DE3207709A1

DE3207709A1 - Superlegierung auf kobaltbasis

Info

Publication number: DE3207709A1
Application number: DE19823207709
Authority: DE
Inventors: Paul Kokomo Ind. Crook
Original assignee: Cabot Corp 02110 Boston Mass; Cabot Corp
Current assignee: Deloro Stellite LP
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1982-09-30
Also published as: RO84749A; SE8201352L; JPS57161046A; CA1183704A; ES8302792A1; NL8200896A; CH652753A5; ES510102A0; US4415532A; AU8101482A; SE457452B; FR2501237A1; AU543710B2; GB2094342A; GB2094342B; IT1157005B; IT8267254A0; RO84749B; AR228770A1; BR8201086A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kobalt-Chrom-Eisen-Superlegierungen und insbesondere Co-Cr-Ee-Legierungen, die in verschiedener Form verfügbar sind und wegen ihrer wertvollen Kombination von Eigenschaften zur Verwendung unter besonders schwierigen Bedingungen geeignet sind.

Die Entwicklung der gegenwärtigen Superlegierungen hat eine sehr interessante Geschichte durchlaufen. Vom praktischen G-eSichtspunkt her stellten die frühen Legierungen von Elwood Haynes (cirka 1905) den grundlegenden Ursprung der modernen Kobalt-Ghrom-Superlegierungen der Handelsmarke "STELLITE" dar. Diese Legierungen wurden in den US-Patentschriften 873 745, 1 057 423 und anderen beschrieben. Etwa dreißig Jahre später fand Charles H. Prange eine ziemlich ähnliche Legierung auf Kobaltbasis, deren Verwendung alB Gußmetall-Dentalmaterial und in der Prothetik in den US-Patentschriften 1 958 446, 2 135 600 und anderen beschrieben ist. Die Legierung von Prange iöt als "Vitallium" bekannt.

Die Entwicklung der Gasturbinen-Maschinen in den frühen 1940'em schuf einen Bedarf an Materialien, die starken Kräften bei hohen Temperaturen widerstehen können. Die US-PS 2 381 459 offenbart modifizierte "Vitallium"-Legierungen von Prange, die für die Verwendung als Gasturbinen-Maschinenbestandteile modifiziert wurden.

Die wichtigste aus der ursprünglichen "Vitallium"-Legierung abgeleitete Legierung ist STELLITE-Legierung J)Jr. 21, die in den US-Patentschriften 2 381 459 und 2 293 206 beschrieben ist, und den hohen Temperaturanforderungen der Industrie gerecht wird. Die grundlegende Zusammensetzung der Legierung 21 wurde in vielen anderen

_ 4 —

kommerziellen Superlegierungen modifiziert und weiterentwickelt, da ein Bedarf an Verbesserungen bestand, um den bei Gasturbinen-Maschinen und anderen modernen .Anwendungen erforderlichen strengen Anforderungen gerecht zu werden.

Es wurden hunderte Legierungen auf Kobalt- und Nickelbasis für diese Anwendungen erfunden und entwickelt. Dieses starke Bedürfnis besteht noch heute. Aus praktischer Sicht sind selbst kleinere Vorteile bei hochbeanspruchten Maschinen in den meisten Fällen durch die Verfügbarkeit von Materialien, die den neuen und noch strengeren Anforderungen standhalten können, prinzipiell begrenzt. .

Eine sorgfältige Studie der verschiedenen bisher erfundenen wertvollen Legierungen zeigt, daß eine subtile, scheinbar unbrauchbare Modifizierung von existierenden Legierungen eine neue und nützliche Legierung hervorbringen kann, die für bestimmte spezielle Anwendungszwecke brauchbar ist. Solche Modifizierungen umfassen beispielsweise 1. eine neue Höchstgrenze für eine bekannte Verunreinigung, 2. einen neuen Bereich für ein wirksames Element, 3. ein kritisches Verhältnis bereits beschriebener bestimmter Elemente und dergleichen. Bei der Entwicklung von Superlegierungen werden wertvolle !Portschritte nicht notwendigerweise durch große Portschritte neuen Wissens oder der Technik gemacht, sondern durch kleinen unerwarteten, aber effektiven Zuwachs.

Die Fachleute auf dem Gebiet der Superlegierungen beobachten andauernd die bekannten Probleme und entwickeln die bekannten Legierungen fort. Trotzdem bleiben manche Probleme viele Dekaden lang ungelöst, bis eine verbesserte Legierung erfunden werden muß, um das Problem zu lösen. Eine

solche Verbesserung kann nicht als naheliegend abgetan oder als bloße Erweiterung des Standes der Technik angesehen werden, obwohl sie oft in der Rückschau einfach erscheint.

In Anbetracht der vielen Hundert bekannter verfügbarer Legierungen besteht ein Bedarf an Legierungen mit wertvollen Eigenschaften-Kombinationen, die für Hartbeschichtungsverfahren geeignet sind. Solche Eigenschaften-Kombinationen, wie die Abriebbeständigkeit Metall zu Metall, die Hitzehärte, Zähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Cavitation und Erosion und die Korrosionsbeständigkeit ist in bestimmten speziellen Maschinensystemen, wie z. Bsp. Kugelventilen und Sperrschieber für die Dampf- und Flüssigkeitsregelung erforderlich. In vielen Patenten sind Legierungen beschrieben, die eine oder mehrere dieser und anderer Eigenschaften bis zu einem hervorragenden Ausmaß begünstigen. Die Tabelle I zeigt eine Anzahl Patente und Legierungen aus dem Stand der Technik, die im wesentlichen kobaltreiche Legierungen beschreiben, die Chrom und modifizierende Elemente enthalten. Weiterhin von Interesse sind die US-PS 2 713 537, die Legierungen mit niedrigem Chrom- und hohem Vanadium- und Kohlenstoffgehalt beschreibt,

die US 2 397 034, die die S-816-Legierung'mit einem niedrigen Chrom- und hohem Kickelgehalt beschreibt, die US-PS 2 983 603, die die S-816-Legierung der US-PS 2 397 034 mit einem Zusatz von Titan und Bor beschreibt, die US-PS 2 763 547, die in Tabelle I aufgeführt ist und auch eine Abänderung der Legierung der US-PS 2 397 034 beschreibt. Die US-PS 2 947 036 beschreibt die Legierung der US-PS 2 974 037 mit einem modifizierenden Zusatz von Tantal und Zirkonium, die US-PS 2 135 600 und 2 180 549 beschreibt Abänderungen von Wolfram- und Molybdenreichen Legierungen, wie sie im wesentlichen in der US-PS 1 958 446 beschrieben sind. Auch die bereits genannte Le-

gierung 21 "Vitallium" ist bekannt. Diese Legierung wurde mehr als dreißig Jahre lang unter schweren Bedingungen, z.Bsp. als eine Gasturbinenmaschinen-Komponente, verwendet PS 2 581 459).

Jede dieser bekannten Legierungen, die im allgemeinen aus Eisen-Kobalt-Nickel-Wolfram und/oder Molybdän-Chrom zusammengesetzt ist, hat eine Anzahl wünschenswerter Maschinencharakteristiken. Jedoch hat keine die oben genannten wertvollen Eigenschaften-Kombinationen: Abriebbeständigkeit Metall zu Metall, Hitzehärte, Zähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation und Erosion und Korrosionsbeständigkeit, und zwar zusammen mit einem niedrigen Gehalt an.Kobalt und strategischen Metallen und Zugänglichkeit in verschiedenen Formen einschließlich von Gegenständen für die Hartbeschichtung, Gußteilen, Plättchen und dünnen Platten.

Es ist ein grundlegendes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Superlegierung mit hervorragenden Eigenschaften-Kombinationen einschließlich der Abriebbeständigkeit Metall zu Metall, Hitzehärte, Zähigkeit, und der Kavitations-, Erosions- und Korrosionsfestigkeit zu schaffen.

Es ist ein weiteres wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Superlegierung bei niedrigeren Kosten und niedrigerem Emnsatz an strategischen wichtigen "bzw. wertvollen 'Metallen zu schaffen, die Kobalt, Tantal, Wolfram usw. umfaßt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Superlegierung zu schaffen, die in verschiedenen Formen einschließlich Gußteilen, Schmiedeeisen, Pulvern und als Material für HartbeSchichtungen hergestellt werden. kann.

Weitere Ziele und Vorteile werden durch die erfindungsgemäßen Legierungen, wie sie in Tabelle II und Tabelle Ha "beschrieben sind, gegeben.

Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß nicht nur die Elemente in den Bereichen, wie sie in Tabelle II angegeben sind, zugegen sein müssen, sondern daß auch ein Mindestgehalt an Chrom plus Kobalt zugegen sein muß und daß das benötigte Verhältnis zwischen Niob und Chrom eingehalten werden muß.

Abriebfeste Legierungen enthalten im allgemeinen zwei Bestandteile: Eine Hartphasen-Dispersion, die im allgemeinen aus Karbid oder Borid besteht, und eine starke metallische Matrix.

Die Verschleißfestigkeit und Aufprallerosion fester Teilchen unter niedrigem Winkel scheint vorherrschend durch die Volumenfraktion und Morphologie der Hartphasen-Dispersion beeinflußt zu werden. Der Abrieb Metall zu Metall und andere Arten der Erosion scheinen mehr von den Eigenschaften der Metallmatrix abzuhängen.

Die erfindungsgemäßen Legierungen wurden entwickelt, um der Abriebabnutzung Metall zu Metall und der Kaviiations-Erosion sowohl beim Raumtemperatur als.auch bei erhöhten Temperaturen zu widerstehen, wie bei Ventilanwendungen erprobt werden kann. In den Legierungen wurden deshalb die Hartphasen-Volumenfraktion und Morphologie mehr optimiert hinsichtlich ihres Effekts auf die Massenstärke ("bulk strength) und Duktilität, als hinsichtlich ihres Effekts auf die Abrasion und Erosionsbeständigkeit gegen feste Partikel unter kleinem Winkel.

Die Matrix der Legierungen hat eine Basis auf der verhältnismäßig kostengünstigen Kombination von Kobalt, Eisen und .Nickel, die durch hohe Gehalte an Chrom und kleine Mengen an gelöstem Wolfram und Molybdän verstärkt sind.

Die traditionellen Legierungen auf Kobaltbasis enthalten eine Dispersion von Karbiden, hautpsächlich Cr^C*, die sich während der Erstarrung bilden. Dafür wird eine Menge Chrom, das der Matrix nicht nur festigkeit, sondern auch Korrosionsbeständigkeit verleiht, während der Bildung der Hartphase gebraucht. In den erfindungsgemäßen Legierungen werden Niob und Tantal verwendet. Diese Elemente bilden nicht nur vor dem Chrom Karbide, wodurch sie die Hauptmenge an Chrom zum Zwecke der Verstärkung und des Korrosionsschutzes freisetzen, sie fördern auch die Bildung von feinen Dispersionen gleichachsiger Partikel, was sowohl aus dem Gesichtspunkt der Festigkeit als auch der Duktilität ideal ist.

Kobalt

Gibt der Matrix sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen Deformations- und Bruchfestigkeit, und zwar wegen seines Einflusses auf die SEE- und die damit begleitete spannungsinduzierte HCP-Transformation/Zwillingsverhalten (twin behavior). Unterhalb 28 Gewichtsprozent wird angenommen, daß die Beständigkeit gegenüber Deformation und-Bruch wesentlich reduziert wird. Oberhalb 36 Gewichtsprozent wird angenommen, daß die Duktilität reduziert wird.

.Nickel

Schützt die Legierung vor raumzentrierter kubischer Transformation Ibody centered cubic transformation), gefolgt von einer Eisenverdünnung ..während des Lichtbogenschweißens. Bei zu geringem Gehalt wird keine Schutzwirkung angenommen. Bei zu hohem Gehalt wird angenommen, daß es die Deformationsund Bruchcharakteristiken der Matrix durch seinen Einfluß auf SEE modifiziert.

Eisen Rest

Kohlenstoff

Ein zu geringer Gehalt ergibt ein Material von verminderter Festigkeit und setzt Niob in die Matrix frei, wodurch deren Eigenschaften modifiziert werden. Ein zu hoher Gehalt ergibt eine ungeeignete Duplex-Hartphase.

Mob

Ein zu niedriger Gehalt führt dazu, daß Chrom sich auch mit Kohlenstoff verbindet, wodurch die Matrix erweicht wird. Ein zu hoher Gehalt ergibt eine feste Lösung mit veränderten Eigenschaften.

Chrom

Verstärkt die Matrix und bewirkt Korrosions- und Oxidationsschutz. Ein zu niedriger Gehalt ergibt eine zu geringe Matrixfestigkeit und zu geringe Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Medien. Es₁ wird angenommen, daß ein zu hoher Gehalt zu

- ίο -

einer Reduktion, der Duktilität führt.

Wolfram

Verstärkt die Matrix. Im übrigen siehe oben.

Silicium

Bewirkt Pluidität. Ein zu geringer Gehalt bewirkt schlechte Gußfähigkeit/Schweißfähigkeit. Ein zu hoher Gehalt kann die Bildung von intermetallischen Phasen in der Matrix fördern.

Mangan

Zum Schutz gegen Warmrisse nach dem Überziehen von Stahlsubstraten. Ein zu geringer Gehalt ergibt keinen Schutz. Ein zu hoher Gehalt bewirkt ein verändertes Matrixverhalten.

Beispiele und Testversuche

Die erfindungsgemäße legierung wird nach verschiedenen. Verfahren hergestellt. Die Tabelle Ha zeigt die Zusammensetzungen repräsentativer Legierungen, die für die Testversuche hergestellt wurden.

Die Legierung 2008-D und 2008-E wurde als blanker Schweißstab hergestellt. Die aus diesen Ablagerungen der Schweißstäbe aus den Ablagerungen erhaltenen Testdaten wurden unter "Guß"-Bedingungen ("as casfcondition) erhalten, wenn nichts anderes angegeben ist.

Die Legierung 2008-C wurde als Guß nach dem "Verlustwachs" Anlagegußverfahren ("lost wax" investing casting process) hergestellt. Die Proben hatten allgemein eine nominelle

Oberfläche von 30 cm und waren nach Untersuchung durch Röntgenstrahlen-Methoden in dem "Wie Guß"-Sandstrahlzustand ("as cast" shot blasted condition).

- 11 -

Die Legierung 2008-W wurde nach einem Schmiedeverarbeitungsverfahren, wie hierin "beschrieben, hergestellt.

Die erfindungsgemäße Legierung wurde auch in anderen
hergestellt und untersucht, beispielsweise als beschichtete Schweißelektroden, wie sie beim manuellen Metall-Lichtbogenverfahren verwendet werden. Die erfindungsgemäße Legierung kann in Form von Stäben, Drähten, Metallpulvern und gesinterten Metallpulverobjekten hergestellt werden. Die allgemeinen Eigenschaften der Fluidität, Duktilität und die
allgemeinen Verarbeitungseigenschaften und dergleichen
lassen den Schluß zu, daß die Legierung auch in allen anderen Formen problemlos hergestellt werden kann.

- 12 -

C
Co

Ni

Cr

W + Mo

2,214,SlO ' 2,765,547

1,75 - 2,75 Ο,.10-0,70 35 - 55

Ni

35

Co
55

25 - 45-10 -20

. Bekannte Legierungen US-Patente Ur.

1,95S,446 1 max • lest

30 - 70

0 - 22

18 - 30

2 - 6 Mo 2 - 6 W

2 - 6

1 max

2 max

40 - 100

1 - 1 IT T"

Nb + Ta

Si etwa 0,25

Mn 0, 5 - 0,75

Co + Cr . 60 - 100

Nb
CF

Al+Cu+Ti

+V+Zr+Hf "bis zu.6 Ti ! "

A-

B 0,10 - 0,28 0,;6 * ]>3

Fe Eest(Über S) 7 max

2,-974,037 0, 1-1,3 Rest

5 max

15 -

5 3,5 >fo max

5 - 5.Nb Nb+Ta-20 max

Ij5 max

1 "SE "T

0,0t - 0·,2 5 max

40 max

10 - 40 5 max ■

Ta 5 max

1 max 1 max

25 max 2,392,821 0, 5- 1,5

über 30

- 30 .

max W - 25 Mo

max

■Experimentelle Legierungen Legierung 21 LegierunglT721

0,25 Rest'·

2,3

27 5 Mo

Rest Rest

2 max

0,40	CO
6,5	K)
	O
Rest	-J

	O
17.0	CD

4, 5 W

1 max 1 max 25,5

23,5

5,5 max

TABELIi! II
Erfindungsgemäße Legierungen, in

O CO

	Allgemeiner Bereich	Bevorzugter Bereich	Typische Legierung
Kohlenstoff	0,2 bis 0,6	0,2 bis 0,6	0,4
Kobalt	25 bis 36	25 bis 36	0,32
Kickel	3,5 bis 10	3,5 bis 10	8
Chrom	24 bis 30	25 bis 29	26,5
W + Mo	1 bis 5	1,5 bis 5	2,5 W
Nb + Ta	2 bis 9	3 bis 7	5 Db
Silicium	0,5 bis 2,0	0,5 bis 1,5	1,0
Mangan	bis zu 2	0,45 bis 1,5	1,0
Co + Cr	55 min*	55 min.	58,5
S^ Verhältnis Cr	-L. bis J- 3,5 6,5	-I bis-! 1 6	1_ 5
Al + Cu + Ti+ V + Zr + Hf	bis zu 2	bis zu 2	bis zu 2
P	0,01 max.	0,01 max.	0,01 max.
B	bis zu 0,2	bis zu 0,1.	bis zu 0,1
Eisen Verunreinigungen	Rest	Rest	etwa 23 - Rest

- 14 -

-H-

TAEELLE HA

Erfindungsgemäße Legierungen in Gew.-?'

	Legierung 2008-D	Legierung 2008-E	Legierung 2008-Ö	Legierung 2008-W
Kohlenstoff	0,49	0,40	0,59	0,45
Kobalt	52,5	52,0	51,58	50,15
Nickel	8,02	8,0	8,0	9,01
Chrom	26,27	26,5	26,95	27,01
W + Mo	2,58	2,5	2,69	2,29
Efb + Ta	4,88	5,0	5,01	4,98
Silicium	0,56	1,0	1,22	1,05
Mangan	0,50	1,0	1,05	0,97
Co + er	58,77	58,5	58,51	57,16
Kb etwa Cr	1 etwa	1 . etwa	1 etwa 37?	57?
Al +Cu+Ti+ V+Zr+Hf	2}0 max.	2 max.	2 max.	2 max.
Phosphor	0,01 max.	0,01 max.	0,01 max.	0,01 max.
Schwefel	0,01 max.	0,01 max.	0,01 max.	0,01 max.
Eisen + etwa	24 etwa	25 etwa	25 etwa	25

Verunreinigungen

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Geschmiedete Produkte

Die erfindungsgemäße Legierung wurde als geschmiedetes Produkt hergestellt. Die Legierung bestand aus 30,15$ Kobalt, 9,01$ Wickel, 0,43$ Kohlenstoff, 27,01$Chrom, 2,29$ Wolfram, 1,05$ Silicium, 0,97$ Mangan, 4,98$ Niob und der Rest (etwa 24$) Eisen. 25 kg der Legierung wurden im Induktionsofen vakuumgeschmolzen und nach dem ESU-Verfahren (electro-slag remelted) zu einem Rohblock umgeschmolzen. Der Rohblock wurde "bei 1200° 0 (2250° F) ausgeschmiedet und zu einem Blech und einer dünnen Platte gewalzt und jeweils 30 Minuten und 10 bis 15 Minuten entspannt. Die Plattendicke betrug 1,5 cm (0,6 inch) und die Blechdicke betrug 0,14 cm (0,055 inch).

Folgende Rockwell-Härten-Messungen wurden ermittelt:

geschmiedet 26 Rc

entspanntes Blech 25 Rc

gewalztes Blech 36 Rc

entspanntes Blech 96 Rb 8 Std. bei 815° C
(1500° F) hitzebehandelt

entspanntes Blech 32 Rc

Die Hitzehärte-Werte wurden mit den erfindungsgemäßen Legierungen, Legierung 2008-D und Legierung 721 und 21 . in abgelagerter Form erhalten. Die Hitzehärte-Daten sind in der Tabelle III dargestellt. Die Daten zeigen, daß die Hitzehärte der erfindungsgemäßen Legierung ähnlich der Legierung 721 ist und besser ist als die Legierung 21 auf Kobaltbasis.

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	21	TABELLE III	650⁰C (1200^c	L	Hitze-Härten
	(2008-D)	Härtewerte	155
	721		215		760⁰C P) (1400 P)
			220		115
		(Unverdünnte TIG-Ablagerungen)		195
	Vergleich der durchschnittlichen	160
Leg.Ur.	DPH (Kg/mm²)
Leg.Ur.	RT RT 425°Q 555⁰C_n ~~ (800⁰P) (100O⁰P)
Leg.J)Jr.	20 255 150 145
	26 265 215 215
	54 515 220 215
	Härtewerte
	Wachsausschmelzverfahrer (Investmentguß)

Leg.Ur. 2 Diamant-Pyramiden-Härtezahl

284

RT = Raumtemperatur
* Rockwell-C-Skala

♦*-DPH = Diamant-Pyramiden-Härtezahl - getestet im Vakuum-Ofen,

Hitze-Härte-Einheiten 1590 Gramm Belastung mit 156° Saphir-Stempel.

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Die Auswertung der härtebeschichteten Ablagerungen wurden durch die Härtewerte der Ablagerungen der erfindungsgemäßen Legierungen und der legierung 21, wie in Tabelle IV gezeigt, ausgewertet. Die Ablagerungen wurden nach dem bekannten TIG-Yerfahren {tungsten inert gas process) ^WoIfram-Inert - Gasverfahren) und das manuelle Metall-Lichtbogenverfahren hergestellt. Jeder Wert ist ein Durchschnittswert von zehn HärteUntersuchungen, gemessen durch Standard-Rockwell-Härteeinheiten.

Die Werte zeigen, daß die Härte der Härtebeschichtungs-Ablagerungen der erfindungsgemäßen Legierungen denen der Legierung 21 auf Kobaltbasis etwas ähnlich ist.

	21 2008	Einzel- sohicht TIG*	TABELLE 4 Härte der Ablagerung	Doppel-; schicht TIG	Einzeln ' 'schicht MMA**	■'.ι Doppel- . " '. schicht MMA
		100,1 99,0		104,7 104,2	99,0 94,4	99,6 94,5
		Rockwell-B-Slcala
Leg. Leg.

* TIG = Tungsten Inert Gas = Wolfram-Inertgas **MMA = Manual Metal Arc = Manueller Lichtbogen

Die erfindungsgemäße Legierung wurde bei Raumtemperatur und bei hohen Temperaturen zusammen mit Legierung 21 auf Zugfestigkeit geprüft. Die Daten sind in Tabelle V gegeben·

Die Legierung 2008-W {AR) stellt das gerollte Schmiedeprodukt dar. Die Legierung 2008-W (SR) stellt das entspannte verarbeitete Schmiedeprodukt dar. Die Zugeigenschaften sind hervorragend, insbesondere die Elongationsdaten des verarbeiteten Schmiedeproduktes.

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TABBLIE T
Zugeigenschaften

U.T.S. (HBAR") Test-Temperatur CO)

Elongation Test-Temperatur

Legierung

Legierung J)Jr.21
Legierung Nr.2008-0

Legierung Uir.2008-W
(AR)

Legierung Hr.2008-W
CSR)

R.T. 200 400 600 . 649. 800 R.T. 200 400 600 649 800

86 77 70 58 104

88

66 53

60 51

- 58

- 41
67 -

61 -

15
10

11 16

13 16-32

- 11 -

- 32 -

*" Hectobar

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Die Feucht-Korrosionsdaten wurden in einer Testserie unter Einschluß der Legierungen 21 und 721 nach dem Stand der Technik und der Legierungen 2208-D und 2008-W nach dieser Erfindung erhalten. Die Proben wurden 80-prozentiger Ameisensäure, 50-prozentiger Schwefelsäure und 65-prozentiger SaI-petersäure bei 66⁰C und 30-prozentiger kochender Essigsäure ausgesetzt, . Die Werte zeigen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen allgemein korrosionsbeständiger sind als die Legierung nach dem Stand der Technik. Die Korrosionswerte, sind in Tabelle VI aufgeführt.

TABELLE VI
Korrosion-Beständigkeit-Säur.en

Legierung Mr.21 Legierung Nr.2008-D Legierung Nr*721 Legierung Mr.2008-W

Korrosionsgeschwindigkeit - in 0,254-

. ; pro Jahr

80$ Amei- 30$ Essig- 5$ H₂SO₄ 65% HNO

sensäure
66⁸C

UuIl
Null
Null

säure kochend

3,46
0,38

Mull

66⁰G

Null Null Hull 0,25

66⁰C

3,08

Null Null Null

- 21 -

Die Abnutzungsbeständigkeit wurde an experimentellen Legierungen unter Verwendung eines Verfahrens gemessen, das.kürzlich entwickelt und in Chemical Engineering 84 (10) (1977), Seite 155 bis 160 von W.J. Schumacher mit dem Titel "Wear and Galling can Knock Out Equipment" beschrieben ist.

Bei diesem Test wurden Zylinder mit der Abmessung 0,95 om gegen eine flache Platte gedruckt und um 360° gedreht. Sowohl auf dem Stempel als auch auf der Platte wurde ein Grundoberflächen-Pinish (6-12 RMS) verwendet, Pur jede getestete Belastung wurden frische Proben verwendet. Die Belastung, bei der .die ersten Anzeichen von Abnutzung auftraten, wurden zur Berechnung des Schwellenabnutzungsdruckes verwendet. Die Abnutzungsdaten sind in Tabelle VII zusammengefaßt. In Tabelle VII sind die Gegenflächenlegierungen' 1020 Weichstahl, Legierung 516 rostfreier Stahl, Superlegierung 0-276 auf Uickelbasis und Superlegierung .Nr. 6 auf Kobaltbasis, Die Werte zeigen, daß die erfindungsgemäße Legierung eine hervorragende Abnutzungsbeständigkeit gegenüber Testlegierungen und gegen sich selbst als Gegenfläche aufweist,

TABELLE VII Abnutzungsbeständigkeit

Schwellen-Abnutzungsdruck.-	1020 Stahl	316	C-276	kg/mm
Selbst- Gegen fläche	15 19	15 44	15 50	Nr. 6
50 50	■ 50 50

legierung Mr,21 Legierung Hr. (2008-D)

Legierung Kr_f721 2 25 2 15

— 22 —

Um die Beständigkeit der Legierungeil 2008-D und von. Vergleichslegierungen gegenüber Kavitationserosion zu "bestimmen, wurden Testacheiben jedes Materials, die auf eine Körnung von 600-grit poliert waren, hergestellt. Diese Scheiben wurden an der Spitze eines Ultraschallerzeugers befestigt und unter Verwendung des ASTM G 32-77 Standard-Testverfahrens in einerVibrationa-Kavitations-Erosions-Einheit untersucht..

Die Probe und etwa 15 mm der Hornspitze wurden in destilliertes Wasser getaucht, das bei 27° C + 1° C gehalten wurde. Die Probe wurde mit einer !Frequenz von 20 KHz bei einer Amplitude von 0,05 mm bestrahlt. Der Gewichtsverlust der Probe wurde periodisch gemessen tin etwa 25 Stunden-Intervallen) und die mittlere Erosionstiefe berechnet.

Die Kavitationserosions-Versuchsdaten sind in Tabelle VIII gezeigt und zeigen, daß die erfindungsgemäße Legierung eine Kavitations-Erosionsbeständigkeit aufweist, die der gutbekannten Legierung Hr, 6B auf Kobaltbasis vergleichbar ist. Es ist bekannt, daß die Legierung 6B eine der besten Kavitations-Erosionsbeständigkeiten aufweist. Die Legierung besteht aus etwa 30$ Chrom, 4,5$ Wolfram, 1,2$ Kohlenstoff, weniger als 3% sowohl Mickel als auch Eisen, weniger als 2% sowohl Silicium als auch Mangan, weniger als 1,5% Molybdän und der Rest (etwa 60%) Kobalt.

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I¹ABELIi! VIII
Kavitations-Erosions-Werte

-J -J CD CO

Legierung

Zeit

Mittlere Erosionstiefe (mm)

2008-D
Probe 1

75 100 0,0042 0,0127 0,0224 0,0554

2008-D
Probe 2

100 0,0079 0,0212

0,0549 0,0492

6-B
Probe 1

-ι on' 0,0016 0,0091 0,0205

0,0415

6-B
Probe 2

75 100 0,0067 0,0164 0,0278 0,0401

107 0,0914 0,1790 0,2101 .0,2557

- 24 -

Claims

QSrIx, Dr. Fuchs, Dr. Kanters

PatsntanwiUa

Postfach 700345
Sc-hnsckcrihcistraBe 27
F?ankf;«rt am Main 70
(0611)617079

3. März 1982 Ha/G

Cabot Corporation, 125 High Street, Boston, Mass., USA

Superlegierung auf Ko"baltbasis

Patentansprüche

1) Legierung, "bestehend im wesentlichen aus 0,2 - 0,6 Gew.-Jt Kohlenstoff

25 _ - 36 Il Kobalt 3, 5 - 10 Il Nickel 24 —. 30 It Chrom 1 - 5 Il Wolfram und Molybdän CvJ — 9 Il Niob und i'antal 0, 5 - 2,0 Il Silicium Ms 2,0 ir Mangan mind. 55 Il Kobalt und Chrom

wobei das Verhältnis Miob:Chrom im Bereich von 1:3,5 bis 1:6,5 liegt und der G-esamtgehalt an Aluminium + Kupfer + Titan + Vanadium + Zirkon + Hafnium nicht über 2 Gew.-^ liegt,

nicht über 0,01 Gew.-$> Phosphor nicht über 0,01 " Schwefel

bis 0,2 " Bor

Rest Eisen und normale Verunreinigungen.

2) Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

— 2 —

25 - 29 Gew.-% Ciarom 1,5-5 " Wolfram und Molybdän 5.-7 " Mob und Tantal 0,45 - 1,5 " Mangan

wobei das Verhältnis Mob:Chrom im Bereich von 1:4 bis 1:6 liegt und der Borgehalt bis 0,1 Gew.-^ beträgt.

3) Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

etwa O, 4 Gew. -5 Ίο Kohlenstoff etwa
etwa
etwa 32
26, 5 It
Il
ti Kobalt
Nickel
Chrom etwa 2, 5 Il Wolfram etwa 5 It Uiob etwa 1 It Silicium. etwa 1 ti Mangan etwa 58, VJl Il Kobalt und Chrom

wobei das Verhältnis Uiob:Chrom etwa 1:5 ist, und etwa 23 Gew.-5^ Eisen und normale Verunreinigungen

4) Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Guß, bearbeitetes Produkt, Metallpulver und/oder Material zum Hartbeschichten vorliegt.

5) Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen minimalen Gehalt an Kobalt und strategischen Metallen.

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