DE2908151A1 - Legierung, die metalle der platingruppe enthaelt - Google Patents
Legierung, die metalle der platingruppe enthaeltInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen, die Metalle
der Platingruppe enthalten. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf m^ (Gamina-Strich) -Legierungen, die auf Nickel
und Chrom basieren und die ein Metall der Platingruppe enthalten.
In der GB-PS 1520630 werden auf Nickel und Kobalt basierende Legierungen beschrieben und beansprucht, die ein Metall der
Platingruppe enthalten und hauptsächlich bestehen aus a) 40 - 78 % Ni und/oder Co, b) Spuren - 25 % Cr, c) Spuren 15
% Metall der Platingruppe und d) Spuren - 13 % Al und/oder Ti. Solche Legierungen besitzen eine bemerkenswert hohe
Temperaturtauglichkeit, besonders in bezug auf ihre Festigkeit und Wärmeausdehnungsresistenz. Sie sind besonders für
die Herstellung von Teilen geeignet, die in der Glas- und der Flugmotorenindustrie, insbesondere bei Düsentriebwerken
und Gasturbinen, Verwendung finden.
Man nimmt an, daß die metallurgische Struktur von Legierungen gemäß der GB-PS 1520630 eine Matrix der Nickel-Chrom
Gamma-Phase umfaßt, die einen kleinen Anteil des vorhandenen Metalles der Platingruppe enthält zusammen mit bis
zu ungefähr 65 Gew.-% der Gamma-Strich-Phase, die prinzipiell
Trinickelaluminid (Ni3Al) enthält, substituiert mit einem
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2.3.79 - 5 -
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Metall der Platingruppe, Chrom oder anderen legierenden Bestandteilen. Das meiste des Metalles der Platingruppe wahrscheinlich
bei einem Überschuß von 90 % - kommt in der Gamma-Strich-Phase vor und soll vorwiegend für den
Äluminiumsubstituenten der erwähnten Phase substituiert sein.
Obwohl Ni3Al selbst keine nützlichen physikalischen Eigenschaften
bei extrem Beanspruchungen, wie sie bei den oben genannten Anwendungsfällen auftreten, besitzt, soll es im
allgemeinen nichts desto weniger die Anwesenheit von Ni3Al,
d.h. eine Gamma-Strich-Phase - im einzelnen enthält solch eine Phase auch ein Metall der Platingruppe - in Verbindung
mit einer oder mehreren anderen Phasen sein» die zu der erwähnten hohen Temperaturtauglichkeit beitragen. Man nimmt
auch an, daß Legierungen mit einer Matrix aus Gamma-Strich-Verbindungen erhöhte Temperaturtauglichkeit zeigen, verglichen
mit Legierungen, die ein Matrix von Gamma, durchsetzt mit einem Niederschlag von Gamma-Strich, enthalten. Bisher
haben jedoch solche Legierungen eine relativ geringe Korrosionsresistenz, besonders bei höheren Temperaturen. Es ist deshalb
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Legierung aufzuzeigen, die diesen Nachteil nicht aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung besteht diese aus
einer auf Hickel und Chrom basierenden Legierung, die in
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309842/06SI
Gew.-% und abgesehen von Verunreinigungen aus Aluminium (4 - 13,5 %) , Chrom {Spuren - 6 %), einem oder mehreren
Metallen der Platingruppe (Spuren - 20 % insgesamt) besteht und die zum Ausgleich Nickel enthält.
Mit "Metallen der Platingruppe" sind Platin, Rhodium, Iridium,
Ruthenium, Palladium und Osmium gemeint. Von diesen soll ein Metall, oder es sollen mehrere Metalle, wie Platin,
Rhodium und Ruthenium, verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Legierung vorgeschlagen, die dem ersten Aspekt entspricht, die jedoch
auch Hafnium (Spuren - 5 %) und/oder Titan (Spuren - 6 %) und/oder Tantal (Spuren - 12 %) enthält.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Legierung vorgeschlagen, die entweder dem ersten oder zweiten Aspekt
entspricht und des weiteren von Spuren bis zu einem bestimmten Gewicht eines oder mehrere der folgenden Metalle enthält:
| 21 3. |
P 79 |
Niob | 198 | 6 | % | |
| Kohle | 0. | 15 | ||||
| Bor | 0. | 1 % | ||||
| Kobalt | 10 | % | ||||
| Molybdän | 14 | % | ||||
| Wolfram (Tungsten) | 14 | % | ||||
| J 2. |
||||||
909 8 42/0636
908151
Zirkonium 1.75 %
Scandium, Yttrium oder deren
Oxide und/oder Seltene
Erden-Metalle oder Oxide 3 %
Silicium 0.25 %
Magnesium 1 %
Eisen 10 %
Mangan 0.25 %
Vanadium 2 %
Das ist so zu verstehen, daß bei Zugabe zu den Oxiden von Scandium, Yttrium und Seltenen Erden, die oben aufgeführt
sind, andere Bestandteile von Legierungen gemäß der Erfindung, z.B. Zr, wenigstens teilweise als ihre Oxide vorhanden
sein können. Die erwähnten Oxide können entweder als solche zu den anderen legierenden Bestandteilen hinzugefügt werden,
oder sie können in situ (im Augenblick des Entstehens) unter den Bedingungen der Legierungsbildung gebildet werden.
Sine besondere Legierung gemäß der Erfindung hat in Gew.-%
die Zusammensetzung: Al 7.3 %, Ti 0.8 %, Co 6.5 %, Nb 0.99 %,
Mo 1.O %, Ta 10.5 %, Cr 2 %, W 2 %, C 0.05 %, B 0.01 %,
Zr 0.07 %, Pt 7.5 % und im Gleichgewicht Nickel.
Legierungen gemäß der Erfindung umfassen eine Matrix von dendritischer Gamma-Strich-Phase, angefüllt mit Gamma
und/oder Beta, Alpha, Boriden, Carbiden und so weiter undendritisch,
hängt die genaue Struktur vom Äluminiumgehalt ab,
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20.3.79 909842/0836 - 8 -
Man nimmt an, daß das Metall der Platingruppe mindestens in
den Gamma-Strich- und NiAl-Beta-Phasen erscheint. Die Legierungen
können durch die üblichen Vakuumschmelzen und Gußtechniken hergestellt werden, oder durch z.B. mechanisches
Legieren. Eine bevorzugte Methode umfaßt eine einseitige Verfestigung, die die mechanische Festigkeit erhöht.
Es wurde festgestellt, daß Legierungen gemäß der Erfindung eine Temperaturtauglichkeit von bis zu ungefähr 1100° C in
Hinsicht auf Festigkeit und Oxidationsresistenz haben, die höher als die meisten konventionellen auf Nickel basierenden
Superlegierungen und annähernd vergleichbar mit Legierungen
nach dem bekannten Stand der Technik ist, die eine Matrix von Gamma-Strich enthalten. Legierungen gemäß der Erfindung
zeigen auch eine erhöhte Resistenz gegen heiße Korrosion, verglichen mit den meisten konventionellen Superlegierungen
nach dem bekannten Stand der Technik und auch mit Gamma-Strich-Matrix-Legierungen
nach dem bekannten Stand der Technik.
Die folgende Tabelle 1 gibt Beispiele an von Legierungen gemäß der Erfindung zusammen mit verschiedenen Legierungen nach
dem bekannten Stand der Technik. Die Zahlen für die Zusammensetzung sind auf zugefügtes Gewicht bezogen, und es ist so
zu verstehen, daß die Analyse von jeder gegebenen Legierung vielleicht Ausbeutezahlen ergibt, die am Rande unterschiedlich
von den errechneten bzw. erwarteten sind.
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2.3.79 - 9 -
909842/0636
NACHeEREtCHT j
| Pt | Ni | Al | Ti | Cr | Co | W | Mo | Ta | Nb | andere | |
| K | / | 13.28 | |||||||||
| G | 1O.4 | 4.6 | |||||||||
| A | 16.6 | 9.2 | 4.1 | ||||||||
| B | 16.2 | 6.8 | 4.0 | ||||||||
| R | 8.73 | 8.69 | 4.28 | ||||||||
| H | 9.7 | 3.4 | 3.7 | ||||||||
| S | 8.7 | 8.05 | 3.2 | 3.45 | |||||||
| J | 7.1 | 3.2 | 3.4 | 7.8 | 8.1 | 2.0 | |||||
| W | 7.96 | 5.74 | 2.94 | 3.2 | 7.2 | 7.52 | 1.95 | ||||
| GP 4 GP5 |
15.2 | 6.8 4.8 |
3.9 3.7 |
2.6 2.7 |
6.52 7.5 |
8.1 7.9 |
4.1 4.1 |
||||
| L X |
8.08 | 7.2 5.82 |
3.2 2.98 |
3.5 3.23 |
7.8 7.32 |
3.2 2.97 |
6.0 5.62 |
||||
| N | 7.1 | 3.1 | 3.4 | 7.7 | 5.6 | 1.7 | 3.2 | ||||
| Y | 7.98 | 5.73 | 2.94 | 3.19 | 7.24 | 5.26 | 1 .56 | 2.96 | |||
| GP1 | 7.5 | 7.3 | 0.8 | 2 | 6.5 | 2 | 1.0 | 10.5 | .99 | C-.O5 B-.01 ZR-.07 |
|
| GP 2 A | 7.3 | 1.0 | 2.5 | 7.5 | 2 | 1 .5 | 7.0 | 2.5 | C-.08 B-.02 ZR-.05 Hf-1. |
||
| GP 2B | 7.0 | 6.9 | 0.9 | 2.2 | 7.5 | 1.8 | 1.5 | 6«0 | 2.2 | C-.08 B-.02 ZR-.05 Hf-1.5 |
|
| GPS | 4.6 | 10.0 | 1.2 | 2.5 | 7.2 | 2.0 | 1.3 | 5.5 | 2.5 | C-08 B-.02 ZR-.05 |
|
| GPY | 7.5 | 7.05 | 0.8 | 2.0 | 7.0 | 2.0 | 1.0 | 10.0 | 1.0 | C-.05 B-.01 Zr-.07 Y-.3 |
|
| Xi υ |
|||||||||||
| 1 O •H «H U |
|||||||||||
| 1 | |||||||||||
| \ | |||||||||||
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- 10 -
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Die folgende Tabelle 2 und die Figuren 1-5 zeigen
Resultate für verschiedene Legierungen gemäß der Erfindung, verglichen mit verschiedenen Legierungen nach dem bekannten Stand der Technik in Testen, um die Resistenz gegen die Salzkorrosion an der Luft festzustellen. In jeder Figur ist das Ergebnis von Ni3Al (Legierung K) für vergleichende Zwecke
eingeschlossen.
Resultate für verschiedene Legierungen gemäß der Erfindung, verglichen mit verschiedenen Legierungen nach dem bekannten Stand der Technik in Testen, um die Resistenz gegen die Salzkorrosion an der Luft festzustellen. In jeder Figur ist das Ergebnis von Ni3Al (Legierung K) für vergleichende Zwecke
eingeschlossen.
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2.3.79 - 11 -
909842/0636
- 11 '-Tabelle 2
geändert I
Resultate des Salzmantelkorrosionstests bei 900 C (1.5 mg/cm an Na3SO4).
| Legie | Testdauer | 5.1 | rag/cm | 1 1.0 | in Stunden und Gewichtszunahme in | 48 h | 7 | 72 | h | Il | mg/cm | 2 | Il |
| rungen | 32.3 | η | / 2 mg/cm |
10.5 | 2 mg/cm |
N | |||||||
| 4.9 | Il | n | 104.6 | Il | |||||||||
| K | 2.7 | η | 4.8 | Il | 96 h | ||||||||
| G | 4.7 | Il | H | 3.5 | II | 12.3 | 2 mg/cm |
||||||
| A | 24 h | 15.3 | η | 11 | 22.9 | Il | 128.1 | It | |||||
| B | 1.0 | η | Il | 108 | η | 5.4 | Il | ||||||
| R | 13 | η | It | 2.5 | H | 3.8 | Il | ||||||
| H | 2.7 | Il | It | 23.5 | •I | 41 .5 | Il | ||||||
| S | 16.0 | II | Il | 6.5 | Il | 111 | It | ||||||
| J | 1.0 | Il | Il | 29.5 | » | 5.0 | Il | ||||||
| W | 28.9 | It | Il | 3.5 | Il | 23.9 | Il | ||||||
| L | π | 117.8 | Il | 7.8 | Il | ||||||||
| X | 4.1 | 30.3 | Il | ||||||||||
| N | - | ||||||||||||
| Y | 123 | ||||||||||||
| 6.6 | |||||||||||||
| 7.3 | |||||||||||||
| 70.1 | |||||||||||||
| - | |||||||||||||
| 3.2 | |||||||||||||
| 11.2 | |||||||||||||
| 24.5 | |||||||||||||
| 3.7 | |||||||||||||
| 23.5 | |||||||||||||
| 4.3 | |||||||||||||
| 28 | |||||||||||||
| 2 | |||||||||||||
| 75.9 | |||||||||||||
| 3. | |||||||||||||
J 21 P 198
—.10 —
909842/0636
Die folgende Tabelle 3 und Figur 6 zeigen Ergebnisse für die Schwefelungsresistenztests durch völliges Untertauchen
bei 925° C für die Legierung GP5, bezogen auf eine kommerziell
anwendbare Superlegierung.
In den cyclischen Resistenztests gegen Oxidation bestand jeder Cyclus aus dem Erhitzen der Legierung auf 1100° C
und dem Aufrechterhalten dieser Temperatur für eine Gesamtzeit von 40 Minuten und nachfolgendem Abkühlen der Legierung
auf 20° C und dem Aufrechterhalten dieser Temperatur für eine Gesamtzeit von 20 Minuten.
In Figur 7 ist die Legierung MARTi eine kommerziell anwendbare
Legierung einschließlich für Zwecke des Vergleiches und besteht aus Chrom 9 %, Kobalt 10 %, Wolfram (Tungsten) 12 %,
Niob 1 %, Aluminium 5 %, Titan 2 %, Kohle 0.15 %, Bor 0.015 %, Zirkonium 0.05 % und zum Ausgleich Nickel.
Schwefelungstest durch völliges Untertauchen bei 925°C
in 10 % NaCL und Na^SO,.
Testdauer in Stunden und entzündeter Gewichtsverlust
_2
pro Flächeneinheit (mg.cm )
pro Flächeneinheit (mg.cm )
1 Stunde
4 Stunden
15 Stunden
GP 4 GP 5
149.1 mg/cm
9.4
430.7 mg/cm 40.1
-2
völlig korrodiert 8.09 mg/cm
-2
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2.3.79 - 13 -
2901151
Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt definiert werden.
Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen, die Metalle der
Platingruppe enthalten» Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf auf Hickel-Chrom basierende Gamma-Strich-Legierungen,.
die in Gewichtsprozent (abgesehen von Verunreinigungen) aus Aluminium (4 bis 13»5 %), Chrom
(Spuren bis 6 %), einem oder mehreren Metallen der Platingruppe (Spuren bis 20 % insgesamt) und bis zum Ausgleich
Nickel bestehen.
Legierungen gemäß der Erfindung besitzen eine gute Resistenz gegen Korrosion und erhöhte Temperaturen
über 900° C.
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2.3.79
2.3.79
909842/0638
Claims (2)
1. Legierung auf der Basis von Nickel und Chrom, dadurch
gekennzeichnet, daß sie in Gewichtsprozent und abgesehen von Verunreinigungen besteht aus:
Aluminium (4 bis 13.5 %), Chrom (Spuren bis 6 %), einem
oder mehreren Metallen der Platingruppe (Spuren bis 20 % insgesamt) und bis zum Ausgleich Nickel.
2. Legierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eines oder mehrere der Metalle Hafnium (Spuren
bis 5 %), Titan (Spuren bis 6 %) und Tantal (Spuren bis 12 %) enthält.
3. Legierung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie von Spuren bis zum jeweiligen der genannten
Gewichte eines oder mehrere der folgenden Metalle
enthält:
enthält:
Niob 6 %
Kohle 0.15 %
Bor 0.1 %
2.3.79 - 2 -
909842/0636
4. Legierung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Scandium, Yttrium und die Seltenen Erden-Metalle wenigstens teilweise in der Form ihrer jeweiligen
Oxide vorkommen.
5. Legierung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metalle Niob, Kohle, Bor, Kobalt, Molybdän, Wolfram, Zirkonium, Silizium, Magnesium, Eisen,
Mangan und Vanadium wenigstens teilweise in Form ihrer jeweiligen Oxide vorkommen.
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2.3.79 - 3 -
909842/0638
6. Legierung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus Aluminium 7.3 %, Titan 0.8 %, Kobalt 6.5 %, Niob 0.99 %, Molybdän 1.0"%", Tantal 10.5 %, Chrom 2 %,
Wolfram 2 %, Kohlenstoff 0.05 %, Bor 0.01 %, Zirkonium
0.07 %, Platin 7.5 % und zum Ausgleich Nickel besteht.
7. Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie hauptsächlich wie hierin vorhergehend beschrieben ist und in bezug
zu den in Tabelle 1 spezifizierten Legierungen steht.
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20.3.79 - 4 -
909842/0836
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: JOHNSON MATTHEY PLC, LONDON, GB |
|
| 8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: DER ANMELDER LAUTET RICHTIG JOHNSON MATTHEY PLC., LONDON, GB RESTALL, JAMES EDWARD, FRIMLEY, CAMBERLEY, SURREY, GB |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |