DE3012673A1

DE3012673A1 - Austenitische eisen-nickel-legierung

Info

Publication number: DE3012673A1
Application number: DE19803012673
Authority: DE
Inventors: Keh-Minn Chang; Sungho Jin; Jun John W Morris; Gareth Thomas
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-04-01
Publication date: 1980-10-16
Also published as: JPS55134157A; GB2047742A

Description

Die Ei-findung betrifft austenitische Eisen-Nickel-Legierungen, die bei Raumtemperatur gegenüber der spannungsinduzierten martensitischen Umwandlung stabil sind und durch Wärmebehandlung härtbar sind.

Moderne technische Änwendungszwecke für Bau- und Konstruktionslegierungen erfordern häufig, daß diese nicht-magnetisch und korrosionsbeständig sind oder spezielle Wärmeausdehnungseigenschaften besitzen. Diese Erfordernisse machen häufig die Verwendung von üblichen "ferritischen" Strukturstählen unmöglich, die raumzentrierte kubische Kristallstruktur aufweisen, und führen zu der Notwendigkeit der Anwendung von austenitischen Stählen (welche flächenzentrierte kubische Kristallstruktur besitzen) oder von Nichteisenlegierungen. Die Nichteisen-Legierungen haben jedoch im allgemeinen relativ niedere Strukturfestigkeit (bespielsweise Aluminium) oder sind teuer und schwierig zu verarbeiten und handhaben (beispielsweise Legierungen auf Titan- und Nickelbasis) . Auch typische austenitische Stähle haben relativ geringe Festigkeit, wenn sie nicht mechanisch bearbeitet wurden.

Ein besonderer Änwendungszweck für Legierungen des vorstehend erläuterten Typs ist die Anwendung zur Herstellung von Ha,lteringen für große elektrische Generatoren. Die Betriebsbedingungen eines Generators machen es notwendig, daß die

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Legierung nicht ferromagnetisch ist, so daß hochfeste ferritische Konstruktionsstähle dafür nicht verwendet werden können.

Legierungen, die ständig zur Herstellung von Halteringen für Generatoren angewendet werden, sind weiche austenitische Legierungen (beispielsweise austenitischer 18 Mn-5-Cr-0,5 C-Stahl), die im ursprünglichen Zustand weich sind, die jedoch durch Gesenkexpansion oder durch Herstellung des Rings durch ein Explosionsverfahren bis zu einem Maximalwert der Streckgrenze in der Größenordnung von 170 ksi gehärtet wurden.

Eine solche Härtung ist eine komplizierte und kritische Verfahrensstufe bei der Herstellung von Halteringen. Außerdem sind für größere Generatoren, die gegenwärtig geplant werden, höhere Streckfestigkeiten erforderlich.

Im Handel sind einige der thermischen Behandlung zugängliche ausscheidungsgehärtete austenitische Eisenlegierungen erhältlich, die durch Zusatz von Nickel (bzw. Mangan) und Chrom stabilisiert sind, und die entweder Zwischengitteratome, wie Kohlenstoff und Stickstoff, enthalten, welche bei der Wärmebehandlung eine Härtung der Legierung bewirken, indem sie Carbide oder Nitride mit Eisen oder Chrom bilden, oder die Austauschelemente, wie Titan oder Chrom enthalten, die bei der Wärmebehandlung durch Bildung der intermetallischen Verbindung Ni₃(Ti, Al) in der intermediären kubischen γ-Struktur eine Härtung der Legierung bewirken.

Zahlreiche austenitische Stähle, die den vorstehend beschriebenen beiden Gruppen angehören, wurden entwickelt und werden zur Zeit ständig verwendet. Diese Legierungen sind jedoch für gewisse Anwendungszwecke ungeeignet.

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beispielsweise für Halteringe für größere elektrische
Generatoren, weil ihre maximale Festigkeit (im Zusammenhang mit guter Beibehaltung der Zähigkeit) zu niedrig ist. So beträgt beispielsweise die maximale Streckgrenze von
bekannten handelsüblichen, zähen, wärmebehandelbaren
austenitischen Legierungen (beispielsweise der Legierungen

der AISI 600 Serie) weniger als 9843 kp/cm² (140.000 lbs/in ).

2 Etwas höhere Streckfestigkeiten von 11.952 bis 13.358 kp/cm

2
(170 bis 190.000 lbs/in ) werden bei thermisch behandelten

Nickellegierungen, beispielsweise INCO 718 und Pyromet CTX-2 erreicht. Diese Legierungen sind jedoch Nickellegierungen, sind reich an Legierungszusätzen, wie Chrom und sind infolgedessen äußerst teuer. Die Verwendung von Nickel als Legierungsbasis verursacht darüberhinaus Schwierigkeiten beim Schmelzen und der Handhabung, die in einem System auf Basis von Eisen vermieden werden können.

In der nachstehenden Tabelle 5 sind zahlreiche handelsübliche Legierungen anhand ihrer Bezeichnung und ihrer Zusammensetzung angegeben und die Streckfestigkeiten der Legierungen sind gezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche Stahllegierung auf Basis von Eisen zur Verfügung zu stellen, die Nickel und, andere Legierungselemente enthält, und die austenitisch ist, Stabilität gegenüber der spannungsinduzierten martensitischen Umwandlung bei Raumtemperatur hat und befähigt ist, einer Wärmebehandlung zum Erzielen hoher Festigkeit ohne wesentlichen Verlust der Zähigkeit unterworfen zu werden. Die erfindungsgemäße Legierung soll nichtmagnetisch sein, so daß sie speziell geeignet zur Ausbildung

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von Halteringen für elektrische Generatoren ist. Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Gegenstand der Erfindung ist eine Legierung, die hauptsächlich aus mindestens 50 Gew.-% Eisen und etwa 33 bis 45 Gew.-% Nickel besteht. Diese Legierung enthält zusätzliche Metalle, die den Austenit bei Raumtemperatur stabilisieren und welche die Legierung einer Wärmebehandlung zum Erzielen hoher Festigkeit zugänglich machen. Zu diesen anderen Legierungselementen gehören Titan (1 bis 4 Gew.-%) und Tantal (1 bis 5 Gew.-%). Das Nickel scheidet sich mit Titan und Aluminium (bzw. Tantal) in Form einer intermetallischen Verbindung der allgemeinen Formel Ni^X aus, worin X Titan oder Aluminium bedeutet. Das Tantal ist ebenfalls in der Ausscheidung enthalten und führt zu einer höheren Festigkeit. Vorzugsweise enthält die Legierung zusätzlich sogenannte Scavenger-Metalle (d. h. Metalle mit Spül- bzw. Reinigungswirkung), wie Molybdän, Vanadin, Bor, Zirkonium oder Gemische solcher Metalle, welche die Duktilität und Zähigkeit verbessern, indem sie Korngrenzenversprödung verhindern und interkristalline Ausscheidungen unterdrücken.

Die Ausscheidung der Verbindung Ni^X erfolgt durch thermische Alterung. Mit Hilfe einer zweistufigen Alterungsbehandlung, bei der die Legierung in der ersten Stufe bei 700 bis 800 °C und danach in der zweiten Stufe bei 550 bis 750 °C gealtert wird, und bei der die Temperatur der zweiten Stufe mindestens 20 °C weniger als die der ersten Stufe beträgt, werden ausgezeichnete Eigenschaften erzielt. Diese thermische Behandlung macht das Produkt besonders gut geeignet zur Herstellung von Halteringen in großen elektrischen Generatoren, da es nicht-magnetisch ist und durch Wärmebehandlung mit hoher

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-TO-

Festigkeit und Zähigkeit ausgestattet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen ausführlicher erläutert. Die Elemente der erfindungsgemäßen Eisenlegierung werden innerhalb der angegebenen Bereiche ausgewählt, so daß sie austenit-stabil gegen die spannungsinduzierte Umwandlung bei Raumtemperatur sind. Die erfindungsgemäße Legierung ist außerdem durch die Fähigkeit gekennzeichnet, einer Wärmebehandlung zum Erzielen hoher Festigkeit im Vergleich mit anderen austenitischen Stählen auf Basis von Eisen zugänglich zu sein, wobei eine geeignete Duktilität beibehalten wird.

In der nachstehenden Tabelle 1 werden Legierungen gemäß der Erfindung erläutert, während Tabelle 2 bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Legierung angibt.

TABELLE'T

(Grundzusammensetzung) Element . ' Gew.-%

Fe	•	und/oder V
Ni		und/oder Zr
Ti	Summe TA + Nb
Ta	Al
Nb	Mo
	B

über	50
33 -	45
1 -	5
1 -	5
0 -	4
1 -	6
0 -	2
0 -	3
0 -	0.1

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TABELLE 2

(bevorzugte	Element	Legierung)	Gew.-	50 (Rest)
Fe	über	42
Ni	33 -	4
Ti	O —	4
Ta		- 1
Al	0,2	- 2
Mo und/oder V	0,5	- Or¹
B und/oder Zr	0,001

Nachstehend soll eine theoretische Erklärung für die außerordentlich guten Eigenschaften einer Legierung der Zusammensetzung des vorstehend erwähnten Typs gegeben werden. Im Hinblick darauf wurde die nachstehend beschriebene, besonders wirksame Legierung, die als "Legierung A" bezeichnet ist, eingehend untersucht. Die Zusammensetzung dieser Legierung ist in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben. Schwankungen von - 20 % oder mehr im Hinblick auf den Anteil der ersten 4 Elemente in der Tabelle führen noch zu den gleichen außerordentlich guten Eigenschaften. Die letzten drei sogenannten Scavenger-Elemente können sogar in noch stärkerem Ausmaß variert werden oder in gewissen Fällen sogar weggelassen werden.

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	TABELLE 3	Gew.-%
	(Legierung A)	56
Element		36
Fe		3
Ni		3
Ti		0,5
Τα		1,3
Al		0,3
Mo		0,01
V
B

In den vorstehend angegebenen Legierungszusammensetzungen besteht eine wesentliche Wechselwirkung zwischen den Legierungselementen. Einige der wichtigeren Effekte werden nachstehend anhand der einzelnen Elemente erläutert.

Eisen stellt die Legierungsmatrix dar, die in Wechselwirkung mit den anderen Legierungselementen steht. Es verursacht gute Schmelz- und Verformungseigenschaften. Eisen ist außerdem relativ billig und somit kann ein hoher Eisengehalt angewendet werden, der in Übereinstimmung mit der Beibehaltung der gewünschten Eigenschaften steht. Es wurde gefunden, daß Eisen in einer Menge von mehr als 50 Gew.-% bis zu 56 Gew.-% oder darüber eingesetzt werden kann. Eisen stellt den Differenzanteil der Legierung zwischen den anderen Elementen und der Gesamtmenge dar.

Nickel verursacht eine Anzahl von wesentlichen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Produkts. Im allgemeinen liegt der zum Erzielen der gewünschten Festigkeit erforderliche Mindesgehalt an Nickel in der Größenordnung von 34 Gew.-%.

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Höhere Nickelgehalte können zu höheren Festigkeiten führen, können jedoch auch eine wesentlich niedrigere Duktilität verursachen. Bei einer Abstimmung dieser physikalischen Eigenschaften liegt die optimale Höchstmenge des Nickels · in der Größenordnung von 42 bis 45 Gew.-%.

Der Nickelgehalt stabilisiert die austenitische Struktur der Legierung und stellt die Hauptkomponente der intermetallischen Ausscheidung dar, die sich bei der Wärmebehandlung bildet und die hohe Festigkeiten verursacht. Während der thermischen Behandlung kann das Nickel eine intermediäre γ'-Ausscheidungsstruktur der allgemeinen
Formel Ni₃X bilden. In dieser Formel bedeutet X Titan,
Aluminium, Tantal, Niob oder ein Gemisch aus diesen
Elementen. Durch geeignete Wahl der Art und der Menge
des Elements X wird gewährleistet, daß die Ausscheidung der Legierung wesentliche Festigkeit verleiht, ohne daß ein schwerwiegender Verlust der Duktilität verursacht
wird. Wie nachstehend angegeben wird, ist es wichtig, die Korngrenzenausscheidung zu unterdrücken, so daß hohe
Härte ohne einen unannehmbaren Verlust der Zähigkeit erreicht werden kann.

Eine weitere Funktion des Nickelgehalts besteht darin, daß sein Vorliegen dafür verantwortlich ist, ob die Legierung magnetisch oder unmagnetisch ist. Der bestimmende Faktor ist die Menge an Nickel, die nach der Ausscheidung von Ni₃X in der Eisenmatrix verbleibt. Für eine Legierung, die als Haltering für einen elektrischen Generator verwendet wird, ist es wesentlich, daß sie nicht ferromagnetisch ist. Sie ist in geeigneter Weise paramagnetisch mit einer restlichen Permeabilität von nicht mehr als etwa 1 Gauss/Örsted. Um

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diesen magnetischen Erfordernissen zu genügen, sollte der restliche Nickelgehalt der Matrix weniger als etwa 30 Gew.-% betragen. Die Gesamtmenge an Nickel, die zum Erzielen dieses Werts geeignet ist, kann zwar in Abhängigkeit von den anderen Legierungselementen schwanken, es wurde jedoch gefunden, daß der maximale Nickelgehalt der Legierung, bei dem der Ferromagnetismus vermieden wird, etwa 37 Gew.-% beträgt. Der bevorzugte Bereich des Nickelgehalbes für die Zwecke der Erfindung beträgt daher 33 bis 37 Gew.-%.

Titan nimmt an der Ausscheidungsreaktion teil, welche die Elärtung der Legierung bewirkt. Es bildet eine harte Ausscheidung mit γ¹ (Ni^X)-Struktur. Der Anteil an Titan wird so gewählt, daß der Legierung hohe Festigkeit verliehen wird, wobei die Korngrenzen-Ausscheidung vermieden wird. Zu diesem Zweck geeignete Titangehalte liegen im Bereich von 1 bis 4 Gew.-%, bevorzugte Gehalte im Bereich von 2 bis 4 Gew.-% und optimale Gehalte in der Größenordnung von 3 Gew.- %.

Aluminium ist mit einem Texl des Titans austauschbar, da es eine ähnliche Funktion hat. Es verleiht allerdings der Ausscheidung Ni.,X keine so hohe Härte wie Titan. Es vermindert jedoch die Gitteiabweichungen und unterdrückt somit die Korngrenzen-Ausscheidung. Es kann somit in einer Menge von etwa 0 bis 2 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge in der Größenordnung von 0,2 bis 1 Gew.-% vorhanden sein.

Tantal ist ein wesentliches Element zum Erreichen der hohen Festigkeit der erfindungsgemäßen Legierung. Es nimmt ebenfalls an der Ausscheidung der Verbindung NioX teil und

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verbessert die Fähigkeit dieser Ausscheidung, die Legierungen zu härten. Es wird angenommen, daß dies auf die verstärkten Gitter unterschiede zwischen der Ausscheidung und dem Gitter wegen der relativ hohen Größe des Tantalatoms zurückzuführen ist. Niob hat die gleiche Funktion wie Tantal und kann in der intermetallischen Ausscheidung anstelle von Tantal vorliegen. Niob ist als Legierungszusatz nicht so wirksam wie Tantal. Da es jedoch billiger als Tantal ist, kann es zum teilweisen Austausch eingesetzt werden.

Die Gesamtmenge an Tantal und Niob liegt in geeigneter Weise im Bereich von etwa 1 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-%, wobei Mengen in der Größenordnung von 3 Gew.-% optimal sind. Wie vorstehend angegeben wurde, wird Tantal stärker bevorzugt als Niob und Tantal wird in einer Menge von mindestens 1 Gew.-% eingesetzt. Wenn vom Kostenstandpunkt nichts dagegenspricht, ist Tantal vorzugsweise in einer Menge von etwa 2 bis 4 Gew.-% anwesend.

Die intermediäre Ausscheidung, die sich während der Wärmebehandlung der Legierung bildet, und die Titan und Aluminium, jedoch nicht Tantal oder Niob enthält, ist kubisches γ'(Ni-X) Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil an Tantal für sich oder in Kombination mit Niob relativ groß im Hinblick auf den Titan- und Aluminiumgehalt. In diesem Fall kann als Struktur der intermediären Ausscheidung tetragonales γ¹¹ Ni-,Χ gebildet werden. Dies ist auf die relativ großen Atome von Tantal und Niob in der Ausscheidung zurückzuführen. Es wird angenommen, daß

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diese Struktur zu einer wesentlichen Erhöhung der Festigkeit führt.

Reinigungs- bzw. Spülelemente (Scavengering-Elemente) können zugesetzt werden, um die Duktilität und Zähigkeit der Legierung zu verbessern, indem die Korngrenzenversprödung vermieden und interkristalline Ausscheidungsbildung unterdrückt wix*d. Zu geeigneten Reinigungselementen gehören Molybdän, Vanadin, Bor und Zirkonium, wobei die ersten drei Elemente bevorzugt werden.

Die Gesamtmenge an Molybdän und Vanadin kann bis zu 3 Gew.-% betragen und der bevorzugte Bereich liegt in der Größenordnung von 0,5 bis 2 Gew.-%. In einem geeigneten Gemisch liegt Molybdän in einer Menge in Bereich von etwa 1 bis 1,5 Gew.-% und Vanadin im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% vor. Bor und/oder Zirkonium dienen als oberflächenaktive Mittel in den Korngrenzen und sollten nur in kleinen Mengen, beispielsweise von etwa 0,001 bis 0,1 Gew.-%, angewendet werden.

Im allgemeinen ist die Festigkeit des gebildeten Produkts umso größer, je höher die Menge der zusätzlich zu Eisen und Nickel vorliegenden Legierungselemente ist. Eine höhere Festigkeit ist jedoch normalerweise von einem gewissen Maß an Sprödigkeit begleitet. Diese Faktoren sollten aufeinander abgestimmt werden. Zu diesem Zweck wird bevorzugt, daß die Gesamtmenge dieser Legierungselemente, die zusätzlich zu Eisen und Nickel vorliegen, 4 bis 10 Atomprozent und vorzugsweise 7 bis 8 Atomprozent beträgt.

Ein Hauptvorteil der Legierungen des erfindungsgemäßen Typs ist ihre Fähigkeit, sich bei erhöhten Temperaturen in

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weichem Zustand in die endgültig gewünschte Form verformen zu lassen und dann einer thermischen Behandlung zugänglich zu sein, um die gewünschte Festigkeit zu erreichen. Diese Fähigkeit ist besonders wichtig, wenn die Legierung zur Herstellung von großen Teilen, wie Halteringen für eletrische Generatoren, verwendet werden soll. Durch Regelung der Dauer und Temperatur der Wärmebehandlung in einer Behandlungsfolge, die auf die Zusammensetzung der jeweiligen Legierung abgestellt ist, können Streckfestig-

2 keiten in der Größenordnung von 10.546 bis 15.820 kp/cm (150.000 bis 225.000 psi) bei guter Beibehaltung der Duktilität erreicht werden.

Die anzuwendenden spezifischen Behandlungsbedingungen hängen von der gewählten Legierung ab. Die nachstehend beschriebene Verfahrensfolge läßt sich auf viele erfindungsgeraäße Legierungen anwenden.

In einer ersten Stufe wird die Legierung normalerweise unter üblichen Bedingungen, wie bei einer Temperatur von 1200 C, während etwa 24 Stunden homogenisiert. Dann wird die Legierung vorzugsweise warm bearbeitet oder geschmiedet, was bei einer Temperatur in der Nähe der Rekristallisationstemperatur, beispielsweise 1100 C und vorzugsweise bei nicht weniger als 1000 C erfolgt. Diese Warmbearbeitung zerstört den gußartigen Charakter der Legierung und verursacht das Auftreten einiger Versetzungen. Danach wird die Legierung, vorzugsweise durch übliches Abschrecken mit Wasser, auf Raumtemperatur abgeschreckt. Gewünschtenfalls kann die Legierung vor dem Abschrecken bei einer Temperatur von 950 bis 1200 C getempert werden. Die Temperungstemperatur sollte so niedrig sein, daß wesentliches Kornwachstum

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verhindert wird, sollte jedoch so hoch sein, daß keine starken interkristallinen Ausscheidungen auftreten.

Es wurde gefunden, daß mit Hilfe eines zweistufigen Alterungsprozesses der nachstehend beschriebenen Art eine wesentliche Erhöhung der Legierungsfestigkeit auftritt. In der ersten Stufe wird die Legierung mindestens 2 Stunden, jedoch weniger als die Dauer, bei der Überalterung beginnt (etwa 100 Stunden) bei 700 bis 800 ⁰C gealtert. Eine 4-stündige Alterung hat sich in dieser Stufe als zufriedenstellend erwiesen. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die erste Stufe im Temperaturbereich von 725 bis 775 °C durchgeführt wird. Optimale Ergebnisse werden durch eine Behandlung bei einer Temperatur in der Größenordnung von 750 °C während etwa 4 Stunden erzielt. Nach der ersten Stufe kann die Legierung vor Durchführung der zweiten Stufe mit Wasser abgeschreckt werden. Gemäß einer wahlweisen Ausführungsform kann sie durch Ofenkühlung von der ersten Stufe auf niedrigere Temperatur der zweiten Stufe abgekühlt werden, wonach ein Abschrecken mit Wasser erfolgt.

Die zweite Alterungsbehandlung erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 550 bis 750 °C, um die Eigenschaften der Legierung weiter zu verbessern. Für diese Stufe gelten die gleichen Einschränkungen wie für die erste Stufe. Es wird bevorzugt, die zweite Stufe bei einer um mindestens 20 C niedrigeren Temperatur als die erste Stufe durchzuführen. Gute Ergebnisse werden bei Temperaturen von etwa 650 bis 700 C erreicht, wobei die optimalen Ergebnisse bei etwa 670 C erzielt werden. Nach der zweiten Stufe

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sollte die Legierung rasch auf Raumtemperatur abgekühlt werden, beispielsweise durch Abschrecken mit Wasser.

Legierung A, die unter den vorstehend angegebenen bevorzugten Bedingungen einer Wärmebehandlung unterworfen worden war, wurde durch Transmissions-Elektronenmikroskopie untersucht. Die Legierung wurde bei 1100 C geschmiedet und erhielt ein wesenbliches Ausmaß der Warmbearbeitung. Sie ist durch eine Bänderstruktur mit relativ hoher Dichte von Versetzungen gekennzeichnet. Nach der zweistufigen Alterungsbehandlung zeigte das Produkt eine feine Verteilung der γ'-Ausscheidung, eingebettet in die Austenit-Matrix. Legierung A hatbe eine Streckgrenze von 205 ksi und einen

2
Wert K von 112,5 ksi in . Ohne Temparung vor dem Altern betrug die R ,-Härte etwa 45 bis 46. Bei Durchführung einer Temperung vor der Alterung schwankte die R -Härte im Bereich von etwa 37 bis etwa 41 nur für die erste Alterungsstufe und von etwa 41 bis etwa 44 bei der zweistufigen Alterung.

In der nachstehenden Tabelle 4 sind Beispiele für verschiedene erfindungsgemäße Legierungszusammensetzungen, deren Wärmebehandlung und die dabei erzielten Eigenschaften der Legierung angegeben.
In dieser Tabelle werden folgende Abkürzungen benutzt:

Y.S. - Maximalwert der Streckgrenze;

T.S. - Zugfestigkeit;

el. - Dehnung;

R.A. - Flächenverminderung;

Rest - restlicher Anteil auf 100 %.

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A.N. - 1 Stunde bei 1000 C getempert und

mit Wasser abgeschreckt; Af - bei 1100 C geschmiedet und mit Wasser

abgeschreckt; F.C. - im Ofen abgekühlt.

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TABELLE'4

Beispiele für austenitische Legierungen auf Fe-Basis, die

ZUSAMMENSETZUNG

££jiiII.Iilik£iÜ2.1 I

1. Rest- 31,5 - Ί,5 °,015

2. Rest 33 3 3 - -

3. Rest 3 6

^· Rest 36

O 5. Rest 36,5
ω

Q 6. Rest 36

NJ 7. Rest 36

^ 8. Rest Ί2

9· Rest Ί2

10.Rest Ί0
I.Rest Ί0
12.Rest Ί0
13.Rest Ίο
H.Rest Ί0
5.Rast (,ο
16.Rest Ίο
17.Rest 38

0,5
0,3
0,5

1,3

- o,oi
0, 3 0, 0 1

2,5

0,3 C, 01

3,5 3,5 3,5 3 2

0,6

3 1

- 1

2,5 2,5 1

3 1

2 1
1,5 2,5 I
2,5 1,5 I

Ίι5

0,6 1,6 0, Ί ϋ,Οΐ:.

,6 0, Ί 0, 0 1 2

0,3 C.Ol

0,3 0,01

0, 3 0, 01

0,3 0,01

0,3 qοι

ο, 3 ο, ο ι

0,3 0,01

- ο,οι

0,3

* -proportionale Grenze des Biegetests,

a enthalten und el.

155*

181 211

205 232

205

220

220
222

21Ί
179
200
185
193
183
188
181

222 230

238 2Ί8

259 225 2Ί6 237 2Ί5 236 236 220

R.A. (S)

20 53 19 67

15
18

27 Ί7

818
13,Ί

10 16

23 5Ί

18 28

26 33

22 26

25 ΊΊ

25 50

15 28

ihre Zugeigenschaften WÄRMEBEHANDLUNG

AN τ
AS +
Af +

75O⁰CA tu 72C°C/12 h,-

:/12 h. :/I2 h.

AN
AN
Af

720-68c¹

725'

h.

τ 625 C/8 h-

72O°C/8 h. 620°C/8 h.

h. h.

750'
670^c

72O°C/8 h. 62O°C/8 h.

-F.C,

750 C/2h. - F.C. 625°C/6h.

75O⁰CM h. 67O⁰CM h.

- F.C.

Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, werden die besten Kombinationen der physikalischen Eigenschaften bei den Proben 3 und 5 bis 18 erreicht.· Es wird angenommen, daß der Grund für die niedrigeren Streckfestigkeiten bei den Proben 1, 2 und 4 darin besteht, daß der Austenit in der Legierung nicht stabil war und in Martensit umgewandelt wurde, bevor die plastische Streckfestigkeit erreicht war. Dies macht die wichtige Wechselwirkung zwischen den Elementen bei der Bildu.no- einer Legierung, die "im-Hinblick auf die spannungsinduzierte -martensitische Umwandlung bei Raumtemperatur stabil ist, ersichtlich. Es ist festzustellen, daß Probe 6 nach der thermischen Behandlung paramagnetisch ist.

In Tabelle 5 werden verschiedene Beispiele von handelsüblichen nicht magnetischen Legierungen hoher Festigkeit aufgeführt. Die Eisenlegierungen (1 bis 7) haben wesentlich niedrigere Festigkeit als die erfindungsgemäßen Legierungen, während die Superlegierungen (8 bis 21) auf Nickelbasis weit teurer sind und in gewissen Fällen schlechtere Festigkeit besitzen.

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BAD ORIGINAL

CJ O O £■» NJ

OO cn

	BEZEICHNUNG	TABELLE 5	NI	Cr	H--	hoher	Festigkeit	- 1,25	T!	5	Nb	Gew.-%	3	; W	•	-	0	C	0,	B	I	andere	3V	085Zr	STRECK GRENZE	ZUGFESTIG KEIT
		nichtnagnetische Legierungen	26	15	1,4		ZUSAMMENSETZUNG,	- 1,25	2,1		-	Al	■6	2 -	■	-	0	,05	0,	,003	+ 0,	5V	05Zp	(ksl)	(ks!)
Handelsübliche	A-286		26	15	0,25		Co Ho	- !,75	3		-	0,	3	25 -	-	0	,06	0,	,003	+0,		06Zr	100	146
	V-57	Fe	26	13.5	1,65			-	3		-	0,	5,	15 -	-	0	,02	o,	05		05Zr	06Zr	119	172
	W 545	Rest	25	16	0,05		-	4		0.5	0,	1,	15 -	5 -	0	,03			+ 0,	4N		133	181
1.	Unltemp 212	Rest	4	22	9		- 6	-		-	o,	4	3 -	0	,55		-	+ 0,	15W		134	187
2.	Armco 22-4-9	Rest-	25	16	2		-	-		-		1 .	-	0	,1		-	+ 0,	5V		102	162
3.	16-25-6	Rest	7,5	7,5	9		,5 3,75	-	2	-	-	1,	0 -	0	,5		-	+ 1,	05Cu		I 12	142
4.	UnI loy 888	Rest	Rest	15	0,1		- 9.-5	2,	75	-	-	0,	9 3.4	0	,12		-	+ 0,			115	160
5.	' Inconei 700	Rest	Rest	13	0,25		4	0,		2.3	4,	2 -	0	,14	0,	-			2Cu	104	171
6.	Incone 1 713	Rest	Rest	19	-	23	3	3		-	1	4 -	0	, 15	0,	003		+1V+0.05Zr		107	121
7.	Udlmet 500	0.7	Rest	10	-		,5 4,3	5		-	1,	4	0	,18	0,	015	+ 0,		1 10	157
8.	. IN-IOO	2,5	Rest	19,5	0-5	18	-	3		-	o,	5 -	0	,1	0,	005	+ 0,	118	135
9.	Naspalay	4	Rest	!2	-	15	10	4	6	-	0,	2 -	0	,1		05	+ 0_v	120	188
10	. N1crotung	-	Rest	19	0,02	13	,2 1,6	2 ,	2	-	6 -	0	,15	0;		+ 0,	120	130
Il	. H 252	2,0	Rest	16	0,05	10	6	3,		-		0	,24	0,	08		122	180
12	. Unltemp 1753	-	Rest	13	0, 15	10	,5 5	3	5	-		0	,05	0,	015		130	194
13	, Incoloy 901	2,1	Rest	15	-	7	4	3,		-		0	,15	0,	025		130	175
14	. Udlmet 700	9,5	Rest	15	0,75		1 10	3	1	-		0	,05		01		' ,140	-■- 205
15	. D 979	34	Rest	19	0,Ί	18	-	3,	75	-	0	,09				■\|46	204
16	, Rene 41	1,0	Rest	16	0,2		- 3	I,	8	2,9	0	,03		-	+ 0,	154	^: 193
17	. Incoloy 706	28	Rest	19	0,2	1	0,	5,2		,04		-	161	193
18	. I nconeI 718	5										175	212:
19		40
20		18
21

LJ I

CO

is)

CO

Claims

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK ALSO PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE KARL LUDWIQ SCHIFF (196*-1978) DIPL. CHEU. DR. ALEXANDER V. FUNEf» DIPL. ING. PETER STREHL DIPL. CHSM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. INQ. DIETER EBBINQHAUS DR. ING. DIETER FINCK TELEFON (Οββ) 48 2ΟΒ* TELEX 5-33 ββ5 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN THE REGENTS OF THE · DEA-14 588 UNIVERSITY OF CALIFORNIA

1. April 1980

Austenitische Eisen-Nickel-Legierung

Patentansprüche

1. Austenitische Eisen-Nickel-Legierung, die bei Raumtemperatur beständig gegen die spannungsinduzierte Umwandlung ist, gekennzeichnet durch den Gehalt an

mindestens 50 Gew.-% Eisen, etwa 33 bis 45 Gew.-% Nickel, etwa 1 bis 4 Gew.-% Titan,
und etwa 1 bis 5 Gew.-% Tantal.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich 0,2 bis 2 Gew.-% Aluminium enthält.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines der Scavenger-Elemente Molybdän oder Vanadin oder eines Gemisches dieser Elemente enthält.

4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich etwa 0,01 bis 0,1 Gew.-% Bor enthält.

5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie nicht ferromagnetisch ist und weniger als 30 Gew.-% verbliebenes Nickel in nichtausgeschiedener Form enthält.

6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß sie 33 bis 37 Gew.-% Nickel enthält.

7. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sie etwa 2 bis 4 Gew.-% Titan enthält.

8. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzei chnet , daß sie etwa 2 bis 4 Gew.-%

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Tantal enthält.

9. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Gesamtmenge der außer Nickel und Eisen vorliegenden Legierungselemente etwa 4 bis 10 Atomprozent beträgt.

10. Legierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Gesamtmenge der anderen Legierungselemente etxva 7 bis 8 Atomprozent beträgt.

11. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß sie durch thermische Alterung unter Ausscheidung einer intermetallischen Verbindung der allgemeinen Formel Ni₃X₇ worin X Titan, Aluminium, Tantal, Niob oder ein Gemisch solcher Elemente bedeutet, gehärtet wurde.

12. Austenitische Eisenlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn ze ich net durch einen Gehalt an mindestens 50 Gew.-% Eisen, etwa 34 bis 45 Gew.-% Nickel, etwa 2 bis 4 Gew.-% Titan, etwa 2 bis 4 Gew.-% Tantal und etwa 0,2 bis 2 Gew.-% Aluminium.

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13. Legierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich mindestens 0,5 bis 3 Gew.-% eines der Scavenger-Metalle Molybdän, Vanadin, Bor, Zirkon oder ein Gemisch solcher Metalle enthält.

14. Verfcihren zur Wärmebehandlung einer Eisen-Nicke-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß man die Legierung einer ersten Alterungsbehandlung während 2 bis 100 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von etwa 700 bis 800 ⁰C und danach einer zweiten Alterungsbehandlung während mindestens 2 Stunden bei einer niedrigeren Temperatur im Bereich von etwa 550 bis 750 °C unterwirft, wobei die zweite Alterungsbehandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die mindestens 20 °C niedriger als die Temperatur der ersten Alterungsbehandlung ist, so daß eine Legierung gebildet wird, die bei Raumtemperatur austenit-stabil gegen spannungsinduzierte Umwandlung ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl vor der ersten Alterungsbehandlung homogenisiert und dann bei einer Temperatur von mindestens 1000 ⁰C geschmiedet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,. dadurch gekennzeichnet , daß die erste Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von etwa 725 bis 775 C und die

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zweite Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von etwa 650 bis 700 °C durchgeführt wird.

17. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß man die Legierung einer thermischen Alterung unter Ausscheidung einer intermetallischen Verbindung der allgemeinen Formel Ni₃X, in der X eines oder mehrere der Elemente Titan, Aluminium, Tantal, Niob bedeutet, unterwirft.

18. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß sie die Form eines Halterings für einen elektrischen Generator aufweist.

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