DE2744085A1

DE2744085A1 - Superlegierungsschweissverbindungen auf nickelbasis

Info

Publication number: DE2744085A1
Application number: DE19772744085
Authority: DE
Inventors: David Scott Duvall; William Hampson King; William Anthony Owczarski
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1978-04-13
Also published as: CA1109297A; GB1592407A; NO773281L; FR2367573A1; BE858931A; BR7706447A; AU2901177A; IT1085191B; AU513550B2; SE7710617L; NO147262B; IL52971A; JPS5347322A; IL52971A0; NO147262C

Description

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Superlegierungsschweißverbindungen auf Nickelbasis

Die Erfindung bezieht sich auf aushärtbare Superlegierungsschweißdrähte auf Nickelbasis, die Mangan enthalten.

Superlegierungen auf Nickelbasis werden weitgehend in Anwendungsfällen, in denen hohe Beanspruchungen auftreten, beispielsweise in Gasturbinentriebwerken, verwendet. In manchen Anwendungsfällen ist es erforderlich, die Nickelbasis-Superlegierungsgegenstände durch verschiedene Schweißverfahren miteinander zu verbinden. Große Schwierigkeiten ergeben sich bei dem Schmelzschweißen von Superlegierungen und diese Schwierigkeiten umfassen insbesondere die Rißbildung während oder nach dem Schweißprozeß. Die Rißbildung tritt gewöhnlich sowohl in der Schmelzschweißzone als auch in dem der Schweißung benachbarten Grundwerk stoff auf, d.h. in der wärmebeeinflußten Zone. Bekannte

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Lösungen des Superlegierungsrißbildungsproblems beinhalten weitgehend die Verwendung von rißbeständigen Zusatzdrahtlegierungen, die relativ niedrige Festigkeiten haben. Der Zusatz dieser Werkstoffe zu der Schmelze kann den Grad der Rißbildung in dem Schmelzschweißwerkstoff erfolgreich reduzieren. Die Rißbildung wird jedoch nicht notwendigerweise in dem der Wärmeeinflußzone benachbarten Grundwerkstoff verhindert. Diese Lösung hat außerdem einen offensichtlichen Nachteil, weil die Schweißzone immer eine niedrigere Festigkeit hat als die Superlegierungsgrundwerkstoffe, die miteinander verbunden werden. Die Nickelbasiszusatzlegierungen niedriger Festigkeit, die im Stand der Technik benutzt werden, sind nicht immer aushärtbare Legierungen, d.h. die bekannten Zusatzdrahtlegierungen haben im allgemeinen einen niedrigen Gehalt an Aluminium, Titan, Tantal und Niob. Typisch für diese bekannten Legierungen ist die aus der US-PS 3 113 021 bekannte. Diese Legierung enthält etwa 20 Gew.-% Chrom, etwa 1 Gew-% Eisen, etwa 2,5 Gew.-% Niob, etwa 3 Gew.-% Mangan, etwa 0,2 Gew.-% Silicium, etwa 0,35 Gew.-% Titan und etwa 0,03 Gew.-% Kohlenstoff, während der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht. Die Werte von Aluminium, Titan, Tantal und Niob betragen, zusammengenommen, weniger als 3 Gew.-% und diese Legierung würde keinen nennenswerten Aushärtungsgrad aufweisen. Ähnliche Schweißdrahtverbindungen auf Nickelbasis sind in Metals Handbook, Band 6, Seite 284,beschrieben. Aber auch diese Legierungen sind nicht bis zu einem nennenswerten Grad aushärtbar. Mangan ist kein üblicher Legierungszusatz für aushärtbare Superlegierungen auf Nickelbasis, obgleich es in manchen Legierungen in geringem Umfang, üblicherweise als eine Verunreinigung, enthalten sein kann.

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Die Erfindung betrifft eine Klasse von aushärtbaren Schweißdrahtverbindungen auf Nickelbasis, die die Rißbildung des Grundwerkstoffes reduzieren, wenn hochfeste Superlegierungen auf Nickelbasis schmelzgeschweißt werden. Diese Schweißzusatzlegierungen haben in besonderer Weise maßgeschneiderte Eigenschaften, so daß sie, wenn sie während des Schmelzschweißens zugesetzt sind, die Spannungs-Dehnungsdynamik, die für die Rißbildung in der Grundwerkstoffwärmeeinflußzone während der Schweißung oder während der Nachwärmung der Schweißung verantwortlich ist, günstig verändern. Ein Hauptvorteil des Zusatzes von Mangan zu den Zusatzlegierungen ist die Reduzierung ihres Schmelzpunktes (Solidustemperatur). Andere Legierungselemente, die die Solidustemperatur verringern oder Eigenschaften verändern» erbringen nicht die besonderen Vorteile der Manganzusätze. Schweißungen, die mit den Zusatzdrähten nach der Erfindung hergestellt worden sind, können bis zu hohen Festigkeitswerten ausgehärtet werden, weil die Elemente Tantal, Niob, Aluminium und Titan in den Zusatzwerkstoffen vorhanden sind, die die intermetallischen V- und f"-Verbindungen ausscheiden. Die beiden Grundtypen von Legierungen nach der Erfindung sind diejenigen, die durch die {Ϋ¹ + T")-Phasen aushärten, und diejenigen, die durch die Y' -Phase allein aushärten. Für die (f + f")-gehärteten Zusatzwerkstoffe beträgt der breite Bereich von Legierungszusammensetzungen nach der Erfindung, jeweils in Gewichtsprozent: Ni; 14-22% Cr; 7-18% Fe; 0-5% Co; 0-8% Mo; 0,5-1,5% Al; 0-2,0% Ti; 2-5% Nb; 0-8% Ta und 0,5-3,0% Mn, wobei die Summe von Al + Ti + Nb + Ta wenigstens 5% beträgt. Für die I"-gehärteten Werkstoffe nach der Erfindung beträgt der breite Verbindungsbereich, jeweils in Gewichtsprozent, Ni; 14-22% Cr; 5-15% Co; 0-5% Fe; 0-8% Mo; 0,7-3% Al; 0,5-4% Ti; 0-6% Nb + Ta, und 1,5-3,0% Mn, wobei die Summe

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von Al + Ti wenigstens 3% beträgt. Die (Y^% + r")-Zusatzdrähte werden bevorzugt, wenn maximale Schweißbarkeit zusammen mit hoher Festigkeit bei mittleren Gebrauchstemperaturen verlangt wird. Die T'-gehärteten Zusatzlegierungen sorgen für eine bessere Schweißbarkeit mit der größtmöglichen Hochtemperaturfestigkeit.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Korrelation zwischen der Solidus-

temperatur einer Reihe von handelsüblichen und experimentellen Schweißzusatzlegierungen auf Nickelbasis und dem Auftreten von Rißbildung in der Wärmeeinflußzone während des Schweißens einer Superlegierung auf Nickelbasis,

Fig. 2 eine gleiche Beziehung zwischen dem

relativen Umfang von Wärmeeinflußzonenwarmrißbildung und den Schweißdrahtsolidustemperaturen für die bevorzugten Zusatzlegierungen nach der Erfindung und einigen gewöhnlich verwendeten handelsüblichen Zusatzlegierungen, und

Fig. 3 ein Korrelation zwischen der Schweis-

sungsfestigkeit und der Beständigkeit gegen Rißbildung bei der Nachwärmung der Schweißung bei bekannten Legierungen und bei den Legierungen nach der Erfindung. 809815/0639

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Rißbildungsprobleme, die sich bei dem Schweißen von Superlegierungen auf Nickelbasis ergeben, können entweder während der Erstarrung auftreten, die sich an den Schweißprozeß anschließt, oder während der anschließenden Wärmebehandlungen. Die erste Art von Rißbildung wird als Warmrißbildung bezeichnet, während die zweite als "Nachwärmrißbildung" bezeichnet wird. Es werden zwar Zusatzdrähte niedriger Festigkeit häufig benutzt, um das Auftreten von beiden Rißbildungsarten in dem erstarrten Schweißwerkstoff zu minimieren, sie sind jedoch nicht ebenso erfolgreich bei der Beseitigung des Problems in der Wärmeeinflußzone des Grundwerkstoffes. Die Forschung hat ergeben, daß die metallurgischen Ereignisse, die einen rißbildungsempfindlichen Wärmeeinflußzonenzustand in Superlegierungen erzeugen, unvermeidliche Folgen der Wärmezyklen während des Schmelzschweißens sind. Die beste Lösung für das Wärmeeinflußzonenproblem ist daher, die Spannungs-Dehnungsdynamik während der Schweißung und während der Nachwärmung der Schweißung günstig zu verändern, um die Rißbildung zu verringern, statt zu versuchen, schädliche Mikrogefügeänderungen zu verhindern.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Zusätze von kleinen Mengen an Mangan zu einer gewissen Klasse von Schweißdraht dieses Ziel erreichen lassen und die Tendenz für beide Arten von Wärmeeinflußzonenrißbildung stark reduzieren. Der Schweißdraht nach der Erfindung ist auf hohe Festigkeit aushärtbar und dieses Merkmal steht in deutlichem Kontrast zu den bekannten Zusatzdrahtverbindungen, die in Fällen benutzt werden, wo die Rißbildung ein Problem ist. Vorzugsweise sind die Legierungen durch die

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Ausscheidung der geordneten raumzentrierten tetragonalen Phase Ni₃(Nb,Ta) aushärtbar, die üblicherweise als /"-Phase bezeichnet wird. Diese Härtungsphase wird bevorzugt, da die Ausscheidung der Phase relativ langsam erfolgt und daher einen Grad an Entspannung durch plastische Anpassung gestattet, bevor die Festigkeit des Zusatzdrahtes beträchtlich ansteigt. Es hat sich außerdem gezeigt, daß Zusätze von kleinen Mengen an Mangan Verbesserungen der Schweißbarkeit der Zusatzlegierungen mit sich bringen, die durch die Bildung der geordneten kubischflächenzentrierten Phase Ni₃(Al,Ti) gehärtet werden, welche gewöhnlich als /'-Phase bezeichnet wird. Diese Härtungsphase ist von Vorteil, wenn hohe Festigkeit bei Temperaturen verlangt wird, die größer als etwa 850 C sind.

Diese Legierungen nach der Erfindung, die durch Ausscheidung der y-Phase gehärtet werden, werden 14-22% Cr, 5-15% Co, 0-5% Fe, 0-8% Mo, 0,7-3% Al, 0,5-4% Ti, wobei die Summe von Al + Ti wenigstens 3% beträgt, 0-6% Ta + Nb, 0,5-3% Mn, bis zu 0,1% C, bis zu 0,05% B und bis zu 0,10% Zr enthalten. Vorzugsweise wird der Mn-Gehalt 1,5% überschreiten, die Summe von Al + Ti wird 4% überschreiten, der C-Gehalt wird in den Bereich von 0,01 bis 0,04% fallen, der B-Gehalt wird weniger als 0,05% betragen und der Zr-Gehalt wird kleiner als 0,08% sein. Der Rest der Legierung wird im wesentlichen aus Nickel bestehen.

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Diejenigen Legierungen nach der Erfindung, die durch Ausscheidung der V"-Phase , mit oder ohne die ^¹-Phase, gehärtet werden, werden 14-22% Cr, 0-5% Co, 7-18% Fe, 0-8% Mo, 0,5-1,5% Al, 0-2% Ti, 2-5% Nb, 0-8% Ta, wobei die Summe von Al + Ti + Nb + Ta wenigstens etwa 5% übersteigt, 0,5-3% Mn, 0-0,1% C, 0-0,05% B, 0-0,10% Zr enthalten, während der Rest im wesentlichen Nickel ist. Vorzugsweise enthält die Γ''-gehärtete Legierung 0,5-2,0% Mn, 0,01-0,04% C, 0,01-0,02% B und 0,01-0,03% Zr.

Es zeigt sich, daß der Zusatz von Mangan das Auftreten beider Arten von Rißbildung in der Wärmeeinflußzone der Superlegierung reduziert, und zwar trotz der Tatsache, daß Mangan in dem Schweißwerkstoff abgelagert wird und offensichtlich nicht physikalisch oder chemisch mit der rißbildungsempfindlichen Wäremeinflußzone in Wechselwirkung tritt. Es ist eine Theorie entwickelt worden, um die vorteilhafte Auswirkung von Mangan auf die Warmrißbildung in der Wärmeeinflußzone zu erklären. Diese Theorie betrifft die Auswirkung von Mangan auf die Solidustemperatur von Superlegierunen auf Nickelbasis. Mangan hat im allgemeinen eine ziemlich starke Auswirkung auf die Solidustemperatur, und der Zusatz von 1 Gew.-% Mangan zu einer Superlegierung auf Nickelbasis wird im typischen Fall die Solidustemperatur um wenigstens 50 °C senken. Diese Senkung der Solidustemperatur bedeutet, daß eine Mangan enthaltende Schweißzone bei einer niedrigeren Temperatur und nach der Ausbildung von Kontraktionsspannungen erstarren wird, bis die wärmebeeinflußte Zone ihre Festigkeit und Duktilität beim Abkühlen erhöht hat. Fig. 1 zeigt eine Korrelation zwischen der Solidustemperatur von verschiedenen Schweißzusatzdrähten und der Anzahl

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von Warmrissen, die in der Wärmeeinflußzone der Gußsuperlegierung Inco 713c nach dem Schweißen von Labortestproben unter festgelegten Bedingungen beobachtet worden sind. Die Tests wurden streng genug durchgeführt, damit wenigstens eine gewisse Rißbildung bei sämtlichen Zusatzdrähten auftrat, so daß ein gültiger Vergleich durchgeführt werden konnte. Die gestrichelte Linie zeigt, daß der Zusatz von relativ großen Mengen an Mangan zu reinem Nickel das Auftreten von Rißbildung stark reduziert. Die ausgezogene Linie zeigt eine Reihe von Legierungen, die kommerziell für Schweißdraht benutzt werden, zusammen mit gewissen handelsüblichen Legierungen, welchen absichtlich Mangan zugesetzt worden ist. Die Zusammensetzung der handelsüblichen Legierungen ist in Tabelle I angegeben. Eine starke Korrelation ist zwischen der Solidustemperatür und dem Hang zur Rißbildung während der Schweißung zu erkennen. Anfänglich wurde gedacht, daß die Solidustemperatur allein die Rißbildungstendenz beeinflussen könnte, und es wurde eine Reihe von Legierungen auf Inconel-718-Basis hergestellt, welchen andere Legierungselemente (Silicium, Bor und Magnesium) zugesetzt wurden, die dafür bekannt sind, daß sie die Solidustemperatur senken. Aus Fig. 1 ist jedoch zu erkennen, daß trotz der Senkung der Solidustemperatur diese Legierungselemente einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Rißbildungstendenz hatten. Es scheint daher, daß die vorteilhaften Eigenschaften, die mit der Senkung der Solidustemperatur verbunden sind, einzig und allein bei Mangan enthaltenden Verbindungen vorliegen.

Basierend auf diesen Feststellungen wurde eine umfangreiche Auswertung der Schweißkenndaten und -eigenschaften von

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Schweißdrähten nach der Erfindung (vgl. Tabelle II) zusammen mit handelsüblichen Legierungsverbindungen durchgeführt.

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TABELLE I

ZUSAMMENSETZUNGEN VON HANDELSÜBLICHEN SUPERLEGIERUNGEN UND SCHWEISSZUSATZDRÄHTEN AUF NICKELBASIS

σ> bjt

Bezeichnung	Art der Festigung	Gewichtsprozent (Nominal)	Ni	Cr	Co	MO	Fe	Al	Ti	Nb Ta	Mn
GRUNDWERKSTOFF SUPERLEGIERUNGEN Inco 713c	f-Ausscheidung	Rest	14		4,5		6	1	2(Nb+Ta)
Waspaloy	f-Ausscheidung	Rest	19,5	13,5	4	-	1,4	3	-	-
SCHWEISSZUSATZ- DRÄHTE Inconel 625	Nichtaushärtbar	Rest	21,5		9	2,5	0,2	0,2	3,65(Nb+Ta)	0,15
Hastelloy W	Nichtaushärtbar	Rest	5	-	24,5	5,5	-	-	-	-
Inconel 718	*(yi + _t«)-Aus* scheidung	Rest	18,5	-	3	18	0,6	0,9	5(Nb+Ta)	0,2
Waspaloy	/' -Ausscheidung	Rest	19,5	13,5	4		1,4	3	— —	—

TABELLE II

ZUSAMMENSETZUNGEN VON EXPERIMENTELLEN SCHWEISSZUSATZDRA'HTEN AUF NICKELBASIS NACH DER ERFINDUNG

Art der Gewichtsprozent (gemessen)

Legierung Nr. Festigung Ni Cr Co Mo Fe Al _i Ti Nb Ta Mn

i (V'+r")-Aussch. Rest 19 - 3,512 1 25 - 2

2 ^; (r'+r")-Aussch. Rest 19 - 3,5 12,5 1 - 4,8 7,2 0,5

_» 3 (T"+ r")-Aussch. Rest 19,7 - 3,6 15,3 0,7 13,25 5,3 1,2 _

cn u»

^ H (r'+r")-Aussch. Rest 19,2 - 3,6 15 0,7 - 3,15 3,15 0,7 ι

^ 5 V-Ausscheidung Rest 19,5 13,54 - 1,4 3- - 2

** 6 t' -Ausscheidung Rest 19 7 3,5- 1 2- - 2

CD CX)

Warmrißbildungstests wurden unter Verwendung von kegelförmigen, vorgegossenen Proben aus der Legierung Inco 713c durchgeführt. Die Proben hatten eine Dicke von 3,2 mm längs der Stelle der Testschweißung. Ihre konisch zulaufende Breite erzeugte einen sich ändernden Grad an Einspannung (und Rißbildungsneigung) von einem Ende zum anderen der Schweißbarkeitstestprobe, um sicherzustellen, daß wenigstens eine gewisse Rißbildung in jedem Test auftrat. Anschließend an das Entfetten wurden die Proben zum Schweißen in eine Haltevorrichtung eingebaut und eine kontrollierte Menge der bewußten Schweißzusatzlegierung wurde in eine spanabhebend hergestellte V-Nut längs der Stelle für die Testschweißung eingebracht. Die Menge an zugesetztem Schweißzusatzdraht wurde genau gemessen, so daß jede anschließende Schweißung zu einem homogenen Gemisch aus 30-40 Vol.-% Zusatzlegierung und dem Rest aus dem geschmolzenen Grundwerkstoff führte. Die Schweißungen wurden automatisch nach dem Gas-Wolfram-Lichtbogenverfahren in einer evakuierbaren Schweißkammer ausgeführt, die mit hochreinem Argon gefüllt war. Alle Schweißungen wurden mit gleichen Parametern ausgeführt: 75 A Schweißstrom; 15 V Schweißspannung und 88,8 mm/min Vorschubgeschwindigkeit. Im Anschluß an die Schweißung wurden die Anzahl und die Lage von Warmrissen in der Wärmeeinflußzone durch optische Prüfung mit 25-facher Vergrößerung ermittelt.

Die Ergebnisse dieser Tests bestätigten die Beziehung zwischen der Zusatzdraht-Solidustemperatur und dem Grad an Rißbildung in der Wärmeeinflußzone des Grundwerkstoffes. Fig. 2 zeigt, daß Schweißungen, die mit den (V + T") gehärteten Zusatzdrähten nach der Erfindung (Legierungen Nr. 1 ,2

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3 und 4) den geringsten Umfang an Rißbildung in dor Wärmeeinflußzone zeigten. Die Legierungen 5 und 6 (V^-1-gehärtete Zusatzdrähte nach der Erfindung) und zwei von den häufig benutzten handelsüblichen Zusatzdrähten ergaben Schweißungen mit mittelmäßigem Umfang der Rißbildung, während andere handelsübliche Zusatzdrähte schlechtere Ergebnisse erbrachten.

Schweißbarkeitstests wurden unter Verwendung von Waspaloy-Grundwerkstoff ausgeführt, um die Auswirkung der Zusatzdrähte nach der Erfindung auf die Rißbildung im Grundwerkstoff während der Nachwärmung der Schweißung zu prüfen. Waspaloy ist eine handelsübliche Legierung, die schwierig zu schweißen ist. Die Testproben bestanden aus 1,3 - 1,4 mn dickem Waspaloy-Blech, das an 33 mm dicken Unterlagen aus austenitischem Stahl befestigt war, um einen hohen Grad an Einspannung und einen hohen Grad an Restschweißspannungen während der Nachwärmung der Schweißung zu schaffen. Die oktogonalen Waspaloy-Testproben mit 114,5 mm über die Stirnflächen wurden zuerst an den kreisförmigen Unterlagen mit einem Durchmesser von 133,4 mm durch Schweißung längs des Achteckumfangs befestigt. Eine kreisförmige, im Querschnitt U-förmige Nut mit einem Durchmesser von 50,8 mm wurde um den Mittelpunkt der Testprobe herum spannabhebend hergestellt, um eine Stelle für die Testschweißung zu schaffen. Die Nutabmessungen ergaben später eine Schweißung die aus 45-55 Vol.-% Zusatzdraht und dem Rest aus dem Grundwerkstoff bestanden. Die Testschweißungen wurden nach dem manuellen Gas-Wolfram-Lichtbogenverfahren unter Verwendung eines Drehtisches und einer Argon-Verdeckung und mit folgenden Parametern ausgeführt: 30 A Schweißstrom; 88,8 nun/min

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Schweißvorschubgeschwindigkeit. Im Anschluß an die Schweißung und an eine Inspektion wurden die an den Unterlagen befestigten Testproben mit einer mittleren Geschwindigkeit von 9,5 °C/min auf 843 ⁰C erhitzt und für vier Stunden in einer Argonofenatmosphäre gehalten. Nach dem Abkühlen in ruhender Luft auf Raumtemperatur wurden die Testproben auf das Auftreten von Rißbildung während des Nachwärmens der Schweißung optisch überprüft.

Die Auswertung der Nachwärmtests zeigte, daß die Legierungen 3 und 4 nach der Erfindung die Grundwerkstoffmetallrißbildung am besten reduzierten. Die Legierungen 1,2 und 6 hatten eine mittelmäßige Auswirkung, während die Legierung 5 weniger zufriedenstellte. Zum Vergleich: der handelsübliche Zusatzdraht Hastelloy W ergab ebenfalls gute Ergebnisse, die Zusatzdrähte aus Inconel 625 und Inconel 718 lagen in der mittleren Kategorie und Waspaloy stellte am wenigsten zufrieden.

Relative Schweißungsfestigkeiten wurden ermittelt, indem Gußstücke getestet wurden, die aus 50 Gew.-% Zusatzlegierung und 50 Gew.-% Waspaloy bestanden, um verdünnte Schweißungen zu ergeben. Die Streckgrenzen wurden bei 84 3 ⁰C unter Druckbelastung gemessen. Ergebnisse für einige der als Beispiel gewählten Zusatzlegierungen sind in Tabelle III aufgeführt. Es ist zu erkennen, daß die ausscheidungsgehärteten Zusatzdrähte nach der Erfindung eine beträchtlich größere Schweißungsfestigkeit liefern als mit den nichtaushärtbaren handelsüblichen Zusatzdrähten erreichbar ist.

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Die relative Rangordnung der Legierungen nach der Erfindung im Vergleich mit gewissen handelsüblichen Zusatzdrähten ist in Tabelle IV mit Bezug auf die Auswirkungen sowohl auf die Nachwärmrißbildung als auch auf die Warmrißbildung aufgeführt. Tabelle IV vergleicht außerdem die relative Festigkeit der verschiedenen Zusatzlegierungen sowohl bei Zwischentemperaturen (z.B. 550 ⁰C bis 850 °C) als auch bei hohen Temperaturen (z.B. mehr als 850 °C).

Es ist zu erkennen, daß die (V¹+ Ϋ")-gehärteten experimentellen Zusatzdrähte (Legierungen 1-4) die größte Verbesserung des Problems der Rißbildung in der Wärmeeinflußzone mit sich bringen und ebenso wirksam wie jede handelsübliche Legierung die Nachwärmrißbildung mindern.

Der Hastelloy-W-Zusatzdraht verringerte zwar ebenfalls wirksam die Nachwärmrißbildung, die Schweißungsfestigkeit war jedoch wegen der Nichtaushärtbarkeit dieser Legierung gering. Hochfeste Schweißungen könnten durch Verwendung von Waspaloy-Zusatzdraht zwar erzielt werden, die Neigung zur Nachwärmrißbildung würde jedoch groß sein. Diese Beziehung zwischen der Schweißungsfestigkeit und der Tendenz zur Nachwärmrißbildung ist in Fig. 3 angegeben, welche die ungefähre Schweißungsfestigkeit und halbquantitative Rißbildungsergebnisse für mehrere Schweißdrähte zeigt. Fig. 3 zeigt, daß die Zusatzlegierungen nach der Erfindung die bekannte Schweißungsfestigkeit-Rißbeständigkeitsgrenze überschreiten, die durch die vier handelsüblichen Grundlinien-Zusatzdrahtlegierungen festgelegt ist. Beispielsweise

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ergab die Legierung 3 eine Rißbeständigkeit, die der des besten handelsüblichen Zusatzdrahtes, Hastelloy W, gleichwertig war, kombiniert mit einer geschätzen Schweißungsfestigkeit, die mehr als doppelt so groß war wie die von Hastelloy W (Tabelle ITI) . Die Legierung 2 war dem Zusatzdraht aus Inconel 718 im Einfluß auf die Nachwärmrißbildung gleichwertig, aber war ungefähr 40% fester. Tatsächlich ergab sie den festesten Schweißwerkstoff, der bei 84 3 ⁰C getestet wurde. Die r¹ -gehärteten Zusatzdrähte nach der Erfindung erhöhen die Nachwärmrißbeständigkeit nicht nennenswert. Sie ergeben jedoch Schweißungen mit guten Festigkeiten bei hoher Temperatur und verringern gleichzeitig das Ausmaß der Warmrißbildung, das üblicherweise auftritt, wenn versucht wird, bekannte wärmebeständige, "f -gehärtete Zusatzdrähte, wie Waspaloy (Tabelle IV) zu verwenden.Daher erbringen sowohl die Ϋ*- als auch die (/'+ T")-gehärteten Zusatzdrähte nach der Erfindung bei der Anwendung beim Schmelzschweißen zur Herstellung und Reparatur von Superlegierungen einen größeren Nutzen als bekannte Verfahren·

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TABELLE III

AUSWIRKUNG DES ZUSATZDRAHTES
AUF DIE WARMFESTIGKEIT

Testtemperatur: 84 3 °C

Testwerkstoff : Gußlegierung aus 50% Zusatzlegierung

und 50% Waspaloy

STRECKGRENZE ZUSATZLEGIERUNG BEI 0,2% in N/nun²

Legierung Nr. 2 54 9,6

Legierung Nr. 3 464,7

Legierung Nr. 4 443,3

Inconel 625 319,9

Hastelloy W 204,1

Inconel 718 393,0

Waspaloy 508,9

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TABELLE IV

RELATIVER GRAD DES EINFLUSSES VON EXPERIMENTELLEN UND HANDELSÜBLICHEN SCHWEISSZUSATZDRXHTEN AUF DIE RISSBILDUNG UND FESTIGKEIT VON SCHWEISSUNGEN

Relativer Grad des Vorteils*

Bezeichnung Art der Rißbildung Festigkeit
der Legierung Festigung Warm- Nachwärm- bei Zwisch.- bei hoher

tenjp.

Legierung Nr. 1 (V + /") -Aussch. 12 1 2

Legierung Nr.2 (f¹+f")-Aussch. 12 1 2

Legierung Nr.3 (T'+T")-Aussch. 11 1 2

Legierung Nr.4 (r¹+r")-Aussch. 2 1 1 2

Legierung Nr.5 (V¹+f")-Aussch. 2 3 1 1

Legierung Nr.6 /'-Ausscheidung 2 2 2 1

Inconel 625 Nichtaushärtbar 2 2 3 3

Hastelloy W Nichtaushärtbar 3 1 3 3

Inconel 718 (f'+f")-Aussch. 2 2 1 2

Waspaloy T' -Ausscheidung 3 3 1 1

* Relativer Maßstab:

1 = am größten

2 = mittelmäßig

3 = am geringsten

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Claims

Patentansprüche :

1.Superlegierungsschweißverbindungen auf Nickelbasis,
die wenigstens etwa 3% Al + Ti enthalten und vorwiegend durch die Ausscheidung der y-Phase gehärtet sind, gekennzeichnet durch einen Zusatz an etwa 0,5 bis etwa 3% Mn zur Reduzierung der Rißbildung während und nach der Schweißung.

2.Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von Al +Ti 4% übersteigt und daß der Mn-Gehalt etwa 1,5% übersteigt.

3. Verbindungen nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung als Schweißzusatzlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 14-22% Cr, 5-15% Co, 0-5% Fe,
0-8% Mo, 0,7-3% Al, 0,5-4% Ti, 0-6% Ta + Nb, 0,5-3% Mn, bis zu 0,1% C, bis zu 0,05% B, bis zu 0,10% Zr, wobei die Summe von Al + Ti 3% übersteigt und wobei der Rest im wesentlichen Ni ist, bestehen.

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4. Superlegierungsschweißverbindungen, welche mehr als etwa 5% Al + Ti + Nb + Ta enthalten und vorwiegend durch Ausscheidung der /''-Phase, mit oder ohne das Vorhandensein der /'-Phase, gehärtet sind, gekennzeichnet durch einen Zusatz von etwa 0,5 bis etwa 3% Mn zum Reduzieren der Rißbildung während und nach der Schweißung.

5. Verbindungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mn-Gehalt etwa 0,5-2,0% beträgt.

6. Verbindungen nach Anspruch 4 oder 5 zur Verwendung als Schweißzusatzlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 14-22% Cr, 0-5% Co, 7-18% Fe, 0-8% Mo, 0,5-1,5% Al, 0-2% Ti, 2-5% Nb, 0,8% Ta, 0,5-3% Mn, 0-0,05% B, 0-0,08% Zr, mehr als 5% Al + Ti + Nb + Ta und dem Rest im wesentlichen Ni bestehen.

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