DE2462427A1 - Nickellegierungen und ihre verwendung - Google Patents

Nickellegierungen und ihre verwendung

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DE2462427A1 DE19742462427 DE2462427A DE2462427A1 DE 2462427 A1 DE2462427 A1 DE 2462427A1 DE 19742462427 DE19742462427 DE 19742462427 DE 2462427 A DE2462427 A DE 2462427A DE 2462427 A1 DE2462427 A1 DE 2462427A1
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    • B01D—SEPARATION
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Description

11 Nickellegierungen und ihre Verwendung. "
Priorität: 16. März 1973, V.St.A., Nr. 342 271
2. August 1973, V.St.A., Nr. 385 077
12. November 1973, V.St.A., Nr. 414 783
Nickellegierungen spielen in der Metallurgie eine wichtige Rolle. Typische Nickellegierungen, wie die aus 70 % Nickel und 30 % Kupfer bestehende Monel-Legierung, sind äußerst korrosionsempfindlich, wenn sie bei hohen Temperaturen Gasen ausgesetzt werden, die Sauerstoff- und/oder Schwefelverbindungen enthalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nickellegierungen zu schaffen, die sich bei hohen Temperaturen durch gute Festigkeitseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
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Gegenstand, der Erfindung.ist somit.eine Nickellegierung, die aus 2 Ms 6 Prozent Aluminium, 0,5 bis 4 Prozent Silicium, 1 bis 6 Prozent Chrom, 0,0 bis 0,4 Prozent Mangan, 0,0 bis 0,1 Prozent Magnesium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen besteht.
Mangan und Magnesium können zur besseren Verarbeitbarkeit und zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit zugeschlagen werden. Die Legierungen der Erfindung weisen, zahlreiche., hervorragende Eigenschaften auf, beispielsweise lassen, sie. sich heiß und kalt walzen. Ein weiterer Vorteil ist ihre Korrosionsbeständigkeit, wenn sie bei. hohen Temperaturen Gasen.ausgesetzt, werden, die Sauerstoff- und/oder Schwefelverbindungen, enthalten. Diese Hochtemperaturbeständigkeit der Legierungen ist besonders wichtig für Anwendungen, wie die Herstellung von Abgasanlagen.für Kraftfahrzeuge, k'atalytischen Konvertern, bestimmten Bauelementen für Düsenmotoren und chemischen Produktionsanlagen.
Die Kombination guter mechanischer Eigenschaften mit hoher Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen wird bei den Legierungen der Erfindung durch die sorgfältige Auswahl der Legierungsbestandteile erreicht. Diese bilden bei hohen Temperaturen an der Legierungsoberfläche komplexe Oxide. Diese Oxidbildung kann gezielt vorgenommen werden-. Bei bestimmten Konzentrationen der Zusätze bewirken die gebildeten Oxide eine besonders hohe Beständigkeit der Legierungsoberfläche,,
Legierungen mit den Torstehend genannten Eigenschaften werden bei Verwendung von 2 bis 6 Prozent Aluminium, 0,5 "bis 4 Prozent
Silicium, 1 bis 6 Prozent Chrom, Rest im wesentlichen Nickel erhalten.. Zur Erreichung höherer Korrosionsbeständigkeit werden vorzugsweise 3 bis 5 Prozent Aluminium, 3 bis 5 Prozent Chrom, 2 bis 3,5 Prozent Silicium, Rest im wesentlichen Nickel eingesetzt. Legierungen, bei denen diese Hengen unter den Mindestmengen des vorstehend genannten breiten Bereiches liegen, haben weniger hochwertige mechanische Eigenschaften. Der angegebene obere Bereich wurde nach den erforderlichen Verarbeitungseigenschaften der Legierungen ausgewählt. Legierungen, bei denen die Mengen der Bestandteile über den Höchstmengen des vorstehend genannten breiten Bereiches liegen, lassen sich nur schwierig warm- oder kaltwalzen.
Bekanntlich können bereits Spuren an Schwefel in Legierungen mit hohem Nickelgehalt beim Warmwalzen große Schwierigkeiten verursachen. Dies kann leicht durch Zuschlag von bis zu 0,4 Prozent Mangan zur Legierung vermieden werden. Diese Manganmenge beeinflußt die Legierungseigenschaften praktisch nicht und erfolgt nur aus verarbeitungstechnischen Gründen. Ein anderer gegebenenfalls eingesetzter untergeordneter Bestandteil der Legierungen der Erfindung ist Magnesium, das zur Desoxidation der Legierung in Mengen bis zu 0,1 Prozent zugeschlagen werden kann. Da die Legierungen der Erfindung bereits Aluminium enthalten, das als starkes Desoxidationsmittel wirkt, ist der Zusatz von Magnesium nicht unbedingt erforderlich.
Die Legierungen der Erfindung sind vielseitig verwendbar. Sie eignen sich besonders zur Herstellung von Substratmaterial für
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Katalysatorträger und den Bau von Katalysatorsystemen, in denen die Oberfläche des aus einer Legierung der Erfindung bestehenden Substrats modifiziert ist, beispielsweise durch !Druckschweißen oder mechanisches Aufbringen einer katalytisch wirksamen Metalloder Legierungsschicht auf die Substratoberflache. Obwohl die Legierung der Erfindung besondere Vorteile bei ihrer Verwendung bietet, können für.besondere Verwendungszwecke bestimmte Legierungsbestandteile ohne übermäßige Verminderung der vorteilhaften Eigenschaften entfallen. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Zusatz an Chrom wegen möglicher Beeinflussung der Wirksamkeit gewisser Katalysatoren weiter einzuschränken oder ganz zu unterlassen.
Die Korrosionsbeständigkeit der Legierung der Erfindung beruht .auf der Bildung einer auf ihrer Oberfläche fest haftenden und aus den Legierungsbestandteilen gebildeten Oxidschicht. Wie aus
Fig.
den /1,2 und 5 ersichtlich, ist diese Oxidschicht äußerst dünn, was sich aus der geringen Gewichtszunahme während der Erhitzung auf hohe Temperaturen ergibt. Eine solche dünne, fest haftende^ ι Oxidschicht ist besonders zum Vergießen von Metallen oder Metalloxiden mit Glas geeignet. Die Legierung der Erfindung ist deshalb für mit Glas vergossene Halbleiter und ähnliche Anwendungen besonders gut geeignet. Da die Legierung der Erfindung kein Eisen enthält, ist sie zusätzlich gegen Korrosion bei Raumtemperatur, wie Rosten, sehr beständig, übliche mit Glas vergossene Legierungen mit hohem Eisengehalt unterliegen dem Rosten und der Spannungskorrosion, wodurch ihre Haltbarkeit begrenzt ist. Die Legierung der
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Erfindung kann sogar auch dort erfolgreich eingesetzt werden, wo mit Korrosion durch Einwirkung von Meerwasser und sonstigen wäßrigen Lösungen, sowie durch Witterungseinflüsse zu rechnen ist. Da die Legierung der Erfindung in Form einer festen Lösung vorliegt, kann auch bei diesen Bedingungen eine hohe Korrosionsbeständigkeit erwartet werden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist,
Beispieli Es v/erden Proben folgender Zusammensetzung hergestellt :
1. Technisch reines Nickel
2. Legierung aus 3 Prozent Chrom, 2 Prozent Silicium, 4- Prozent Aluminium, Rest Nickel., ·■· ·
Diese Proben werden bei 0,1 at in Sauerstoffatmosphäre auf 6000C erhitzt. Innerhalb eines Zeitraumes von 120 Stunden wird in Zeitabständen die Gewichtszunahme bestimmt. Die Gewichtszunahme ist ein Maß für das Ausmaß der Oxidation. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Legierung der Erfindung eine wesentlich bessere Oxidationsbeständigkeit hat als technisch reines Nickel. Selbst nach lOOstündigem Erhitzen beträgt die Gev/ichtszunähme der Legierung der Erfindung nur 27 g/
2 2
cm gegenüber etwa 3OO g/cm bei Reinnickel.
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Beispiel2
Proben der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 sowie eine aus 80 Prozent Wickel und 20 Prozent Chrom .bestehende Legierung werden bei 0,1 at in Sauerstoffatmosphäre auf 8000C erhitzt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß nach 25 Stunden die Legierung der Erfindung eine Gewichtszunahme von nur 38 g/cm aufweist, während das Reinnickel um mehr als 8500 g/cm2 und die Nickel-Chrom-Legierung um 4-00 g/cm zugenommen haben.
Beispiel 3 Proben mit folgender Zusammensetzung werden hergestellt:
1. Technisch reines Nickel
2. Legierung aus 70 Prozent Nickel, 30 Prozent Kupfer (bekannt als Monel-Legierung)
3. Legierung aus 3 Prozent Chrom, 2 Prozent Silicium, 4 Prozent Aluminium, Rest Nickel
4. Legierung aus 25 Prozent Chrom, 20 Prozent Nickel, 2 Prozent Mangan, 1,5 Prozent Silicium, 0,25 Prozent Kohlenstoff (Stahllegierung AISI 310).
Diese Proben werden bei 9250C auf Zug geprüft. Die Versuche wurden mit einer Zuggeschwindigkeit von 4-,O mm/min bis zur Streckgrenze und dann mit 6,3 mm/min bis zum Bruch durchgeführt. Die Ergebnisse zeigt nachstehende Tabelle.
Legierung Bruchspannung Strecksp aiming Bruchdehnung
in kg/cm in kg/cm . in %
1 (Nickel) 449,96 189,83 160
2 (Monel) 456,99 281,23 %
3 (Ni-Al-Si-Cr) 597,61 442,93 . 41
4 (Stahllegierung) 808,53 61-1,67 68
Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß die mechanischen Eigenschaften der Legierungen der Erfindung mit denen der anderen Werkstoffe vergleichbar sind.
Beispiel 4 Es werden Proben aus folgenden Werkstoffen hergestellt:
1. Nickel
2. Legierung aus I7 Prozent Chrom, 7 Prozent Nickel, Eest Eisen (Stahllegierung AISI 301) " '
3. Legierung aus 80 Prozent Nickel, 20 Prozent Chrom (bekannt als Nichrom)
4. Legierung aus 4 Prozent Aluminium, 3 Prozent Chrom, 2 Prozent 1 Silicium, Rest Nickel.
Diese Proben werden 2 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre auf verschiedene Temperaturen erhitzt, und die Gewichtszunahme wird bestimmt. IFig. 3 zeigt einen Vergleich der drei Legierungen. Auf
der Abszisse ist der Gewichtsverlust in Mikrogramm/cm und auf der Ordinate die reziproke absolute Temperatur aufgetragen. Die überragende Eigenschaft der Legierung der Erfindung ist daraus ersichtlich, daß im größten Teil des geprüften Temperaturbereichs
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von 550 "bis 975°C die Legierung der Erfindung eine deutlich geringere Gewichtszunahme als reines Nickel, Nichrom und die Stahllegierung, eine Taillige austenitische Stahllegierung für den Einsatz bei hohen Temperaturen in oxidierender Atmosphäre, aufweist. Beispielsweise werden b.ei 8000C folgende Gewichtszu-
2 2
nahmen gemessen: Nickel 1400 g/cm , Nichrom 400 g/cm , 301 Stahl-
2 2
legierung 520 g/cm , Legierung der Erfindung 20 g/cm .
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Nickellegierung, bestehend aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, 1 bis 6 % Chrom, 0,0 bis 0,4 % Mangan, 0,0 bis 0,1 % Magnesium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen .
2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Aluminiumgehalt von 3 bis 5 %·
3. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Siliciumgehalt von 2 bis 3,5 %·
4. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Chromgehalt von 3 bis 5 %>
5. Verwendung der Legierungen nach den Ansprüchen 1 bis 4, zur Herstellung korrosionsbeständiger und hochtemperaturfester Formkörper.
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