DE2940532C2

DE2940532C2 - Nickel-Eisen-Gußlegierung

Info

Publication number: DE2940532C2
Application number: DE19792940532
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Birmenstorf Brugger
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: COMPREX AG BADEN AARGAU CH
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1986-04-30
Also published as: DE2940532A1; SE448744B; JPS5647548A; SE8006248L; JPH021219B2; CH643594A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Eisen-Nickel-Gußlegierung.

Derartige Gußlegierungen sind aus der schweizerischen Patentschrift CH-PS 6 02 949 bekannt Bei diesen Werkstoffen konnte eine optimale Kombination von Festigkeit und thermischem Ausdehnungskoeffizienten festgestellt werden, sofem die Komponenten Nickel, Titan, Kobalt und Niob folgender Gesetzmäßigkeit genügen:

%Ni + 0,7 (%Co) - 1,25 [%Ti + 0,35 (%Nb)] - 2 (%Ti) / (VoTi + %Nb) = 37 bis 39

Es heißt jedoch, daß eine solche ausgehärtete Legierung, sofern ihre Zusammensetzung nicht nach obiger Formel erfolgt, wohl die Streckgrenze von 350 N/mm² bei 20⁰C bei entsprechend hohem Titangehalt aufweisen kann, daß jedoch dann ein Ausdehnungskoeffizient kleiner als 5 χ 10-*/° C im Temperaturbereich von 20 bis 300° C nicht erzielt wird.

Weiter heißt es, daß für die angestrebte Zugfestigkeit der minimal erforderliche Gehalt an freiem Titan mindestens 1,7 Gew.-% betragen muß, und daß nur bei erhöhtem Titangehalt von 2% und mehr eine gute Oberflächenbeschaffenheit bei Gußstücken erreicht wird.

Bei diesen bekannten Gußlegierungen ist überdies ein Kobalt-Gehalt zwischen 5 und 16 Gew.-% erforderlich, um den linearen Ausdehnungskoeffizienten insbesondere im Bereich zwischen 300 und 600° C niedrig zu halten.

Die US-Patentschrift 22 66 481 befaßt sich mit der Verbesserung des linearen Ausdehnungskoeffizienten von Eisen-Nickel-Titan-Legierungen bei ausreichenden mechanischen Festigkeitseigenschaften. Die Legierung nach

dieser Entgegenhaltung weist folgende Zusammensetzung auf: 393 bis 443% Nickel 2 bis 3,5% Titan, 0,00! bis 0,07% Kohlenstoff, wobei die Ni-, Ti- und C-Gehalte einer Abstimmungsregel folgen, Rest Eisen. Diese Legierung kann geringe Gehalte und Verunreinigungen wie Co, Mn, Si, AL S, P und andere Elemente enthalten. Der mit 5% angegebene Co-Gehalt zielt in Richtung der Legierungsvorschrift der schweizerischen Patentschrift 602949.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gußlegierung auf Nickel-Eisen-Basis mit niedrigem thermisehen Ausdehnungskoeffizienten zu schaffen, wobei die Zusammensetzung der wichtigsten Komponenten sich nicht innerhalb der Grenzen der bekannten Formel bewegen muß.

Dieses Problem wird mit der im Patentbegehren vorgesehenen Legierungsvorschrift gelöst

Überraschenderweise konnte anhand von Versuchen festgestellt werden, daß die vorgeschlagene Legierung bei einem Minimalgehalt an Titan eine Reduzierung des Kobalts auf den angegebenen Gehalt mindestens gleichwertige Eigenschaften bewirkt, wie sie die bekannten Legierungen aufweisen.

Der besondere Vorteil ist nunmehr darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Legierung aufgrund der derzeitigen hohen Beschaffungskosten für Kobalt wesentlich kostengünstiger wird.
so Anhand von 2 Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend erläutert

Beide untersuchten Legierungen wurden im Vakuum erschmolzen, in Metallformen zu Stangen mit 14 mm Durchmesser vergossen und unter Vakuum verfestigt Um Porositäten auszuscheiden, wurden die Stangen bei 1120° C auf 6 mm Durchmesser warmgewalzt und dann während 5 Stunden einer Wärmebehandlung bei 650° C unterzogen. Dieses Stangenmaterial wurde spanabhebend zu Festigkeitsproben verarbeitet

Eine erste Legierung mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%):

Nickel 423%, Kobalt 2,14%, Titan 1,66%, Niob 0/43%, Aluminium 0,13%, Kohlenstoff 0,003%, Silizium 0,05%, Rest Eisen und weitere erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

und eine zweite Legierung mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%):

Nickel 37,4%, Kobalt 1,99%, Titan 1,70%, Niob 0,51%, Aluminium 0,07%, Kohlenstoff 0,002%, SUizium 0,04%, Rest Eisen und weitere erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

wiesen nachstehende Eigenschaften auf:

Temperaturbereich (° C) Linearer Ausdehnungskoeffizient (χ 10~ ⁶/°C)

1. Legierung 2. Legierung

20-100 20-200 20-300 20-350 20-400 20—500 20—600

3,3
33
3,5
4,0
43
6,7
8,2

03 13 4,2 4,7 6,5 8,1 9,5

Diese Ergebnisse wurden erzielt, obwohl der Gehalt an Nickel, Kobalt, Titan und Niob nach der einleitend genannten Formel bei der ersten Legierung 40,5% und bei der zweiten Legierung 343% beträgt. Die mechanischen Eigenschaften der beiden Legierungen wurden bei Raumtemperatur und bei 600⁰C gemes- is

Legierung

Versuchstemperatur (⁰C)

Eugfestigkeit
(N/mm²)

Streckgrenze
(N/mm²)

Dehnung (%)

20

600

1045

1100

760

1030

780

760

25 17 13 13

Diesen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß eine derartige erfindungsgemäße Gußlegierung besonders geeignet ist für mechanisch und thermisch hoch belastete Maschinenteile, beispielsweise Rotoren von gasdynamischen Druckwellenmaschinen.

Claims

Patentansprüche:

1. Aushärtbare Nickel-Eisen-Gußlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 5 χ ΙΟ-⁶/"C bei 20 bis 300⁰C und einer Streckgrenze von über 350 N/mm² bei 20⁰C, bestehend aus 35 bis 45 Gew.-% Nickel, weniger als 4 Gew.-% freies Titan, 0 bis 1 Gew.-°/o Niob, 1,5 bis Z5 Gew.-% Kobalt, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

2. Gußlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Nickelgehalt von 423 Gew.-%, einen Kobaltgehalt von 2,14 Gew.-%, einen Titangehalt von 1,66 Gew.-% sowie einen Niobgehalt von 0,43 Gew.-%.

ίο

3. Gußlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Nickelgehalt von 37,4 Gew.-%, einen

Kobaltgehalt von 1,99 Gew.-°/o, einen Titangehalt von 1,70 Gew.-°/o sowie einen Niobgehalt von 0,51 Gew.-%.