DE2819529C2

DE2819529C2 - Verfahren zur Herstellung warmfester Gußstücke aus einer austenitischen Cr-Ni-Fe-Legierung

Info

Publication number: DE2819529C2
Application number: DE2819529A
Authority: DE
Inventors: Bruce A. Mahwah N.J. Heyer; Donald L. Ringwood N.J. Huth
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1984-06-28
Also published as: IT7848577A0; JPS5740900B2; SE7804951L; FR2389681A1; FR2389681B1; CA1091958A; IN149220B; IT1105256B; SE445469B; BR7802753A; JPS53137817A; MX5781E; GB1544614A; DE2819529A1

Description

20 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warmfestei Gußstücke aus einer austenitischen Cr-Ni-Fe-Legierung mit

25

30

0,25	bis	zu	0,8	Gew.-96	Kohlenstoff,
8	bis	zu	62	Gew.-%	Nickel,
12	DiS	zu	32	Gew.-%	Chrom,
	bis	3,5	Gew.-96	Silicium,
	bis	3	Gew.-96	Mangan,
	bis	2	Gew.-96	Niob,

bis zu 0,3 Gew.-96 Stickstoff

festigkeitsstelgernden Zusätzen wie Titan und Wolfram, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen durch Vergießen einer Schmelze. Die erhaltenen Gußteile können beispielsweise in Wasserstoff-Reformlerverfahren und unter anderen Hochtemperatur-Bedingungen eingesetzt werden.
Derartige Legierungen sind durch das Alloy Casting Institute (ACI) Division der Steel Founders' Society von Amerika standardisiert bzw. genormt worden. In der nachstehenden Tabelle A sind typische ACI-Bezelchnungen den entsprechenden Legierungszusammensetzungen zugeordnet.

Tabelle A

Be- Zusammensetzung in Prozent (Rest Fe)

zeichnung

C Mn Si P S Cr

max. max. max. max.

Ni

andere Elemente

HF	0,20	0,40	2,00	2,00	0,04	0,04
HH	0,20	0,50	2,00	2,00	0,04	0,04
HI	0,20	0,50	2,00	2,00	0,04	0,04
HK	0,20	0,60	2,00	2,00	0,04	0,04
HL	0,20	0,60	2,00	2,00	0,04	0,04
HN	0.20	0,50	2,00	2,00	0,04	0,04
HP	0,35	0,75	2,00	2,00	0,04	0,04
HT	0,35	0,75	2,00	2,50	0,04	0,04
HU	0,35	0,75	2,00	2,50	0,04	0,04
HW	0,35	0,75	2,00	2,50	0.04	0,04
• Übe	rschüssige Mengen	verursachen Oxidation

19-23 9-12 Mo 0,5 max.*

24-28 11-14 Mo 0,5 max.* N 0,2 max.

26-30 14-18 Mo 0,5 max.*

24-28 18-22 Mo 0,5 max.*

0,04 28-32 18-22 Mo 0,5 max.*

19-23 23-27 Mb 0,5 max.*

24-28 33-37 Mo 0,5 max.*

15-19 33-37 Mo 0,5 max.*

17-21 37-41 Mo 0,5 max.*

10-14 58-62 Mo 0,5 max.*

Die ACI-Bezeichung verwendet die vorangestellten Buchstaben H und C, um die Eignung der Legierungen hinsichtlich Wärmefestigkeit und Korrosionsfestigkeit aufzuzeigen. Der zweite Buchstabe bezeichnet in einer grob alphabetischen Reihenfolge Legierungen mit steigendem Nickelgehalt. Die den zwei Buchstaben folgenden Zahlen geben bei den H-Sorten den Mittelwert des Kohlenstoffsbereiches an.

Die Funktion der verschiedenen Legierungsbestandteile ist ustsrschiedlich. So erhöht zum Beispiel Chrom m die Oxidationsbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit gegen heiße Gase. Mangan und Silicium dienen der Stahlerzeugung, daneben beeinflußt Silicium auch die Oxidations- und Aufkohlungsbeständigkeit. Nickel vermittelt die austenitische Struktur, welche die Warmfestigkeit bedingt, gleichzeitig fördert Nickel die Aufkohlungs- und im gewissen Ausmaß auch die Oxidationsbeständigkeit. Nickelreiche Legierungen sind jedoch empfindlich gegenüber Schwefel, insbesondere unter reduzierenden Bedingungen. Kohlenstoff ist ein -'< > wesentliches Element zur Steuerung der Warmfestigkeit. Stickstoff kann ebenfalls für die Festigkeit von Bedeutung sein.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 22 11 229 bekannt. Zur Verbesserung der Zeit- > > Standfestigkeit vergleichbarer Legierungen bei erhöhter Temperatur wird die Zugabe mindestens eines Elementes aus der Gruppe Co, W, Mo, Nb, Ti, Al und N empfohlen (vgl. S. 14, Abs. 2). Für diese Wahlkomponenten sind erhebliche Anteile vorgesehen, nämlich bis zu 3096 3» Kobalt, bis zu 1096 Wolfram, bis zu 596 Niob, bis zu 59b Titan, bis zu 5% Aluminium und weniger als 0,596 Stickstoff (vgl. S. 14 unten. S. 15 und S. 16). Mit der Tabelle XV auf den Seiten 40, 41 und 42 sind die Zusammensetzungen von 12 Proben angegeben, welche wenigstens zwei oder mehr dieser Wahlkomponeten enthalten. Ersichtlich enthält keine Probe die Kombination (W+Ti).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch einfache legierungstechnische Maßnahmen die Dauerbruchfestigkeit bei hohen Temperaturen von Gußteilen mit typischen ACI-Zusammensetzungen zu steigern.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Dauerbruchfestigkeit der Gußstücke un. wenigstens 596 gegenüber vergleichbaren, jedoch wolfram- und titanfreien Legierungszusamensetzungen die Gehalte an Titan und Wolfram in der Schmelze so eingestellt wer- ^j0 den, daß Im Gußstück 0,05 bis weniger als 1 Gew-% Titan und 0,05 bis 2 Gew.-% Wolfram enthalten sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen einen Gehalt von 0,1 bis 1,2 Gew.-% Wolfram und OJ bis 0,6 Gew.-¹* Titan in Gußstücken näher präzisierter " Zusammensetzung vor, wie das in den Unteransprüchen angegeben ist.

Die Erfindung beruht darauf, daß von der gemeinsamen Anwesenheit kleiner Mengen Titan und Wolfram in solchen Legierungen offensichtlich ein synergisti- ^W) scher Effekt hinslchlich der Festigkeitssteigerung ausgeht. Hierzu kann auch auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen verwiesen werden.

Diese graphischen Darstellungen zeigen in geläufiger Weise die Dauerbruchfestfgkelt bekannter Legierungtn bei 982 bzw. 1093° C. Die jeweils schräg von links oben nach rechts unten verlaufenden Geraden sind von einem üblichen Zuverlässigkeitsbereich umgeben, welcher schraffiert dargestellt ist. Diese Darstellungen zeigen nun, daß der Zusatz einer kleinen Menge von allein Titan oder allein Wolfram wenn überhaupt, lediglich Festigkeitssteigerungen bewirkt, die innerhalb des Zuverlässigkeitsbereiches liegen. Demgegenüber zeigen die erfingungsgemäß hergestellten Legierungen, die sowohl eine kleine Menge Titan wie eine kleine Menge Wolfram enthalten, deutlich höhere Durchbruchfestigkeitswerte bei diesen Temperaturen, welche eindeutig oberhalb des Zuverlässigkeitsbereiches liegen. Diese Dauerbruchfestigkeits-Steigerung beträgt zumindest 5% und kann bis zu 100% betragen. Es ist somit der typische Fall eines synergistischen Effektes gegeben, wonach die getrennte und alleinige Zugabe der einzelnen Komponenten keine besondere Wirkung hervorruft, die gemeinsame Anwesenheit von Titan und Wolfram in ausgewählten, kleinen Anteilen dagegen eine überraschende, nicht vorhersehbare Steigerung der Dauerbruchfestigkeit bei hohen Temperaturen bewirkt.

Ohne daran gebunden zu sein, beruht diese festigkeitsstelgernde Wirkung bei hohen Temperaturen der gemeinsamen Anwesenheit von W und Ti in solchen Legierungen offensichtlich auf der Ausscheidung einer besonders feinkörnigen, chromreichen, wolfram- und titanhaltigen Karbidphase; ferner tritt eine titanreiche Ausscheidung auf. Es ist festgestellt worden, daß sich diese beiden Phasen auch bei längerer Beanspruchung bei hohen Temperaturen nicht oder lediglich geringfügig vergrößern, so daß die festigkeitssteigernde Wirkung dieser Phasen auch nach längerer Beanspruchung nicht verlorengeht. Im Ergebnis führt deshalb der erfindungsgemäß vorgesehene Zusatz kleiner Mengen W und Ti zu einer, gegenüber vergleichbaren, jedoch wolfram- und titanfreien Legierungszusammensetzungen, anderen und beständigeren Feinstruktur.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand bevorzugter Ausführtngsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; es zeigt

Fig. 1, 2, 3 und 4 graphische, im logarithmischen Maßstab wiedergegebene Darstellungen der in den Tabellen 1, II, III und IV enthaltenen Ergebnisse; die ausgezogenen Linien entsprechen der Standardlegierung, während die senkrecht dazu abstehenden dünneren Linien die vorteilhaften Auswirkungen der erfindungsgemäß hergestellten Proben verdeutlichen;

Fig. 5 eine Mikrophotographie (500x) der typischen Mikrostruktur einer erfindungsgemäß hergestellten Probe mit HP-Zusammensetzung;

Fig. 6 eine Perspektivansicht eines festen, unmittelbar für den Einbau bereiten Gußteiles;

Fig. 7 und 8 anhand graphischer Darstellungen die überlegene Temperaturwechselbeständigkeit erfindungsgemäß hergestellter Proben gegenüber vergleichbaren, jedoch W- und Ti-freien Zusammensetzungen.

5 6

Tabelle I

Auswirkung der Zulegierung von Ti und W zu einer warmfesten Legierung mit etwa 23% Cr, 35% Ni

Schmelze Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

C Mn Si Cr Ni W Ti N

Dauerbruchfestigkeit (h) unter bestimmten Bedingungen

982⁰C 982⁰C 982° C 1093° C

4,21 kp/mm² 3,51 kp/mm² 2,81 kp/mm² 1,75 kp/mm²

(A)	0,49	0,87	1,36	26,60	34,90	-	-	0,060	23
(B)	0,48	0,62	0,94	23,25	35,21	-	0,12	0,100	35
(C)	0,51	0,62	1,01	22,80	34,90	-	0,30	0,120	57
(D)	0,46	0,59	1,03	22,80	34,56	5,35	-	0,102	73
(E)	0,51	0,89	1,71	23,50	33,64	5,07	-	0,103	94
(F)	0,48	0,38	1,16	21,40	37,00	0,51	0,16	-	-
(G)	0,52	0,61	1,00	22,60	35,15	1,04	0,16	0,107	80
(H)	0,38	0,59	1,10	22,34	35,91	1,04	0,22	0,109	78
(D	0,46	0,56	1,03	22,00	35,90	0,52	0,32	0,110	122
(J)	0,43	0,63	0,38	22,90	35,50	0,56	0,43	0,072	306
(K)	0,43	0,64	0,62	23,16	36,60	0,56	0,48	0,101	279
(L)	0,48	0,56	0.49	23,23	35,48	0,54	0,49	0,124	-
(M)	0,45	0,63	0,91	23,30	34,72	1,06	0,76	0,073	-
(N)	0,47	0,56	0,52	22,40	35,22	0,58	1,16	0,098	91
(O)	0,47	0,57	0,50	22,35	34,93		0,092	79

149

380

1015

1206

Die folgenden Anmerkungen beziehen sich auf Tabelle 1:

1) Die Schmelze A entspricht HP, der nächsten ACl-Standardlegierung (B).

2) Die Schmelzen C und D zeigen die Wirkung zunehmender Mengen von Titan in Abwesenheit von Wolfram.

3) Die Schmelzen G und H zeigen, daß zunehmende Mengen von Wolfram von 0,51 bis 1,04 Gew.-% bei einem konstanten Anteil von 0,16 Gew.-% Titan keine merkliche Verbesserung hinsichtlich der Dauerbruchfesligkeit vermitteln.

4; Die Schmelzen E und F mit einem Anteil von 5 Gew.-% Wolfram und 0 Gew.-% Titan zeigen einen Vorteil gegenüber der Standard-Ausgangslegierung, jede dieser Schmelzen isljedoch hinsichtlich der Dauerbruchfestigkeit gegenüber den Schmelzen unterlegen, welche mit Wolfram und einem Minimalanteil von 0.16 Gew.-Vö Titan legiert sind.

5) Die Schmelzen J. K, L und M fallen in den Legierungsbereich mit optimaler Dauerbruchfestigkeit.

-	196
-	214
1252	182
1342	264
-	214
1232	193
1649	295
2005	296
2249	435
-	813
-	1056
-	701
	622
_	453

Tabelle 11

Auswirkung der Zu-Legierung von Ti und W zu einer warmfesten Legierung mit etwa 25% Cr, 20% Ni

Schmelze	Chemische	Mn	Zusammensetzung (Gew.-%)	P	S	Cr	Temp. (⁰C)	Ni	W	Ti	N	Dauerbruchfestigkeit (h) unter bestimmten Bedingungen	C 982° C kp/mm² 2,81 kp/mrr	1093° C i² 1,40 kp/mm²
	C	0,50	S	0,020	0,020	25,0	760 760 760	20,0				982° 4,21	220	150
(A)	0,45	0,44	1,00	-	-	24,8		2LO	0,10	0,02	0,126	35	263	-
(B)	0,4 i	0,60	1,12	0,012	0,014	24,1		19,3	-	0,16	0,150	40	360	-
(C)	0.39	0,51	0,99	0,011	0,010	25,5		19,6	-	0,24	0,140	-	536	-
(D)	0,39	0,53	0,94	0,013	0,006	24,3	19,5	-	0,18	0,160	51	634	-
(E)	0,39	0,60	0,96	0,014	0,014	24,5	20,1	0,10	0,25	0,160	-	1371	557
(F)	0,41	0,55	1,10	0,012	0,014	25,7	20,1	ui	0,18	0,140	140	1094	937
(G)	0,45	1,09	Warmfestigkeit/Vergleich (25% Cr,	20% Ni)				197
	Schmelze	Zugfestigkeit (kp/mm²)		0,2%-Streck- grenze (kp/mm²)		Querschnitts verringerung (%)
	ACI (A) (F) (F)	26,36 31,8 32,5	17,1 20,1 20,4	Dehnung (%)	31,9 32,4
				12,0 28,0 36,0

Fortsetzung

Warmfestigkeil/Vergleich (25% Cr, 20% Ni)

Schmelze Temp. Zugfestigkeit 0,2%-Streck- Dehnung Querschnitts

grenze verringerung

(⁰C) (kp/mm²) (kp/mm²) (%) (%)

ACI	(A)	871
	(F)	871
	(F)	871
ACI	(A)	982
	(F)	982
	(F)	982

16,4
18,2
18,7

8,7
11,0
11,5

10,3 14,5 14,5

6,1 8,8 9,2

16,0 44,0 46,5

42,0 51,0 50,0

57,8 60,8

71,0 72,0

ACI (A) 1093 3,9 3,5 55,0

(F) 1093 5,9 5,3 75,5 77,7

(F) 1093 6,0 5,4 60,0 77,8

Die folgenden Anmerkungen betreffen die Tabelle II:

1) Schmelze A entspricht einer typischen HK-Legierung, deren Eigenschaften veröffentlichten Daten entnommen sind.

2) Die Schmelze B zeigt bei Zugabe von 0,10 Gew.-% Wolfram und 0,02 Gew.-% Titan keinen Vorteil hinsichtlich der Dauerbruchfestigkeit.

3) Die Schmelzen C, D und E zeigen eine gewisse Verbesserung hinsichtlich der Dauerbruchfestigkeit bei kleinen Zugaben von Titan und bei Abwesenheit von Wolfram.

4) Die Schmelzen F und G zeigen die Auswirkung der Zu-Legierung mit der gleichen Menge Wolfram wie bei der Schmelze B, jedoch bei einer geringfügig größeren Menge Titan.

5) Bei einem Vergleich der Schmelzen A und F ist eine beträchtliche Verbesserung der Warmzugfestigkeit und der Duktilität zu verzeichnen.

Tabelle III

Auswirkung der Zu-Legierung von Ti und W zu einer warmfesten Legierung mit etwa 25% Cr, 12% Ni

Schmelze Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Mn Si

Cr Ni

Ti

Dauerbruchfestigkeit (h) unter bestimmten Bedingungen

871° C 871° C 982⁰C 982° C

4,21 kp/mm² 3,51 kp/mm² 4,21 kp/mm² 3,51 kp/mm²

(A) 0,35 0,50 1,00 25,0 12,0 - - 0,08 165 340 12

(B) 0,36 0,57 0,93 24,6 13,2 0,36 0,43 0,13 883 1971 83

Warmfestigkeit/Vergleich (25% Cr, 12% Ni)

Schmelze

Temp.
(⁰C)

Zugfestigkeit (kp/mm²)

0,2%-Streck-

grenze

(kp/mm²)

Dehnung

Querschnittsverringerung

ACI (A) (B) (B)	760 760 760	26,3 28,2 28,5	13,9 15,9 16,0	16,0 42,5 40,0	43,1 43,4
ACI (A) (B) (B)	871 871 871	15,1 16,8 16,6	11,2 12,6 12,4	18,0 53,5 68,5	52,1 55,2
ACI (A) (B) (B)	982 982 982	7,6 8,6 9,7	5,1 6,9 7,6	31,0 73,0 73,0	64,7 53,4
ACI (A) (B) (B)	1093 1093 1093	3,8 5,3 5,4	4,80 4,85	73,5 69,0	62,9 60,3

Die folgenden Anmerkungen betreffen die Tabelle III:

1) Die Schmelze A ist eine typische HH-Legierung, deren Eigenschaften veröffentlichten Daten entnommen sind.

2) Die Schmelze B zeigt die Auswirkung der Zu-Legierung kleiner Mengen Wolfram und Titan.

3) Es ist eine beträchtliche Verbesserung der Warmfestigkeit und der Dehnbarkeit festzustellen.

9 10

Tabelle IV

Auswirkung der Zu-Legierung von Ti und W zu einer warmfesten Legierung mit etwa 22% Cr, 25% Ni

Schmelze Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Mn Si Cr Ni W Ti Dauerbruchfestigkeit (h)
unter bestimmten Bedingungen

982° C 982⁰C 1093⁰C 1093⁰C

4,21 kp/mm² 2,81 kp/mm² 1,75 kp/mm² 1,05 kp/mm²

(A) 0,40 0,50 1,00 21,0 25,0

(B) 0,40 0,64 1,35 22,0 24,6 0,41 0,39 0,132

Warmfestigkeit/Vergleich (22% Cr, 25% Ni) 470
2070

150
411

630 1884

Schmelze Temp. Zugfestigkeit 0,2%-Streck- Dehnung Querschnitts

grenze verringerung

(⁰C) (k,i/mm²) (kp/mm²) (%) (%)

ACI	(A)	871
	(B)	871
	(B)	871
ACI	(A)	982
	(B)	982
	(B)	982

14,2 16,5 16,9

8,3

9,5

10,2

10,2 12,9 12,5

6,7 7,1 7,8 37,0
51,0
54,0

51,0
66,0
67,5

55,0
57,5
51,0

59,7
69,4

73,4
63,4

ACI (A) 1093 4,3 3,40

(B) 1093 5,4 4,90 57,5 70,6

(B) 1093 5,3 4,95 51,0 75,4

Die folgenden Anmerkungen betreffen die Tabelle IV:

DDie Schmelze A entspricht einer typischen HN-Legierung, deren Eigenschaften veröffentlichten Daten entnommen sind.

2) Die Schmelze B zeigt die Auswirkung der Zulegierung kleiner Mengen Wolfram und Titan.

3) Es ist ein gewisser Trend hinsichtlich der Warmfestigkeit und Dehnbarkeit festzustellen.

Tabelle V

Auswirkung der Zu-Legierung von Ti und W zu einer warmfesten Legierung mit etwa 23% Cr, 35% Ni

Schmelze Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

C Mn Si Cr Ni W Ti Nb N Dauerbruchfestigkeit (h) unter bestimmten Bedingungen

982° C 982° C 1093° C

4,21 kp/mm² 3,51 kp/mm² 1,75 kp/mm²

(A)	0,48	0,62	0,94	23,25	35,21	_	_	_	0,101	35	149	_
(B)	0,49	0,87	1,36	26,60	34,90	-	-	-	0,060	23	-	196
(C)	0,51	0,63	1,05	23,07	35,36	-	-	0,35	0,160	81	371	-
(D)	0,51	0,56		22,68	"> r er JJ₅JO	f\ CA	-	0,36	Λ 1 1 Π U, 1 1 /	149	708	278
(E)	0,43	0,63	0,38	22,90	35,50	0,52	0,32	-	0,072	306	1015	813
(F)	0,43	0,57	0,74	22,52	35,15	0,56	0,42	0,38	0,153	174	936	131

Auch Niob trägt zur Steigerung der Dauerbruchfestigkeit bei, wie ein Vergleich der Schmelze C mit den Schmelzen A und B der Tabelle V zeigt. Die durch die gemeinsame Anwesenheit von Nb und W erzielte Verbesserung (Schmelze D) ist jedoch notwendigerweise nicht so deutlich wie die durch W und Ti erzielte Verbesserung (Schmelzen D und E). Daß Nb in dieser Hinsicht unterlegen ist, zeigt auch ein Vergleich der Schmelze F aus Tabelle V mit der Schmelze K aus Tabelle I.

Niob kann gegebenenfalls bis zu 2% in einer Legierung vorhanden sein, welche sowohl W als auch Ti neben anderen Zusätzen in kleinen Mengen enthält.

Hierbei besteht jedoch die Gefahr einer Verringerung der Dauerbruchfestigkeit bei hoher Temperatur, insbesondere bei 1093° C.

Die Erfahrung mit diesen Gußteilen lehrt, daß bei einem Ti-Anteil größer als 1% Schwierigkeiten auftreten, die Gußteile frei von massiven, titanreichen, nichtmetallischen Einschlüssen in Form von TiCh oder sogar komplexeren Ti-Oxiden herzustellen; solche Einschlüsse verringern die Festigkeit. Dies bestätigen die Daten der

nachfolgenden Tabelle Vl bei einem Vergleich der Schmelzen K und 0 aus Tabelle I. Hieraus folgt, daß Ti-Geha!.te von mehr als etwa 1 Gew.-96 Ti für ACI-Normleglerungen zu vermeiden sind. Hieraus und unter Berücksichtigung der großen Affinität von Titan zu

Sauerstoff, was eine sorgsame Deoxldation vor dem Ti-Zusatz erforderlich macht, resultiert eine Obergrenze von weniger als 1% Ti, vorzugsweise von nicht mehr als etwa 0,96« Tl.

Tabelle VI Auswirkung der auf hohe Titangehalte (1 temperatur-Festigkeitseigenschaften	Ti (%)	Zjgfestigkeit (kp/mm²)	%) zurückführbaren Einschlüsse auf die Raum-	Dehnung (%)	Querschnitts verringerung (%)
Schmelze	0,43 1,16	51,0 26,5	Streckgrenze (kp/mm²)	18,5 2,5	19,5 7,4
(K) (O)	22,4 19,3

In den Flg. 1 bis 4 bezeichnet der schraffierte Bereich beidseitig der Geraden den üblichen und bekannten Zuverlässigkeitsbereich für solche ACI-Normlegierungen, basierend auf einer Streuung von plus oder minus 20% der Meßwerte.

Ersichtlich liegen alle vier, erfindungsgemäße, (W + Tl)-enthaltende Legierungen betreffende Datenpunkte oberhalb der Obergrenze der angenommenen Plus/Minus-Streuung von 20% für die ACI-Standardlegierungen. Der Abstand zu dieser Obergrenze beträgt wenigstens etwa 5% (HP-Sorte) bis etwa 10096 für die HH-Sorte.

Die Flg. 7 zeigt schematisch anhand einer graphischen Darstellung die Temperatur-Wechsel-Beständigkeit erfindungsgemäß hergestellter Gußstücke im Vergleich mit Gußstücken gleicher Form aus HRA-Legierungszusammensetzungen. Zur Prüfung wurden die Proben abwechselnd 3 min lang bei 149° C und darauf hin 3 min lang bei 927° C gehalten. Bestimmt wurde die Anzahl und Länge der Risse, die mit zunehmender Anzahl von Temperaturwechselbeanspruchungen auftreten. Die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten Gußteile gegenüber solchen aus der analogen.

jedoch W- und Tl-frelen Standard-Legierungszusammensetzung 1st nicht zu übersehen.

Die Fig. 8 bestätigt ebenfalls die überlegene Temperatur-Wechsel-Beständigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Gußteile (bezeichnet mit dem Zusatz »Tx« zu der entsprechenden ACI-Legierungszusammensetzung) gegenüber Gußteilen gleicher Gestalt aus der analogen, jedoch W- und Ti-freien Standard-Legierungszusammensetzung. Bestimmt wurde die Anzahl der 6 mm langen Risse nach 700 Temperaturwechselbeanspruchungen (abwechselnd 3 min bei 149° C gefolgt von 3 min bei 927° C).

Der Leiter einer Gießerei benötigt einen gewissen Spielraum, um unerwartete Oxidationen, Schmelzverluste, Veränderungen im Materia! der Ofencharge und dgl. berücksichtigen zu können. Basierend auf Gießereierfahrungen mit kommerziellen, wärmebeständigen Fe-Cr-Ni-Gußleglerungen werden nachfolgend für vier typische bekannte ACI-Legierungen erfindungsgemäß bevorzugte Gießerei-Toleranzberelche angegeben, welche sowohl für Schleuderguß wie auch für stehenden Guß gelten.

Tabelle VIl	Toleranzbereiche der C Mn Si	2	3,5	Zusammensetzungen (Gew.-%) P S Cr Ni	0,04	24	11	W	Ti	Fe
Vergleichbare ACI-Legierung	0,2	max	max	0,04	max	28	14	0,1	0,1	Rest
	0.5	2 max	3,5 max	max	0,04 max	24 28	18 22	1,2	0,6	Rest
riti	0,2 0,6	2 max	3,5 max	0,04 max	0,04 max	19 23	23 27	0,1 1,2	0,1 0,6	Rest
HK	0,2 0,5	2 max	3,5 max	0,04 max	0,04 max	20 24	34 38	0,1 1,2	0,1 0,6	Rest
HN	0,2 0,6		0,04 max		0,1 1,2	0,1 0,6
HP

Innerhalb dieser Bereiche soll der bevorzugte W-Antell zur Erzielung bester Festigkeitselgenschaften 0,1 bis 0,6 Gew.-96 betragen. In der Tat betrifft dieser bevorzugte W-Antell die ACI-Sorten der repräsentativen Sorten HH bis HW.

Erfindungsgemäß sind jedoch auch dann Vorteile erzielbar, wenn der W-Anteil den oben angegebenen, bevorzugten Bereich übersteigt. Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß die Dauerbruchfestigkeit immer noch besser ist als diejenige von Standardsorten, wenn W (gemeinsam mit Ti) in größerer Menge vorhanden ist, als zur Erzielung maximaler Festigkeit erforderlich ist.

Die Schmelze N mit 1,06% W erfährt eine Abnahme der Dauerbruchfestigkeit (1093° C, 1,75 kp/mm²) von e\wa 40% nach 622 Stunden; bei der Standard-Gußlegierung tritt die entsprechende Abnahme bereits nach i96 Stunden ein. Aus diesen und weiteren Gründen (beispielsweise um innerhalb weiter Grenzen Schrott für den Schmelzvorgang benutzen zu können, oder um die Beständigkeit gegenüber Aufkohlung zu erhöhen), wird die W-Obergrenze auf etwa 2% festgelegt.

Fußend auf den erfindungsgemäßen Erfahrungen mit der Zugabe sehr kleiner Mengen von W und Ti zu vier repräsentativen handelsüblichen Legierungen, die einen weiten Bereich von Legierungszusammensetzungen abdecken, wird zur Erhöhung der Warmfestigkeit, der Zähigkeit und der Dauerbruchfestigkeit von Gußteilen für die letzteren die nachfolgende Zusammensetzung vorgeschlagen".

Kohlenstoff

Chrom

Nickel

Mangan

Silicium

Wolfram

Titan

0,25 bis 0,8 Gew.-% 12,0 bis 32,0 Gew.-% 8,0 bis 62,0 Gew.-SK 0 bis 3,0 Gew.-% 0 bis 3,5 Gew.-% 0,05 bis 2,0 Gew.-% 0,05 bis <l,0Gew.-%

Rest Eisen und die üblichen unvermeidbaren, erschmelzungsbedingten Verunreinigungen wie Alumlnium-Deoxidationsmlttel und Molybdän, welche im unreinen Ausgangsmaterial vorliegen können, und Fremdelemente wie Phosphor und Schwefel.

Die Gußstücke können auch Co und Mo in geringen Menger, enthalten, sofern diese bereits im Ausgangsmaterial enthalten waren. Im wesentlichen sind die erfindungsgemäß hergestellten Gußstücke jedoch Co- und Mo-frei; insbesondere ist die Anwesenheit dieser Elemente zur Steigerung der Warmfestigkeit und der Dauerbruchfestigkeit nicht erforderlich, wie das demgegenüber bei bestimmten Superlegierungen der Fall ist.

Die Auswirkungen der erfindungsgemäß vorgesehenen Zugabe kleiner Mengen W und Ti werden auch In Anwesenheit von normalerweise als groß anzusehenden Mengen Stickstoff als auch bei geringeren Stickstoffanteilen, als sie für herkömmliche Induktionsschmelzverfahren typisch sind, erhalten, d. h. Stickstoff besitzt keine nachteiligen Auswirkungen. Eine möglicherweise weitere Verbesserung der Festigkeit kann bei geringeren oder sogar höheren Stickstoffanteilen erreicht werden. Ein Stickstoffgehalt bis zu 0,3% ist zweifellos zulässig.

Es kann jedes übliche oder an bekannten Ausgangslegierungen bevorzugte Schmelzverfahren angewandt werden. W kann als Eisen-Wolfram zugesetzt werden. Ti kann in Plattenform zugefllgt werden, nachdem der Ofen abgestochen 1st. Um eine maximale Ti-Verwertung zu erreichen, sollte die Deoxidation im Ofen oder auf sonstige Welse geschehen, welche den Sauerstoffgehalt auf einen sehr geringen Wert erniedrigt, bevor Ti zugegeben wird.

Die erfindungsgemäß hergestellten Gußteile weisen eine MikroStruktur auf, die im wesentlichen austenitisch und ferritfrei ist, und Karbide aufweist, wie in Fig. 5 zu ersehen ist. Die Anwesenheit von Ferrit in der Mikrostruktur würde zu einer eventuellen Bildung der Versprödungs-Sigmaphase bei Temperaturen unterhalb von 926° C beitragen. Die untere Temperaturgrenze für die Bildung des Sigmagefüges 1st von der bestimmten Legierung und der Standzeit abhängig; es wurde noch eine VersprPdug bei Temperaturen im Bereich von 648° C beobachtet. Die Anwesenheit des Sigmagefüges Ist im allgemeinen schädlich für die Standzeit von Gußteilen, welche zyklischen, thermischen Belastungen ausgesetzt werden. Im allgemeinen verschlechtert ein derartiges Sigmagefüge auch die Zähigkeit und die Dehnbarkelt. Daher soll beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Mikrostruktur erzeugt werden, welche im wesentlichen frei von Slgmaphase bildendem Ferrit ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Gußstücke in der Regel bereits in der zum Gebrauch vorgesehenen Gestalt erzeugt, so daß man nur die Steiger und die Anschnitte entfernen muß. Eine gewisse maschinelle Bearbeitung kann vorgenommen werden, wenn das Aussehen wichtig ist oder wenn enge Toleranzen eingehalten werden müssen. Es kann auch geschweißt werden, um eine Struktur aus mehreren gegossenen Bauteilen zusammenzusetzen, wie dies beispielsweise die Anordnung nach F i g. 6 veranschaulicht. In jedem Fall ist am gegossenen Bauteil nach einer gegebenenfalls durchgeführten Oberflächenbehandlung irgendeine Wärmebehandlung zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften nicht erforderlich, um den Bedingungen der Verwendung oder des Betriebes gerecht zu werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung warmfester Gußstücke aus einer austenitischen Cr-Nl-Fe-Legierung mit

0,25 bis 0,8 Gew.-% Kohlenstoff,

8 bis 62 Gew.-96 Nickel,

12 bis 32 Gew.-96 Chrom,

bis zu 3,5 Gew.-% Silicium,

bis zu 3 Gew.-96 Mangan,

bis zu 2 Gew.-96 Niob,

bis zu 0,3 Gew.-96 Stickstoff,

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festigkeltssteigernden Zusätzen wie Titan und Wolfram, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen durch Vergießen einer Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Dauerbruchfestigkeit der Gußstücke um wenigstens 5% gegenüber vergleichbaren, jedoch wolfram- und titanfreien Legierungszusammensetzungen die Gehalte an Titan und Wolfram in der Schmelze so eingestellt werden, daß im Gußstück 0,05 bis weniger als 1 Gew.-96 Titan und 0,05 bis 2 Gew.-96 Wolfram enthalten sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Titangehalt von 0,05 bis 0,96 Gew.-96 in den Gußstücken hingearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Wolframgehalt von 0,1 bis 0,6 Gew.-96 in den Gußstücken hingearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

auf einen Chromgeh?lt von 24 bis 28 Gew.-96,
auf einen Nickelgehalt von 11 bis 14 Gew.-96,
auf einen Wolframgehalt von 0,1 bis 1,2 Gew.-96 und auf einen Titangehalt von 0,1 bis 0,6 Gew.-96
in den Gußstücken hingearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

auf einen Chromgehalt von 24 bis 28 Gew.-96,
auf einen Nickelgehalt von 18 bis 22 Gew.-96, auf einen Wolframgehalt von 0,1 bis 1,2 Gew.-96 und auf einen Titangehalt von 0,1 bis 0,6 Gew.-96 in den Gußstücken hingearbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

auf einen Chromgehalt von 19 bis 23 Gew.-96, auf einen Nickelgehalt von 23 bis 27 Gew.-96, auf einen Wolframgehalt von 0,1 bis 1,2 Gew.-% und auf einen Titangehalt von 0,1 bis 0,6 Gew.-96 in den Gußstücken hingearbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

auf einen Chromgehalt von 20 bis 24 Gew.-96, auf einen Nickelgehalt von 34 bis 38 Gew.-96, auf einen Wolframgehalt von 0,1 bis 1,2 Gew.-96 und auf einen Titangehalt von 0,1 bis 0,6 Gew.-% in den Gußstücken hingearbeitet wird.