,5 bis 7% Titan, 0,01
bis 0,1% Kohlenstoff, 0,003 bis 0,02% Bor, 0 bis 0,08% Zirkonium und Rest Nickel mit eventuellen weiteren
Wahlkomponenten bekannt, die als hochwarmfeste Legierung für den Gasturbinenbau verwendbar ist. In
dieser Legierung muß außerdem obligatorisch eine wesentliche Menge einer topologisch dichtgepackten
Phase in einer im wesentlichen äquiaxialen Morphologie vorliegen, so daß ihre Warmverformbarkeit relativ
mäßig ist.
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weitere Zusatzbereichsgrenzen aufweisen und zum Herstellen von Metallgegenständen hoher Kriechfestigkeit
verwendbar sind.
Aus der DE-OS 19 40 823 ist es weiter bekannt daß
eine ausscheidungshärtbare Nickellegierung aus 0,02 bis 0,40% Kohlenstoff, 8 bis 22% Chrom, 0 bis 9,0%
Molybdän, 0 bis 7% Wolfram, 0,5 bis 6% Kobalt 0,2 bis
6,5% Aluminium, 0 bis 3% Titan, 0 bis 0,05% Bor, 0 bis 0,2% Zirkonium, Rest Nickel, ein gegenüber der
Ausbildung der Sigmaphase stabiles Gefüge aufweist und das Kobalt bei einem Gehalt über etwa 5 bis 6%
aktiv zur Ausbildung der Sigmaphase beiträgt
Die US-PS 29 20 956 offenbart, daß Legierungen aus 0 bis 0^0% Kohlenstoff, 4 bis 30% Chrom, 0 bis 30%
Molybdän, 0 bis 15% Wolfram, 0 bis 30% Kobalt 0 bis 8% Aluminium, 0 bis 8% Titan, 0,0005 bis 0,05% Bor,
0,005 bis 0,5% Zirkonium und 35 bis 90% Nickel eine hohe Duktilität besitzen.
Ähnliche Legierungen weisen schließlich nach der FR-PS 11 06 620 eine brauchbare Schmiedbarkeit auf.
Hinweise, ob das Gefüge gegenüber der Ausbildung der Sigmaphase stabil ist lassen sich der US-PS
29 20 956 und der FR-PS 11 06 620 nicht entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aushärtbare Nickellegierung anzugeben, die aufgrund
sowohl einer hohen Festigkeit bei hohen Temperaturen von etwa 1000° C als auch einer hohen Warmverformbarkeit
als Werkstoff für Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen einem Kernreaktor-Hochtemperaturkühlmittel
und einem der Erhitzung eines Eisenerzreduktionsgases in einem Eisengewinnungsofen dienenden, getrennten Gas verwendbar ist
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist die Verwendung einer aushärtbaren
Nickellegierung aus höchstens 0,1% Kohlenstoff, 17,5
bis 19% Chrom, 3,5 bis 4,5% Molybdän, 5,5 bis 6,5% Wolfram, 8 bis 12% Kobalt, 1,8 bis 2,2% Aluminium, 2,0
bis 3,0% Titan, höchstens 0,01% Bor, höchstens 0,15% Zirkonium, Rest Nickel und herstellungsbedingten
Verunreinigungen als Werkstoff für Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen einem Kernreaktor-Hochtemperaturkühlmittel
und einem der Erhitzung eines Eisenerzreduktionsgases in einem Eisengewinnungsofen
dienenden, getrennten Gas.
Vorzugsweise besteht die für den genannten Zweck zu verwendende Legierung aus 0,05% Kohlenstoff, 18%
Chrom, 4% Molybdän, 6% Wolfram, 10% Kobalt, 2% Aluminium, 2,5% Titan, 0,003% Bor, 0,07% Zirkonium,
Rest Nickel und herstellungsbedingten Verunreinigungen.
Vorteilhaft erfolgt die Verwendung der genannten Legierung, nachdem sie 2 Stunden bei 1200°C geglüht
an Luft abgekühlt, anschließend 4 Stunden bei 1020 bis 1080° C geglüht und wiederum an Luft abgekühlt
worden ist.
Der Kohlenstoff verbindet sich in dieser erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung mit dem Titan unter
Bildung eines Karbids des MC-Typs und verhindert eine Vergrößerung der Austenitkörner unter Verfestigung
der Korngrenzen, weshalb der Kohlenstoff in geringer Menge erforderlich ist. Wenn die Kohlenstoffmenge
0,2 Gew.-% übersteigt, bildet sich eine übermäßige Karbidmenge, die zur Beeinträchtigung der Warmvervormbarkeit
der Legierung führt. Daher wird die Kohlenstoffmenge auf 0,1 Gew.-% oder weniger beschränkt.
Chrom ist wesentlich für die Oxydationsbeständigkeit der Legierung und muß zum Erreichen einer guten
Oxydationsbeständigkeit in einer Menge von wenigstens
17,5Gew.-% vorliegen, während bei Überschreitung
eines Chromgehalts von 19 Gew.-% das Gefüge der Legierung instabil wird und sich die Bildung einer
unerwünschten intermetallischen Verbindung, wie z. B. Sigmaphase, beschleunigt Daher ist der Chromgehalt
auf 17,5 bis 19 Gew.-% begrenzt
Molybdän ist hauptsächlich in der Matrix der Legierung unter Mischkristallverstärkung der Legierung
gelöst, und hierzu werden wenigstens 3,5 Gew.-Molybdän
benötigt Wenn der Molybdängehalt jedoch 4,5 Gew.-% übersteigt, wird das Gefüge instabil. Daher
soll der Molybdängehalt 3,5 bis 4,5 Gew.-% betragen.
Auch Wolfram ist in der Matrix der Legierung unter Mischkristallverstärkung derselben gelöst und löst sich
gleichzeitig in der /-Phase unter deren Verfesiigung,
Dazu sind wenigstens 5,5 Gew.-% Wolfram erforderlich,
doch verursacht ein Wolframgehalt von mehr als 6,5 Gew.-% eine Instabilisierung des Gefüges, weshalb
ein so hoher Gehalt zu vermeiden ist Der Wolframgehalt der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung
ist daher auf 5,5 bis 6,5 Gew.-% beschränkt
Kobalt ist ebenfalls in der Matrix der Legierung unter Verfestigung derselben gelöst Hierzu sind mindestens 8
Gew.-% Kobalt erforderlich, doch machen mehr als 15 Gew.-% Kobalt das Gefüge instabil. Der Kobaltgehalt
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung ist auf 8 bis 12 Gew.-% begrenzt
Aluminium ist ein zur Bildung der /- Phase und zur Ausscheidungshärtung der Legierung wesentliches
Element. Wenigstens l,8Gew.-% Aluminium sind zur Erzielung einer ausreichenden Ausscheidungshärtung
der Legierung erforderlich, doch ergibt sich bei einem 2,2 Gew.-% übersteigenden Aluminiumgehalt eine Instabilität
des Gefüges der Legierung, wobei gleichzeitig die Warmverformbarkeit der Legierung sinkt. Daher
wird der Aluminiumgehalt der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung auf 1,8 bis 2,2 Gew.-%
beschränkt.
Titan löst sich in der /-Phase im Mischkristall unter
Erhöhung der Gitterkonstante und Erreichung einer Gitterkonformität zwischen der /-Phase und der
Matrix. Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist auch Titan ein wesentliches Element der Legierung.
Dabei sind wenigstens 2,0Gew.-% Titan erforderlich,
doch führen mehr als 3,0Gew.-% Titan zu einem übermäßigen Anwachsen der /-Phase, wodurch die
Wannverformbarkeit der Legierung verschlechtert wird und außerdem die Gitterkonstante der /-Phase
übermäßig steigt, so daß sich eine Verminderung der Gitterkonformität zwischen der /-Phase und der
Vo ίο Matrix ergibt Daher wird der Titangehalt der
erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung auf 2,0 bis 3,0 Gew.-% begrenzt
Bor ist in geringer Menge erforderlich, da es die Korngrenzen verstärkt und die Festigkeit der Legierung
bei hohen Temperaturen verbessert Indessen rufen mehr als 0,02 Gew.-% Bor ein Absinken der
Schmelztemperatur der Korngrenzen und eine Verringerung der Warmverformbarkeit hervor. Der Borgehalt
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung wird auf höchstens 0,01 Gew.-% begrenzt
Zirkonium ist in geringer Menge erforderlich, da es wie Bor die Korngrenzen verfestigt und die Festigkeit
bei hohen Temperaturen verbessert Jedoch verursachen mehr als 03 Gew.-% Zirkonium einen Abfall der
Schmelztemperatur der Korngrenzen und eine Verringerung der Warmverformbarkeit. Der Zirkoniumgehalt
der erfindungsgernäß zu verwendenden Legierung wird auf höchstens10,15 Gew.-% begrenzt
Die Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzun-
Die Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzun-
jo gen von Probelegierungen, die zum Vergleichen der
Festigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen bei hohen Temperaturen mit derjenigen
der entsprechenden bekannten Legierung verwendet wurden. Die in der Tabelle 1 angegebene bekannte
Legierung ist die festeste Legierung unter den bekannten ausscheidungshärtenden Nickelbasislegierungen
mit einer ausreichend hohen Warmverformbarkeit als Werkstoff für Wärmeaustauscher. Die Probelegierungen
zur Verwendung gemäß der Erfindung zeigten eine gute Schmiedbarkeit, die der der bekannten
Legierung nach der Tabelle 1 beim Schmieden im praktischen Betrieb gleich oder überlegen ist
Cr
Mo W Co
Al
Ti
Zr
Legierung (1)
Legierung (2)
0,12 18,1 . 3,6 - 25,2 2,9 2,1 0,002 0,11 Rest
Die beiden erfindungsgemr.ß zu verwendenden
Legierungen nach der Tabelle 1 wurden drei alternativen Wärmebehandlungen unterworfen, wie sie in der eo
Tabelle 2 aufgeführt sind. Die bekannte Legierung wurde der üblichen Wärmebehandlung, nämlich
12050C χ 2 h AC -f 8700C χ 24 h AC
Schnittsverringerung entsprechend der Tabelle 3 unterworfen.
Wärmebehandlung
unterworfen (»AC« bedeutet Luftabkühlung). Anschlie- A ßend wurden diese Legierungen den Prüfungen zur B
Ermittlung der Bruchlebensdauer, Dehnung und Quer- C
1200°C χ 2 h AC+1020°C χ 4 h AC
1200°C χ 2 h AC+ 10500C χ 4 h AC
12000C χ 2 h AC4 !0800C χ 4 h AC
1200°C χ 2 h AC+ 10500C χ 4 h AC
12000C χ 2 h AC4 !0800C χ 4 h AC
5
stigkeitsversuchen bei einer Belastung von 5 kg/mm2 bei hoher Temperatur als die bekannte Legierung
bei 10000C angegeben. Aus der Tabelle 3 ist zu aufwiesen,
entnehmen, daß die beiden erfindungsgemäß zu
Legierung
Querschnittsform | Wärme | Lebens | Dehnung | Querschnitts |
behandlung | dauer | verringerung | ||
(h) | (%) | (%) | ||
15 mm Quadrat | A | 208 | 46 | 44 |
15 mm Quadrat | B | 258 | 30 | 37 |
15 mm Quadrat | C | 221 | 42 | 41 |
60 mm Quadrat | B | 360 | 41 | 39 |
22 mm 0 | B | 342 | 50 | 44 |
25 mm Quadrat | 38 | 64 | 83 |
Erfindungsgem. zu verw. Leg. (1) Erfindungsgem. zu verw. Leg. (1)
Erfindungsgem. zu verw. Leg. (1) Erfindungsgem. zu verw. Leg. (2)
Erfindungsgem. zu verw. Leg. (2) Bekannte Legierung
Claims (3)
1. Verwendung einer aushärtbaren Nickellegierung aus höchstens 0,1% Kohlenstoff, 17,5 bis 19%
Chrom, 3,5 bis 4,5% Molybdän, 5,5 bis 6,5%
Wolfram, 8 bis 12% Kobalt 1,8 bis 2,2% Aluminium, 2,0 bis 3,0% Titan, höchstens 0,01% Bor, höchstens
0,15% Zirkonium, Rest Nickel und herstellungsbedingten Verunreinigungen als Werkstoff für Wärmeaustauscher
zum Wärmeaustausch zwischen einem Kernreaktor-Hochternperaturkühlmittel und einem
der Erhitzung eines Eisenerzreduktionsgases in einem Eisengewinnungsofen dienenden, getrennten
Gas.
2. Verwendung einer in die Gehaltsbereiche des Anspruchs 1 fallenden Legierung aus 0,05%
Kohlenstoff, 18% Chrom, 4% Molybdän, 6% Wolfram, 10% Kobalt, 2% Aluminium, 2,5% Titan,
0,003% Bor, 0,07% Zirkonium, Rest Nickel und herstellungsbedingten Verunreinigungen für den
Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer im Anspruch 1 oder Anspruch 2 genannten Legierung, die 2 Stunden bei
1200°C geglüht, an Luft abgekühlt, anschließend 4 Stunden bei 1020 bis 1080° C geglüht und
wiederum an Luft abgekühlt worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
ι ο
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SE7410111L (de) | 1975-02-10 |
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