DE3234264C2 - - Google Patents
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- DE3234264C2 DE3234264C2 DE3234264A DE3234264A DE3234264C2 DE 3234264 C2 DE3234264 C2 DE 3234264C2 DE 3234264 A DE3234264 A DE 3234264A DE 3234264 A DE3234264 A DE 3234264A DE 3234264 C2 DE3234264 C2 DE 3234264C2
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- 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
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
-
- 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
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- 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
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- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Description
Die Entwicklung moderner Gasturbinenstrahltriebwerke zielt auf immer höhere Arbeitstemperaturen ab, um den Wirkungsgrad zu verbessern und schädliche Triebwerksemissionen möglichst gering zu halten. Diese Forderung bedingt wiederum die Entwicklung von Gußwerkstücken, die diesen Temperaturen bei hohen mechanischen Beanspruchungen ausreichend lange standhalten können. So verwendet man für mechanisch hochbeanspruchte Teile, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind, insbesondere für die Düsenleitschaufeln und die Turbinenrotorschaufeln Einkristallgußstücke, die aus Nickel-Superlegierungen hergestellt sind. So führte die von der Patentinhaberin durchgeführte Entwicklung zu Einkristallgußstücken, wie sie in der FR-PS 24 78 128 beschrieben sind. Für die Einkristallgußstücke wird hier eine Nickellegierung, die durch relativ breite Gehaltsbereiche wie folgt definiert ist:The development of modern gas turbine jet engines aims at ever higher working temperatures to the Improve efficiency and harmful Engine emissions as low as possible. These Demand in turn requires the development of Gußwerkstücken, these temperatures at high withstand mechanical stresses for a sufficiently long time can. So one uses for mechanically highly stressed Parts that are exposed to the highest temperatures in particular for the nozzle guide vanes and the Turbine Rotor Blades Single crystal castings made of Nickel superalloys are made. So led the developed by the patentee Einkristallgußstücken, as described in FR-PS 24 78 128 are described. For the single crystal castings will be here a nickel alloy that is relatively broad Salary ranges are defined as follows:
Es ist bekannt, daß auch die Eigenschaften von Superlegierungen dieser Art durch Wärmebehandlung verbessert werden können. Zu diesem Zweck wird in der FR-PS 24 78 128 eine Lösungsglühung bei 1300 bis 1320°C während einer Stunde vorgeschlagen. Darauf soll eine Abkühlung der Legierung auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 70 bis 100°C pro Minute durchgeführt werden. Danach soll die Temperatur der Legierung auf etwa 870°C erhöht werden, und diese Temperatur soll 16 Stunden lang gehalten werden.It is known that the properties of Superalloys of this kind by heat treatment can be improved. For this purpose, in the FR-PS 24 78 128 a solution annealing at 1300 to 1320 ° C. suggested during one hour. One should Cool the alloy to room temperature with a Cooling rate of 70 to 100 ° C per minute be performed. After that, the temperature of the Alloy can be increased to about 870 ° C, and this Temperature should be kept for 16 hours.
Ausgehend von diesen Versuchen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Einkristallgußwerkstücke zu schaffen, die ein noch besseres Zeitstandverhalten bei hohen Temperaturen und hohen mechanischen Beanspruchungen gewährleisten.Based on these experiments, the invention is the Task is to create single crystal castings, the an even better creep behavior at high Temperatures and high mechanical stresses guarantee.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem das Einkristallgußstück aus einer Legierung mit folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozenten) besteht:The task is solved by a method, wherein the single crystal casting of an alloy with the following composition (in weight percent):
8,5% Chrom
5% Kobalt
2,2% Titan
5,5% Aluminium
9,5% Wolfram
2,8% Tantal
0,015% Kohlenstoff
Rest Nickel und Verunreinigungen,8.5% chrome
5% cobalt
2.2% titanium
5.5% aluminum
9.5% tungsten
2.8% tantalum
0.015% carbon
Balance nickel and impurities,
wobei eine Wärmebehandlung mit folgenden Schritten durchgeführt wird:taking a heat treatment with the following steps is carried out:
- a) Glühen der Legierung bei 1260 bis 1320°C während 4 Stunden,a) annealing the alloy at 1260 to 1320 ° C during 4 hours,
- b) Abkühlen der Legierung auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 70 bis 200°C pro Minute,b) cooling the alloy to room temperature with a Cooling rate of 70 to 200 ° C per Minute,
- c) Erhitzen der Legierung auf 1080 bis 1120°C während einer Stunde undc) heating the alloy to 1080 to 1120 ° C during an hour and
- d) Behandlung der Legierung bei 870°C während 16 Stunden.d) Treatment of the alloy at 870 ° C during 16 hours.
Versuche haben gezeigt, daß die Wärmebehandlung der speziellen Legierung zu optimalen Ergebnissen führt, wobei überraschenderweise das Zeitstandverhalten durch die Erhitzung gemäß Schritt c) beträchtlich verbessert wird.Experiments have shown that the heat treatment of special alloy leads to optimal results, surprisingly, the creep behavior by the heating according to step c) improved considerably becomes.
Die Legierung nach dem Patentanspruch wird in der Praxis in großem Umfange, insbesondere für Turbinenlaufschaufeln, benutzt.The alloy according to the claim is in practice on a large scale, in particular for turbine blades, used.
Bei einem Vergleichsversuch wurde ein Einkristallgußstück in mehrere Prüflinge aufgeteilt, die unterschiedlichen Wärmebehandlungen ausgesetzt wurden, und es wurde dann die Standdauer bei unterschiedlichen Zugbeanspruchungen und Temperaturen ermittelt:In a comparative experiment, a single crystal casting was used divided into several candidates, the different Heat treatments were exposed, and it was then the service life with different tensile loads and temperatures determined:
-
1. Der erste Prüfling wurde der folgenden Wärmebehandlung
unterworfen: 1300°C während 4 Stunden, gefolgt von
einer Abkühlung in Luft und einer abschließenden
Wärmebehandlung von 870°C während 16 Stunden (dies
entspricht im wesentlichen der Wärmebehandlung wie
sie in der FR-PS 24 78 128 angegeben ist, nicht aber
der nach der Erfindung).
Standdauer bei einer Beanspruchung von 850 MPa bei 750°C|122,7 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 550 MPa bei 850°C 72,3 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 160 MPa bei 1050°C 67,7 Std. Service life at a load of 850 MPa at 750 ° C | 122,7 h. Service life at a load of 550 MPa at 850 ° C 72.3 hours Service life at a load of 160 MPa at 1050 ° C 67.7 hours -
2. Der zweite Prüfling wurde folgender Wärmebehandlung
ausgesetzt: 1300°C 4 Stunden lang, Abkühlung in Luft,
Erhitzen auf 1090°C während einer Stunde und
abschließende Behandlung bei 870°C 16 Stunden lang
(diese Wärmebehandlung entspricht der Erfindung).
Standdauer bei einer Beanspruchung von 850 MPa bei 750°C|200,4 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 550 MPa bei 850°C 130,9 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 160 MPa bei 1050°C 96,2 Std. Service life at a load of 850 MPa at 750 ° C | 200.4 hrs. Service life at a load of 550 MPa at 850 ° C 130.9 hours Service life at a load of 160 MPa at 1050 ° C 96.2 hours -
3. Der dritte Prüfling wurde 4 Stunden lang bei 1300°C
geglüht und dann in Luft abgekühlt. Er wurde eine
Stunde lang auf 1100°C erhitzt und abschließend 16
Stunden bei 870°C behandelt. (Dies liegt im Rahmen
der Erfindung.)
Standdauer bei einer Beanspruchung von 850 MPa bei 750°C|167,5 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 550 MPa bei 850°C 141,7 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 160 MPa bei 1050°C 108,3 Std. Service life at a load of 850 MPa at 750 ° C | 167,5 hrs. Service life at a load of 550 MPa at 850 ° C 141.7 hours Service life at a load of 160 MPa at 1050 ° C 108.3 hours
Die Versuche zeigen, daß allein schon durch die beim Stande der Technik nicht vorgesehene Zwischenerhitzungsstufe gemäß Ziff. c) des Patentanspruchs eine ganz erhebliche Verbesserung der erreichbaren Standdauer unter allen Beanspruchungs- Bedingungen und allen Temperaturbedingungen erzielt werden konnte. Ein Vergleich der Versuche 2 und 3 zeigt, daß die Temperatur dieser Zwischenerhitzung von erheblichem Einfluß und durch Wahl der Temperatur innerhalb des bereits ziemlich schmalen Bereichs von 1080 bis 1120°C die Standdauer unterschiedlich, aber in jedem Falle wesentlich höher als bei Versuch 1 liegt. Es zeigt sich, daß die Zwischenerhitzung auf 1090°C gemäß Versuch 2 für hohe Beanspruchungen und niedrige Temperaturen günstiger ist und die nur um 10°C höhere Zwischenerhitzung gemäß Versuch 3 bei den beiden höchsten Temperaturen die besten Ergebnisse zeitigt.The experiments show that alone by the Prior art not intended Intermediate heating stage according to para. c) of Claim a very significant improvement of attainable service life under all load conditions Conditions and all temperature conditions achieved could be. A comparison of experiments 2 and 3 shows that the temperature of this interheater of considerable influence and by choice of temperature within the already pretty narrow range of 1080 to 1120 ° C the service life varies, but in in each case much higher than in experiment 1. It shows that the intermediate heating to 1090 ° C according to Try 2 for high loads and low Temperatures are cheaper and the only 10 ° C higher Intermediate heating according to experiment 3 at the two highest Temperatures gives the best results.
Hieraus resultiert, daß die Zwischenerhitzungsstufe c) entscheidend ist für die Eigenschaften des Endproduktes, und daß durch Wahl und Einstellung der Temperatur der Zwischenerhitzungsstufe innerhalb der angegebenen Grenzen eine Optimierung auf die jeweils im Triebwerk herrschenden Bedingungen möglich ist.As a result, the reheat stage c) decisive for the properties of the final product, and that by selecting and adjusting the temperature of Reheat level within the specified limits an optimization to the respectively prevailing in the engine Conditions is possible.
Claims (1)
5% Kobalt
2,2% Titan
5,5% Aluminium
9,5% Wolfram
2,8% Tantal
0,015% Kohlenstoff
Rest Nickel und Verunreinigungen,wobei eine Wärmebehandlung mit folgenden Schritten durchgeführt wird:
- a) Glühen der Legierung bei 1260 bis 1320°C während 4 Stunden,
- b) Abkühlen der Legierung auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 70 bis 200°C pro Minute,
- c) Erhitzen der Legierung auf 1080 bis 1120°C während einer Stunde und
- d) Behandlung der Legierung bei 870°C während 16 Stunden.
5% cobalt
2.2% titanium
5.5% aluminum
9.5% tungsten
2.8% tantalum
0.015% carbon
Balance nickel and impurities, wherein a heat treatment is carried out with the following steps:
- a) annealing the alloy at 1260 to 1320 ° C for 4 hours,
- b) cooling the alloy to room temperature at a cooling rate of 70 to 200 ° C per minute,
- c) heating the alloy to 1080 to 1120 ° C for one hour and
- d) Treatment of the alloy at 870 ° C for 16 hours.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB8128409 | 1981-09-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3234264A1 DE3234264A1 (en) | 1983-04-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
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DE (1) | DE3234264A1 (en) |
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---|---|---|---|---|
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GB1011785A (en) * | 1963-11-12 | 1965-12-01 | Bristol Siddeley Engines Ltd | Nickel-base alloys |
DE2311998C3 (en) * | 1973-03-10 | 1978-04-06 | Thyssen Industrie Ag, 4300 Essen | Use of a nickel alloy for components with high creep strength |
US4116723A (en) * | 1976-11-17 | 1978-09-26 | United Technologies Corporation | Heat treated superalloy single crystal article and process |
GB1562082A (en) * | 1977-10-17 | 1980-03-05 | Gen Electric | Nickel-base olloys |
FR2478128A1 (en) * | 1980-03-13 | 1981-09-18 | Rolls Royce | Nickel alloy for single crystal casting - contg. chromium, cobalt, titanium, aluminium, tungsten, niobium, tantalum, and carbon |
-
1982
- 1982-09-15 DE DE19823234264 patent/DE3234264A1/en active Granted
- 1982-09-17 FR FR8215734A patent/FR2513269B1/en not_active Expired
- 1982-09-20 JP JP57163778A patent/JPS5864331A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2513269A1 (en) | 1983-03-25 |
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |