DE2831708A1 - Kobaltlegierung und gegenstand daraus - Google Patents
Kobaltlegierung und gegenstand darausInfo
- Publication number
- DE2831708A1 DE2831708A1 DE19782831708 DE2831708A DE2831708A1 DE 2831708 A1 DE2831708 A1 DE 2831708A1 DE 19782831708 DE19782831708 DE 19782831708 DE 2831708 A DE2831708 A DE 2831708A DE 2831708 A1 DE2831708 A1 DE 2831708A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- alloy
- aluminum
- cobalt
- weight
- article
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
Kobaltlegierung und Gegenstand daraus.
Die Erfindung betrifft Kobaltlegierungen und mehr im besonderen
solche Kobalt-Superlegierungen, die brauchbar sind zur Herstellung
von Gegenständen für Gasturbinen.
Eine im Handel erhältliche Kobaltlegierung, die auch als X-40-Legierung
bezeichnet wird, ist für mehrere Jahre bei der Herstellung von Teilen für Gasturbinen eingesetzt worden. Diese
Legierung hat ζ. B. eine relativ weite Anwendung für die Herstellung
in üblicher Weise gegossener Turbinenschaufeln gefunden. Nach einer Spezifikation hat die X-40-Legierung die folgende
Zusammensetzung in Gew.-% :
0,45 - 0,55 C, 24,5 - 26,5 Cr, 9,5 - 11,5 Ni, 7 - 8 W,
bis zu 2 Fe, bis zu 1 von je Silizium und Mangan, bis zu 0,25 Zr, bis zu 0,04 S und der Rest ist Kobalt. Diese Legierung ist somit
durch einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt und die Abwesenheit
von Aluminium gekennzeichnet, wobei allgemein angenommen wurde, daß Aluminium in dieser Legierung zur Verschlechterung der Eigenschaften,
wie der Nullfestigkeitstemperatur (im englischen "nil-strength temperature") und Belastungsbruch beiträgt. Obwohl
das Element Aluminium nicht absichtlich zu einer solchen Legierung hinzugegeben wurde, zeigte die Analyse von Produktionschargen jedoch dessen Anwesenheit von bis zu 0,4 % als Verunreinigung.
Es sind viele tausende von Teilen für Gasturbinen durch konventionelles
Gießen aus der X-40-Legierung hergestellt worden, wobei eine gleichförmig dimensionierte, manchmal als äquiaxiale
Kornstruktur erhalten wurde, und die Berührungszeit zwischen der
geschmolzenen Legierung und der Form oder den Kernen war dabei relativ kurz. Mit der Entwicklung gerichteter Erstarrungsverfahren,
wie sie z. B. in den US-PS 3,897,815 und 3,494,709 beschrieben sind, wurden die Gießmaterialien und -bedingungen stark
verändert. So erfordert z. B. ein solches gerichtetes Erstarren
80988670796
relativ lange Berührungszeiten zwischen der geschmolzenen Legierung
und den Keramikkernen, die Siliziumdioxid einschließen, um den Kern mit Eigenschaften zu versehen, die es ihm ermöglichen,
der gerichteten Erstarrung zu widerstehen. Wegen des hohen Kohlenstoffgehaltes der X-40-Legierung ergab sich eine umsetzung
zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Siliziumdioxid im Kern, wobei ein gasförmiges Oxid des Kohlenstoffes und flüssiges
Si gebildet wurde. Diese Umsetzung führte zu einer Beeinträchtigung der Gießoberfläche um den Bereich der Umsetzung herum.
Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Kobaltlegierung
der X-40 Art, die einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt und normalerweise nur Verunreinigungsmengen an Aluminium enthält, indem
Aluminium im Bereich von etwa 0,7 bis zu etwa 2 Gew.-% zu der Zusammensetzung hinzugegeben wird. Mehr im besonderen besteht
die erfindungsgemäße Kobaltlegierung nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gew.-% :
mindestens etwa 0,2 C, etwa 0,7 - 2 Al, 24 - 27 Cr, bis zu
etwa 2 Fe, etwa 7 - 8 W, etwa 9-12 Ni, bis zu etwa 0,3 Zr, bis zu etwa 0,1 B, bis zu etwa 1 Si, bis zu etwa 1 Mn und der
Rest sind im wesentlichen Kobalt und zufällige Verunreinigungen. Bevorzugter ist die folgende Zusammensetzung in Gew.-% :
0,45 - 0,55 C, 0,75 - 1,5 Al, 24,5 - 26,5 Cr, bis zu 2 Fe, 7 - 8 W, 9,5 - 11,5 Ni, bis zu etwa 0,25 Zr, bis zu etwa 0,05 B,
bis zu etwa 1 Si, bis zu etwa 1 Mn und der Rest sind im wesentlichen Kobalt und zufällige Verunreinigungen.
Die im Handel erhältliche X-40-Legierung ist für die Herstellung solcher Gasturbinenkomponenten, wie konventionell gegossener
Turbinenschaufeln, geeignet. Versuche, hohle Gußkörper aus X-40-Legierung
durch gerichtetes Erstarren herzustellen, wie sie z.B. in der US-PS 3,897,815 beschrieben sind, wozu man einen Gießkern
mit SiO- benutzt, haben das Problem der Umsetzung mit dem Kern gezeigt. Werden gewisse Siliziumdioxid-haltige keramische Kerne
beim gerichteten Erstarren benutzt, dann wurde eine starke Umsetzung an der Grenzfläche zwischen Metall und Kern beobachtet,
809886/0796
die man dem hohen Kohlenstoffgehalt der X-40-Legierung zuschreibt,
wobei sich der Kohlenstoff mit dem Siliziumdioxid unter Bildung eines gasförmigen Kohlenstoffoxides umsetzt. Dieses Gas,
das an der inneren Grenzfläche zwischen der Schaufel und dem Kern eingefangen wird, verursacht eine Verschlechterung des Gußkörpers
in diesem Bereich.
Während der Auswertung der vorliegenden Erfindung wurde eine
Vielfalt von Legierungen untersucht. Es wurde dabei erkannt, daß durch den Einschluß .von mindestens etwa 0,7 Gew.-% Al in die
Zusammensetzung während des Gießens ein sehr dünner Al^O^-Film
an der Kernoberfläche erzeugt wurde, der Siliziumdioxid enthielt. Die Auswertung der kommerziell erhältlichen X-40-Legierung zeigte,
daß darin bis zu 0,4 % Aluminium als Verunreinigung enthalten waren. Diese Aluminiummenge erwies sich jedoch als unzureichend
für die Bildung eines durchgehenden Al„0-.-Filmes. Es wurden daher
zu SchmelzChargen der kommerziell erhältlichen X-40-Legierung
0,25 und 0,5 Gew.-% Aluminium hinzugegeben, und diese Produkte bestätigten die obige Feststellung und zeigten eine Reaktivität
des Kernes. Eine Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 0,65 % zeigte die erfolgreiche Bildung des Al-O^-Filmes. Dieser Film
war jedoch nicht dick genug, um den Kern in den letzten Bereichen des Gußkörpers bei der gerichteten Erstarrung zu schützen, d. h.
der Kern befand sich für die längste Zeit in Berührung mit der geschmolzenen Legierung.
Es wurde eine Reihe von Legierungschargen hergestellt, um den Aluminiumgehalt in einem Bereich von mindestens 0,7 Gew.-% und
mehr und insbesondere von 0,7-2 Gew.-% zu untersuchen. Die Grundlage für diese Chargen bildete die X-40-Legierung mit der
obigen Zusammensetzung, zu der ausgewählte Aluminiummengen hinzugegeben
wurden. In der folgenden Tabelle sind die chemischen Zusammensetzungen der Legierungen der vorliegenden Erfindung in
ihrem bevorzugten Bereich mit der Zusammensetzung der Standard-X-40-Legierung
verglichen, zu der kein Aluminium absichtlich hinzugegeben vmrde. Diese Standard-X-40-Legierung ist in der fol-
809886/079β
genden Tabelle als 4110 bezeichnet, während alle anderen Chargen
in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
Nominal-Zusammensetzung in Gew.-%
Rest Kobalt und zufällige Verunreinigungen
Charge | C | Cr ' | Ni | W | Fe | Al | Zr | B |
4110 | ,45 | 23,9 | 10,7 | 7,2 | ,4 | ,27 | ,10 | |
1 | ,48 | 25,1 | 11 ,0 | 7,3 | ,4 | ,75 | ,17 | |
2 | ,47 | 24,9 | 10,8 | 7,2 | ,4 | 1,5 | ,17 | |
849 | ,50 | 26,0 | 10,1 | 7,0 | ,8 | ,70 | ,17 | ,008 |
863 | ,46 | 23,9 | 10,7 | 7,2 | ,4 | ,98 | ,14 | ,009 |
877 | ,45 | 24,6 | 10,9 | 7,2 | ,3 | ,88 | ,13 | ,005 |
884 | ,44 | 23,7 | 10,9 | 7,3 | ,3 | ,86 | ,08 | ,009 |
885 | ,45 | 23,2 | 11 ,0 | 7,2 | ,3 | ,90 | ,13 | ,011 |
914 | ,45 | 24,6 | 10,8 | 7,2 | ,2 | ,94 | ,16 | ,003 |
915 | ,46 | 24,4 | 11,0 | 7,2 | ,2 | ,90 | ,15 | ,003 |
934 | ,46 | 24,1 | 11,1 | 7,2 | ,2 | ,89 | ,16 | ,003 |
935 | ,46 | 24,2 | 10,9 | 7,2 | ,2 | ,89 | ,16 | ,004 |
Bei der Auswertung der Chargen der vorstehenden Tabelle wurden die Gegenstände durch gerichtetes Erstarren in der Weise hergestellt,
wie sie in der US-PS 3,897.815 beschrieben ist. Es sollte hierbei die Kernreaktivität untersucht werden. Es wurde festgestellt,
daß die Charge 4110 mit dem Siliziumdioxid-Kern reagierte, was zu einer Verschlechterung der Oberfläche des Gegenstandes
an der Grenzfläche von Metall zu Kern führte. Eine solche Umsetzung wurde jedoch nicht beobachtet mit den anderen in der
809886/0796
Tabelle aufgeführten Chargen. Es wird angenommen, daß dies von
der Bildung eines dünnen Al3O3-FiInIeS herrührt, der die geschmolzene
Legierung vollständig vor dem Siliziumdioxid im Kern schützte.
Die nach der vorliegenden Erfindung eingesetzte Aluminiummenge
ist zu einer Legierung der X-40-Legierungsart deshalb nicht hinzugegeben worden, weil man annahm, daß Aluminium eine nachteilige
Wirkung auf solche Eigenschaften, wie die Nullfestigkeitstemperatur
und den Belastungsbruch haben würde. Die Nullfestigkeitstemperatur
ist als die Temperatur definiert, bei der ein augen-
blickliches Versagen eines Teststabes auftritt, der mit 21 kg/cm
belastet wird.
Dieser Nullfestigkeits-Test wurde entwickelt, um den Ausbrennwiderstand
von Materialien auszuwerten, die sehr hohen Temperaturen unterworfen sind, z. B. Gasturbinenbrennern,.-düsen und
-schaufeln. Eine intensive Untersuchung hat jedoch gezeigt, daß
eine Aluminiumzugabe in einer Menge im Bereich gemäß der vorliegenden
Erfindung die vorgenannten Eigenschaften nicht merklich
beeinflußt. So wurden intensive Untersuchungen der üblichen
X-40-Legierung der Charge 4110 und der erfindungsgemäßen Legierungen
Chargen 849 und 863 ausgeführt. Hierbei wurden die Zugfestigkeit und Duktilität, die Kriechbeständigkeit, die Belastungsbruchfestigkeit,
die KurζZyklusermüdung, die Beständigkeit
gegenüber thermischer Ermüdung, die Nullfestigkeitstemperatur und andere Eigenschaften bestimmt. Die Untersuchungen wurden mit
Testkörpern ausgeführt, die sowohl konventionell als auch mit gerichteter Erstarrung gegossen und die sowohl Aluminid-überzogen
als auch nicht überzogen waren, wobei die Untersuchungen sowohl in der Quer- als auch in der Longitudinalrichtung für die gerichtet
erstarrten Proben in dem Temperaturbereich bis zu etwa 1150 C und nach mehreren Wärmebehandlungen erfolgten.Die Analyse
aller dabei erhaltenen Ergebnisse zeigt, daß die Zugabe von Aluminium zu der X-40-artigen Legierung in einer Menge im Rahmen
der vorliegenden Erfindung im wesentlichen keine nachteilige
809886/0796
Wirkung auf die vorgenannten Eigenschaften hatte und diese in einigen Fällen sogar verbesserte. So waren gerichtet erstarrte
Legierungsproben im Rahmen der vorliegenden Erfindung 20 mal beständiger gegenüber thermischer Ermüdung in der
Longitudinalrichtung als Probekörper aus der Standard-X-40-Legierung.
Aus diesen Ergebnissen ist erkennbar, daß die erfindungsgemäßen Legierungen durch eine sorgfältige Zugabe von Aluminium in
Gegenwart eines relativ hohen Kohlenstoffgehaltes in einer Kobaltlegierung der X-40 Art verbesserte Möglichkeiten zum
Gießen von Gegenständen ergeben, insbesondere bei dem gerichteten Erstarren. Ein solcher Gegenstand, der entweder eine säulenförmige
Kornstruktur aufweist oder ein Kristallin ist, kann ohne wesentliche Umsetzung der Legierung mit dem Siliziumdioxid in
der Keramik gegossen werden.
809886/079β
Claims (5)
1. Kobaltlegierung mit der folgenden Zusammensetzung in
Gew.-% :
mindestens 0,2 C, 24 - 27 Cr, 9-12 Ni, 7 - 9 W, bis zu 2 Fe,
bis zu 0,3 Zr, bis zu 0,1 B, bis zu 1 Si, bis zu 1 Mn und der Rest sind Kobalt und zufällige Verunreinigungen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusätzlich Aluminium in einer Menge von 0,7 bis zu
2 Gew.-% enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Aluminium im Bereich von 0,7 - 1,5 %
und Kohlenstoff zumindest mit 0,4 % vorhanden ist.
3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß sie im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gew.-% besteht:
0,45 - 0,55 C, 24,5 - 26,5 Cr, 9,5 - 11,5 Ni, 7 - 8 W, bis
0 388 6/0796
ORiGfNAL INSPECTED
zu 2 Fe, bis zu 0,25 Zr, bis zu 0,05 B, bis zu 1 Si, bis zu 1 Mn, 0,75 - 1,5 Al und der Rest sind Kobalt und zufällige
Verunreinigungen.
4. Gegossener Gegenstand aus der Legierung nach Anspruch 1 mit
einem einseitig orientierten Gefüge.
5. Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß er aus der Legierung nach Anspruch
besteht, eine säulenförmige Kornstruktur und anisotrope Eigenschaften aufweist und die Form eines Gasturbinenflügels
hat.
809886/0796
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/817,638 US4115112A (en) | 1977-07-21 | 1977-07-21 | Cobalt-base alloy and article |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2831708A1 true DE2831708A1 (de) | 1979-02-08 |
Family
ID=25223524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782831708 Withdrawn DE2831708A1 (de) | 1977-07-21 | 1978-07-19 | Kobaltlegierung und gegenstand daraus |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4115112A (de) |
JP (1) | JPS5441222A (de) |
DE (1) | DE2831708A1 (de) |
FR (1) | FR2431545A1 (de) |
IT (1) | IT1097226B (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4837389A (en) * | 1984-06-04 | 1989-06-06 | Turbine Components Corporation | Composite alloy structures |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3700433A (en) * | 1971-07-12 | 1972-10-24 | United Aircraft Corp | Enhancement of transverse properties of directionally solidified superalloys |
US3960552A (en) * | 1974-10-21 | 1976-06-01 | Woulds Michael J | Cobalt alloy |
-
1977
- 1977-07-21 US US05/817,638 patent/US4115112A/en not_active Expired - Lifetime
-
1978
- 1978-07-13 IT IT25638/78A patent/IT1097226B/it active
- 1978-07-19 FR FR7821380A patent/FR2431545A1/fr not_active Withdrawn
- 1978-07-19 DE DE19782831708 patent/DE2831708A1/de not_active Withdrawn
- 1978-07-20 JP JP8781578A patent/JPS5441222A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4115112A (en) | 1978-09-19 |
IT7825638A0 (it) | 1978-07-13 |
JPS5441222A (en) | 1979-04-02 |
FR2431545A1 (fr) | 1980-02-15 |
IT1097226B (it) | 1985-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2953182C3 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Legierungsproduktes aus einer Aluminiumlegierung | |
DE3634635C2 (de) | Nickelaluminide und Nickel-Eisenaluminide zur Verwendung in oxidierenden Umgebungen | |
DE1952877C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von GuOteilen aus einer Nickelgußlegierung | |
DE3000913C2 (de) | ||
DE2244311C2 (de) | Verwendung von hochtemperaturbeständigen Nickellegierungen | |
DE3926289A1 (de) | Gegenstand aus einer gegenueber dem wachstum von ermuedungsrissen bestaendigen nickelbasis-legierung, legierung und verfahren zur herstellung | |
DE3921626C2 (de) | Bauteil mit hoher Festigkeit und geringer Ermüdungsriß-Ausbreitungsgeschwindigkeit | |
DE2620311C2 (de) | ||
DE1921359C3 (de) | Verfahren zur Erhöhung der Duktilität bei hohen Temperaturen von Gußlegierungen auf Nickelbasis | |
DE3306824A1 (de) | Oxidationsbestaendige nickellegierung | |
DE2835025A1 (de) | Duktile korrosionsbestaendige legierung von hoher festigkeit und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE3511860C2 (de) | ||
DE602004008134T2 (de) | Dispersionsgehärtete ausscheidungshärtbare Nickel-Eisen-Chromlegierung und zugehöriges Verfahren | |
DE2456857C3 (de) | Verwendung einer Nickelbasislegierung für unbeschichtete Bauteile im Heißgasteil von Turbinen | |
DE2500084B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Halbzeug | |
CH657378A5 (de) | Superlegierung auf nickelbasis. | |
DE2215607A1 (de) | Alpha/beta - titanlegierung | |
DE1953025C3 (de) | Oxydationsbeständige Kobaltlegierung und ihre Verwendung | |
DE3018117A1 (de) | Legierung mit niedrigem ausdehnungskoeffizienten und ein bimetall, das daraus hergestellt wird | |
DE2831708A1 (de) | Kobaltlegierung und gegenstand daraus | |
DE1284632B (de) | Verwendung einer Al-Si-Ni-Gusslegierung | |
EP3818187A1 (de) | Aluminiumlegierung sowie überaltertes aluminiumlegierungsprodukt aus einer solchen legierung | |
DE60112032T2 (de) | Stahlzusammensetzung, herstellungsverfahren und hergestellte formteile aus diesen zusammensetzungen insbesondere ventilen | |
DE3240041C2 (de) | Verwendung einer Aluminium-Gußlegierung | |
DE2608511A1 (de) | Legierungen und aus ihnen hergestellte gusstuecke |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |