DE3503110A1

DE3503110A1 - Hochfester, korrosionsbestaendiger einkristall-superlegierungsgegenstand mit einem gehalt an tantalcarbi d, verfahren zu seiner herstellung und seine ausgangszusammensetzung

Info

Publication number: DE3503110A1
Application number: DE19853503110
Authority: DE
Inventors: Otis Y. Manchester Conn. Chen; David N. Newington Conn. Duhl
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1985-01-30
Publication date: 1985-08-22
Also published as: FR2561259B1; FR2561259A1; GB8502662D0; JPS60184657A; US4597809A; JPH0429728B2; GB2153847B; DE3503110C2; CA1246903A; GB2153847A

Description

"Ό —

Hochfester, korrosionsbeständiger Einkristall-Superlegierungsgegenstand mit einem Gehalt an Tantalcarbid, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Ausgangszu-

sanunensetzung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Gegenständen aus Superlegierungen auf Nickelbasis, wobei diese Gegenstände gute mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen aufweisen und warmkorrosionsbeständig sind.

Die steigenden Anforderungen im Hinblick auf die Effektivität von Gasturbinentriebwerken führten zu einem

Bedarf an Materialien, die in der Lage sind, schärferen

Betriebsbedingungen zu widerstehen. Insbesondere ist für bestimmte Anwendungsfälle eine erhöhte Festigkeit bei gleichzeitiger Warmkorrosionsbeständigkeit erforderlich.
20

Die US-PS 3 494 709 beschreibt die Herstellung von Gasturbinenteilen, die für ein verbessertes Verhalten in Einkristallform hergestellt werden. Die US-PS 3 56 7 526 beschreibt, wie bestimmte mechanische Eigenschäften dadurch verbessert werden können, daß Kohlenstoff im wesentlichen vollständig aus Einkristall-Superlegierungsgegenständen eliminiert wird. Die US-PS 4 116 72 3 beschreibt eine Wärmebehandlung, die auf Einkristall-Superlegierungsgegenstände angewandt

wird, um deren Eigenschaften zu verbessern. Die US-PS 3 619 182 beschreibt eine Superlegierung mittlerer Festigkeit, die unter der Handelsbezeichnung IN 792 bekannt ist, die eine überlegene Korrosionsbeständigkeit aufweist. In einer anhängigen US-Patentanmeldung

(Serial No. 336 002 vom 30. Dezember 1981) werden überraschende und unerwartete Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften beschrieben, die sich bei '.■<

der Herstellung von kohlenstofffreien Zusammensetzungen des IN 792-Typs in Einkristallform ergeben. Auf den Inhalt der US-PS 3 619 182 sowie auf die genannte US-Patentanmeldung wird zur Ergänzung der vorliegenden Offen-

5 barung ausdrücklich Bezug genommen.

Die vorliegende Erfindung entstand bei einer Untersuchung der Wirkungen der Spurenelemente Kohlenstoff, Bor, Zirconium und Hafnium auf die Eigenschaften bestimmter handelsüblicher Legierungen in Einkristallform ( die Hauptfunktion dieser Spurenelemente scheint darin zu bestehen, die Korngrenzen zu festigen). Wie in der bereits erwähnten US-Patentanmeldung (Serial No. 336 002) beschrieben wird, war früher festgestellt worden, daß die Herstellung einer als IN 792 bekannten Legierung (beschrieben in der US-PS 3 619 182) in Einkristallform (jedoch ohne Korngrenzenfestigern) zu beträchtlichen und unerwarteten Vorteilen bei den mechanischen Eigenschaften führte. Die untersuchten Einkristallgegenstände aus IN 792 wiesen keine absichtlichen Zusätze von Kohlenstoff, Bor, Zirconium oder Hafnium auf. Bei der Untersuchung der Wirkungen der Spurenelemente auf IN 792 wurde festgestellt, daß der Zusatz von geringen Mengen von Kohlenstoff, d.h. von 0,10 Gew.-%, zu IN 792-Einkristallen die.Warmkorrosionsbeständigkeit beträchtlich verbesserte, daß jedoch gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften des Materials beträchtlich verschlechtert wurden. Die Verbesserung der Warmkorrosionsbeständigkeit war völlig unerwartet und wird auch jetzt noch nicht ver-

gO standen. Auf einer weiteren Stufe der Untersuchungen wurden der Basiszusammensetzung IN 792 Tantalzusätze zugesetzt, die auf den Kohlenstoffzusatz abgestimmt waren, und es wurde gefunden, daß dann, wenn die zugesetzten Tantal- und Kohlenstoff-Mengen gut abgestimmt waren (um den Kohlenstoff als Tantalcarbid zu binden), eine gute Kombination aus verbesserten mechanischen Eigenschaften und einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit erhalten wurde.

Die vorliegende Anmeldung faßt diese .Ergebnisse zusammen.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung einer Legierung aus

IN 792 so abzuwandeln, daß aus ihr Einkristall-Gegenstände hergestellt werden können, die gleichzeitig eine verbesserte Festigkeit als auch eine verbesserte Warmkorrosionsbeständigkeit aufweisen. 10

Diese Aufgabe wird durch Gegenstände, Verfahren zu ihrer Herstellung und Ausgangszusammensetzungen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen beschrieben sind.

In der vorliegenden Anmeldung sind alle Prozentangaben Angaben in Gewichtsprozent, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit Legierungen mit der Zusammensetzung 9,5 bis 14% Chrom, 7 bis 11% Kobalt, 1 bis 2,5 % Molybdän, 3 bis 6% Wolfram, 1 bis 4% Tantal, 3 bis 4% Aluminium, 3 bis 5% Titan, 6,5 bis 8%(Aluminium + Titan) sowie einem Rest, der im wesentlichen aus Nickel besteht, wobei diese Legierungen in

25 Einkristallform dadurch verbesserte mechanische Eigenschaften und eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweisen, daß etwa 0,05 bis 0,15% Kohlenstoff in Kombination mit einer zusätzlichen Menge an Tantal züge- % setzt sind, wobei diese zusätzliche Tantalmenge dem j

etwa 7 bis etwa 17fachen des Kohlenstoffgehalts entspricht. Die Kombination aus dem Tantal und dem Kohlenstoff führt zur sichtbaren Ausfällung einer Phase auf Tantalcarbidbasis, die in einem Volumenanteil von etwa 0,4 bis etwa 1,5 Volumenprozent anwesend ist. Die Zu-

35 gäbe von koordinierten Mengen von Tantal und Kohlenstoff kann die Lebensdauer bis zum 1%igen Kriechen um das 2,6 bis 3,1fache (d.h. um wenigstens das Doppelte)

Ι erhöhen, während gleichzeitig die Warmkorrosionsbe-

stMndigkeit um das 2,4fache (d.h. wenigstens um das Doppelte) erhöht wird, wenn man mit einem Einkristall aus einem IN 792-Material ohne Zusätze an Kohlenstoff oder zusätzlichem Tantal vergleicht.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird in Einkristallform nach den Lehren verschiedener Patente des Standes der Technik gegossen, wozu z.B. die US-PSen 3 700 023, 3 763 926 und 4 190 094 gehören, auf die zur Ergänzung der vorliegenden Beschreibung ausdrücklich Bezug genommen wird. Typischerweise ist die Orientierung des Gußstücks so, daß die ^100/Achse parallel zur Haupt-Spannungsachse des Teils angeordnet ist. Nachdem sie in Einkristallform gegossen wurde, wird die vorliegende Zusammensetzung ferner zweifellos einer Wärmebehandlung unterzogen, um die mechanischen Eigenschaften der Legierung zu verbessern, indem man die γ- - Teilchengröße gemäß der Lehre der US-PS 4 116 723 steuert, wobei das genannte Patent zur Ergänzung der Lehre der vorliegenden Beschreibung heranzuziehen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schliffbild eines kohlenstofffreien

Einkristalls aus IN 792-Material; und 30

Fig. 2 ein Schliffbild eines Einkristalls aus

IN 792-Material, das Kohlenstoff sowie eine zusätzliche Tantalmenge enthält.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Kohlenstoff sowie eine Extramenge an Tantal in aufeinander abgestimmten Mengen einer handelsüblichen Legierung zugesetzt, die als

IN 792 bekannt ist ( die ansonsten frei von Korngrenzen verstärkenden Elementen ist), und aus dieser modifizierten Zusammensetzung werden Einkristalle hergestellt (dabei werden von 0,05 bis 0,15% C zusammen mit einer Extramenge an Tantal eingesetzt, die so gewählt ist, daß sie mit dem Kohlenstoff unter Bildung von TaC umgesetzt wird).Die Grundzusammensetzung der Legierung IN 792 ist in der US-PS 3 619 182 beschrieben. Diese in dem Patent angegebene Zusammensetzung wird nur soweit modifiziert, daß die Spurenelemente eliminiert werden, die normalerweise zu Einkristallgegenständen nicht zugesetzt würden (vgl. US-PS 4 116 723 und 3 56 7 526). Die resultierende Zusammensetzung ist 9,5 bis 14% Chrom, 7 bis 11% Kobalt, 1 bis 2,5% Molybdän, 3 bis 6% Wolfram, 1 bis 4% Tantal, 3 bis 4% Aluminium, 3 bis 5% Titan, wobei die Summe aus Aluminium und Titan im Bereich von etwa 6,5 bis etwa 8% liegt, bis zu 1% Niob, Rest im wesentlichen Nickel. Zu dieser Zusammensetzung werden von etwa 0,05 bis etwa 0,15% Kohlenstoff, vorzugsweise von etwa 0,07 bis etwa 0,12% Kohlenstoff, zugesetzt. Ferner muß auch Tantal zugesetzt werden, und zwar in Abstimmung auf den Kohlenstoffgehalt. Die Menge an Tantal, die die zugesetzte Kohlenstoffmenge ausgleicht, indem. Tantalcarbid gebildet wird, ist eine solche Tantalmenge, die etwa das 15fache des zugesetzten prozentualen Gewichtsanteils Kohlenstoff ausmacht. Der Bereich des Verhältnisses Tantal/Kohlenstoff ist jedoch breiter als dieser Wert, indem er dem Bereich des etwa 7 bis etwa 17fachen des Kohlenstoffgehalts und vorzugsweise vom etwa 12 bis etwa 16fachen des Kohlenstoffsgehalts umfaßt. Die erhaltene Struktur kann als eine Matrix beschrieben werden, deren Zusammensetzung der entspricht, wie sie für IN 792 in der US-PS 3 619 182 beschrieben ist (jedoch ohne C,B,Zr oder Hf) und die etwa 0,4 bis 1,5 Volumenprozent von Teilchen vom TaC-Typ enthält. Diese Teilchen sind ungeachtet der richtungsverfestigten Struktur regellos orientiert.

Die durch die erfindungsgemäße Modifikation der IN 792-Legie'rung erzielbaren Vorteile sind in den Tabellen zusammengefaßt. Die Daten in den Tabellen beruhen auf Messungen, die an Gegenständen aus herkömmlich gegossenem handelsüblichem IN 792, aus IN ohne Kohlenstoffzusätze gegossenen Einkristallen (gemäß US-Patentanmeldung Serial No. 336 002), Einkristallgegenständen aus der Legierung IN 792, die etwa 0,1% Kohlenstoff enthält sowie an einem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgenommen wurden, d.h. einem Einkristall auf der Basis der Legierung IN 792, die jedoch 0,07% Kohlenstoff in Kombination mit einem Nominalgehalt von 4,05% Tantal sowie einer Extramenge an Tantal enthält, die etwa 1,05% Tantal entspricht, um den Kohlenstoffzusatz auszugleichen. Die Zusammensetzung des untersuchten erfindungsgemäßen Materials betrug 11,8% Cr, 4,0% W, 5,1% Ta, 3,7% Al, 4,2% Ti, 9,0% Co, 1,96% Mo, 0,07% C, Rest Ni. Dieses Material wurde in Einkristallform gegossen, bei 1246⁰C (2275°F) 4 Stunden lösungsbehandelt und bei 1121⁰C(2050⁰F) 4 Stunden gealtert.

Alle anderen Materialien wurden ähnlichen Wärmebehandlungen unterzogen, mit der einzigen Abweichung, daß herkömmliches IN 792 keiner Lösungsbehandlung unterzogen werden konnte, ohne daß es zu einem Anschmelzen kam. Tabelle I zeigt die Zeit, die bis zu einem 1%igen Kriechen erforderlich ist, wenn eine Probe bei 871⁰C (1600°iF) unter einer Spannung von 379,22MPa (55 Ksi) bzw. bei 982⁰C (18Ö0°F) und einer angelegten Spannung von 172,37MPa (25 Ksi) getestet wird. Es werden ferner ähnliche Daten für die Lebensdauer bis zum Bruch sowie Daten für die Warmkorrosionsbeständigkeit bei 899⁰C (1650⁰F) angegeben. Korrosionstests wurden bei 899°C (1650⁰F) in einer korrodierenden Gasumgebung durchgeführt, die durch Verbrennung eines Düsenbrennstoffs A (Jet A fuel)(Verhältnis Luft/Brennstoff = 30/1) unter Zugabe von 20ppmASTM Meersalz sowie einer ausreichenden Menge Schwefeldioxid hergestellt wurde, so daß ein

Schwefeldioxidgehalt erzeugt wird, der einem 1,3%igen Schwefelgehalt in dem Brennstoff entspricht. Die angegebenen Zahlen sind die Belastungsstunden, die erforderlich sind, um einen Korrosionsangriff einer Dicke von

5 25,4μπι (1 mil) zu erzeugen.

Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften ist zu erkennen, daß die Veränderung der durch einen Wechsel der Gußtechnik erhaltenen Eigenschaften beim übergang von herkömmlichen polykristallinen Gußstücken zu Einkristall-Gußstücken beträchtlich ist, und zwar in der Grössenordnung des 6 bis 16fachen. Es ist ferner zu erkennen, daß das Korrosionsverhalten durch die Veränderung der Gußtechnik verschlechtert wird. Wenn man von einem IN 792-Einkristall zu einem Einkristall aus IN 792 mit Kohlenstoff zusatz übergeht, so ist zu erkennen, daß das Korrosionsverhalten erheblich verbessert wird, daß jedoch die mechanischen Eigenschaften beträchtlich absinken, so daß die mechanischen Eigenschaften des kohlenstoffmodifizierten Einkristalles IN 792 in der gleichen Größenordnung liegen wie die von herkömmlich gegossenem IN 792.

Tabelle I

Zeit (h) bis zum 1%igen Kriechen

(871°C/379.22MPa)

982°C/172.37MPa)

Bruchlebensdauer (h)
(871°C/379.22MPa) (982°C/172.37MPa)

Waririkorrision bei 899⁰C (1650⁰P) h/25.4 nm(linil)

A.CC IN7 92
(.kohlenstoffhaltig)

B. SC IN 792
(kein C)

C. SC IN 792+C

9 60

14

D. SC IN 792+Ta+C 154

13 78

32

244

36
365

200
827

19
7

18
16

Eine Untersuchung der Makrostruktur des kohlenstoffmodifizierten IN 792-Einkristalles zeigt, daß der Kohlenstoff in der verfestigten Struktur in Form regellos orientierter Tantalcarbidteilchen vorlag. Andere Legierungselemente können dabei in geringen Mengen zur Bildung der TaC-Phase beitragen. Da bekannt ist, daß Tantal ein eine feste Lösung verstärkendes Element ist, wurde die Hypothese aufgestellt, daß die Bildung von Tantalcarbid die Wirksamkeit des Tantals als Verstärkungsmittel vermindert. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde eine zusätzliche Tantalmenge zugesetzt, so daß der Tantalgehalt in der festen Lösung wieder auf das Niveau angehoben wurde, das bei dem herkömmlichen IN 792 Material erhalten wurde. Das Ergebnis ist in der Tabelle I gezeigt, und es ist zu erkennen, daß diese Zugabe von Tantal zum Ausgleich des Kohlenstoffs die mechanischen Eigenschaften erheblich steigert, ohne daß das Korrosionsverhalten bis auf das Niveau absinkt, das bei einem unmodifizierten IN 792-Material beobachtet wird. Es kommt zu einer gewissen Abnahme der Korrosionsbeständigkeit, wobei jedoch das Korrosionsverhalten des erfindungsgemäß modifizierten Material weiterhin mit dem des herkömmlichen IN 792-Materials vergleichbar ist.

Die Daten der Tabelle I bilden auch die Basis für Tabelle II. Tabelle II enthält Verhältnisse, die auf den Daten von Tabelle I beruhen,die einen einfachen Vergleich der unterschiedlichen Materialbedingungen und Zusammensetzungen der Tabelle I ermöglichen. Zeile A zeigt die Verhältnisse der Eigenschaften zwischen Einkristall IN 792 (kohlenstoff·^ frei) und herkömmlich gegossenem IN 792 (kohlenstoffhaltig) . Zeile A zeigt, daß die in der bereits genannten US-Patentanmeldung (Serial No. 336 002)beanspruchte Erfindung (d.h. die Herstellung von IN 792-Einkristallen ohne Kohlenstoff, Bor, Zirconium oder Hafnium) beträchtliche Vorteile bei den mechanischen Eigenschaften liefert, während jedoch das Warmkorrosionsverhalten verschlechtert wird.

Zeile B zeigt die Eigenschafts-Verhältnisse zwischen IN 792-Einkristallen (mit einem Kohlenstoffgehalt, jedoch ohne extra Tantalzugabe) sowie herkömmlich gegossenem IN 792 (kohlenstoffhaltig). Diese Verhältnisse zeigen, daß der kohlenstoffhaltige IN 792-Einkristall eine Warmkorrosionsbeständigkeit aufweist, die herkömmlich gegossenem IN 792 äquivalent ist, und daß die mechanischen Eigenschaften des kohlenstoffmodifizierten Einkristallmaterials gegenüber dem herkömmlich gegossenen Material verbessert sind. Dieser Punkt wird außerdem in Zeile C erläutert, die die Eigenschaftsverhältnisse zwischen Einkristallen aus IN 792 (mit Kohlenstoff, jedoch ohne extra Tantalzugabe) und einem Einkristall aus IN 792 (kohlenstofffrei) enthält. Es ist zu erkennen, daß die (ausschließliche) Zugabe von Kohlenstoff zu dem Einkristall IN 792 die mechanischen Eigenschaften beträchtlich verschlechtert, obwohl die Korrosionsbeständigkeit des modifizierten Materials beträchtlich verbessert wird. Zeile D zeigt das Verhältnis zwischen dem erfindungsgemäßen Material (Einkristall aus IN 792 + Ta + C) und herkömmlich gegossenem IN 792 (mit Kohlenstoff), und es ist sofort zu erkennen, daß die Kombination aus Einkristallguß und koordinierter Zugabe von Kohlenstoff und Tantal zu beträchtlichen Verbesserungen bei den gemessenen mechanischen Eigenschaften führt, wenn man mit einem herkömmlichen Material vergleicht. Die mechanischen Eigenschaften verbessern sich um Faktoren im Bereich von 17,1 bis 24,7, während die Korrosionsbeständigkeit im wesentlichen gleich geblieben ist.

Zeile E zeigt die Verhältnisse zwischen einem erfindungsgemäßen Einkristall aus einem IN 792-Material (das sowohl Tantal und Kohlenstoff enthält) sowie einem Einkristall IN 792-Material (das nur Kohlenstoff enthält). Es ist aus zu erkennen, daß die Wirkung der gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlichen Zugabe einer abgestimmten Menge an Tantal darin besteht, daß die mechanischen Eigenschaften

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beträchtlich verbessert werden und zwar um Paktoren im Bereich von 4,1 bis 11, während die Korrosionsbeständigkeit leicht vermindert wird. Die letzte Zeile, Zeile F, zeigt das Verhältnis des erfindungsgemäßen Materials, d.h. eines Einkristalles aus IN 792 (sowohl Tantal als auch Kohlenstoff) zu einem Einkristall IN 792, der keinen absichtlichen Kohlenstoffgehalt enthält (Material gemäß US-Patentanmeldung Serial No. 336 902) . Die Verhältnisse in Zeile F zeigen, daß Zusätze koordinierter Mengen von _s

Kohlenstoff und Tantal die Lebensdauer bis zum 1%igen Kriechen im Mittel um das 2,85fache (d.h. um wenigstens das Doppelte) verbessern, während die Korrosionsbeständigkeit ebenfalls um einen Faktor von 2,4(d.h. um wenigstens das Doppelte) verbessert wird.

TABELLE II

A.	SC	IN792^il)
B.	CC SC	IN792⁽²⁾ IN792+c(²)
C.	CC SC	IN792<²> IN7924C(²)
D.	SC SC	IN792(-U IN792+TaC^³^
E.	cc SC	IN792*²) IN792+Tac(³>
F.	SC SC	IN792-W^laC⁽³⁾

SC

Relative Lebensdauer bis zum 1%igen Kriechen

Relative Bruchlebensdauer

Relative Warnkorrosionsfestigkeit

871°C/379.22MPa (1600°F/55 KSI)	982°C/172.37MPa (1800°F/25 KSI)	871°C/379. (1600°F/55	22MPa KSI)	982°C/172.37MPa (1800°F/25 KSI)	899°C(1650°F)	I
6.7	6	16.4		10.1	0.4	CTi
1.6 j	2.5 :	5.5	i	5.6	.1
0.2	0.4	0.3		0.6	2.6
17.1 i	18.8	24.7		22.9	0.8
11	7.6	4.5		4.1 '.	0.9 j
2.6	3.1	1.5		2.3	2.3

I '

(1) ohne Kohlenstoff (US-Serial No. 336 002)

(2) kohlenstoffhaltig

(3) enthält Kohlenstoff + Extra-Tantal (erfindungsgeiräß)

CO

cn

SC = Einkristall CC = herkömmliches Gußstück

Der Fachmann hatte im vorbekannten Wissen keinerlei Basis, die ihm eine Voraussage der in Tabelle II wiedergegebenen vorteilhaften Ergebnisse ermöglicht hätte, und die resultierende Legierung weist eine Kombination von Eigenschaften auf, die außerordentlich nützlich ist.

Die Figuren 1 und 2 sind Schliffbilder von IN 792-Materialien mit und ohne die erfindungsgemäßen Modifikationen. Die kreisförmigen dunklen Stellen in beiden Schliffbildem zeigen eine Porosität, die auf ein nicht ideales ; Pressen unter Laborbedingungen zurückzuführen ist. Figur 1 zeigt die MikroStruktur von kohlenstofffreiem IN 792-Einkristallmaterial. Es sind keinerlei feststellbare Mengen einer Tantalcarbid-Phase zu erkennen. Figur 2 zeigt die MikroStruktur eines Einkristalles aus einem IN 792-Material, das gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert wurde, wobei dieses Material etwa 0,07% Kohlenstoff in Kombination mit einer Extramenge Tantal von etwa 1,05% enthält. Die Kombination aus Kohlenstoff und Tantal führt zu etwa 0,5 Volumenprozent der Tantalcarbid-Phase, die leicht zu erkennen ist.

Es ist für den Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das in dieser Beschreibung wiedergegebene spezielle bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern daß verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird, wie er durch die Ansprüche definiert wird.

30 35

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Claims

Dlpl.-Chem. Dr. Steffen AIsO=JAE

Dipl.-Phys. Dieter FLACH

Dipping. Dietmar HAUG

Dipl.-Chem. Dr. Richard KNHSSL

PATENTANWÄLTE
Steinstr. 44, D-8000 München 80

3 0. JAN. 1985

Anm.: United Technologies Corporation, Hartford, Ct. 06101/V.St.A.

Az: 316 AS/pe

Hochfester, korrosionsbeständiger Einkristall-Superlegierungsgegenstand mit einem Gehalt an Tantalcarbid,
Verfahren zu seiner Herstellung und seine Ausgangszusammensetzung

Patentansprüche

1 1. Hochfester, korrosionsbeständiger Einkristallgegenstand aus einer Superlegierung auf Nickelbasis, der gekennzeichnet ist durch

eine Matrix, die im wesentlichen besteht aus

9,5 - 14 Gew.-% Chrom,

7 -11 Gew.-% Kobalt,

1 - 2,5 Gew.-% Molybdän,

3 - 6 Gew.-% Wolfram,

1 - 4 Gew.-% Tantal,

3 - 4 Gew.-% Aluminium,

3 - 5 Gew.-% Titan,

6,5-8 Gew.-% Aluminium + Titan, O - 1 Gew.-% Niob,

Rest im wesentlichen Nickel, 5

wobei das genannte Material von etwa 0,4 bis 1,5
Volumenprozent einer Phase auf Tantalcarbidbasis enthält und wobei der genannte Gegenstand verglichen mit einem ähnlichen Gegenstand, der eine gleiche Matrix

10 aufweist, jedoch keinen absichtlich erzeugten Gehalt

an Tantalcarbid, wenigstens die doppelte Warmkorrosions-Beständigkeit (gemessen bei 899°C(1650⁰F)) und wenigstens die doppelte Lebensdauer bis zum 1%igen Kriechen (gemessen bei 871°C/379,22MPa(1600°F/55 ksi)) aufweist.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix im wesentlichen besteht aus
10 - 14 Gew.-% Chrom,

8-10 Gew.-% Kobalt,

20 1-2,5 Gew.-% Molybdän,

3-5 Gew.-% Wolfram, 3-5 Gew.-% Titan, Rest Nickel.

3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tantalcarbidgehalt von etwa 0,4 bis etwa 1,5 Volumenprozent beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung von hochfesten, warmkorrosionsbeständigen Gegenständen aus einem Material, dessen Zusammensetzung in den folgenden Bereich fällt:
9,5 - 14 Gew.-% Chrom,
7 - 11 Gew.-% Kobalt,
1 - 2,5 Gew.-% Molybdän,

35 3-6 Gew.-% Wolfram,

1 - 4 Gew.-% Tantal, 3 - 4 Gew.-% Aluminium

3 - 5 Gew.-% Titan, 6,5- 8 Gew.-% Aluminium + Titan, O - 1 Gew.-% Niob, 5 Rest im wesentlichen Nickel,

wobei dieses Material in Einkristallform gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Zugabe von etwa 0,05 bis etwa 0,15 Gew.-% Kohlenstoff zusammen mit Tantal in einer Menge, die im Bereich des 1 bis 17fachen des KohlenstoffZusatzes liegt, umfaßt, wodurch die Festigt keit und die Warmkorrosionsbeständigkeit des erhaltenen Gegenstandes beträchtlich verbessert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangszusammensetzung in folgendem Zusammensetzungsbereich liegt:

10-14 Gew.-% Chrom, 8-10 Gew.-% Kobalt, 1 - 2,5 Gew.-% Molybdän,

20 3-5 Gew.-% Wolfram,

3-5 Gew.-% Titan, Rest im wesentlichen Nickel.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffzusatz von etwa 0,07 bis etwa 0,12

Gew.-% beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tantalzusatz in einem Bereich liegt, der vom etwa 12fachen bis zum etwa 16fachen des Kohlenstoffzusatzes reicht.

8. Für die Herstellung von hochfesten, warmkorrosionsbeständigen Einkristallgegenständen geeignete Zusammen-

35 setzung, die im wesentlichen besteht aus

9,5 - 14 Gew.-% Chrom, 7 - 11 Gew.-% Kobalt,

1 1-2,5 Gew.-% Molybdän,

1 - 6 Gew.-% Wolfram, 1 - 4 Gew.-% Tantal, 3 - 4 Gew.-% Aluminium, 5 3-5 Gew.-% Titan,

6,5- 8 Gew.-% Aluminium + Titan, 0 - 1 Gew.-% Niob, 0,05-0,15Gew.-% Kohlenstoff

sowie eine zusätzliche Tantalmenge, die dem 7 bis 17fachen des prozentualen Kohlenstoffgehalts entspricht, so daß sich die gesamte Tantalmenge zusammensetzt aus 1 bis Gew.~% Tantal plus einer Extramenge Tantal entsprechend dem 7 bis 1 7fachen prozentualen Kohlenstoffgehalt , und wobei der Rest im wesentlichen Nickel ist.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt von etwa 0,07 bis etwa 0,12 Gew.-% beträgt.

10· Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Tantalgehalt sich zusammensetzt aus 2 bis 4 Gew.-% Tantal plus einer Extramenge Tantal, die dem 12 bis 16f achen des prozentualen Kohlenstoff gehalts entspricht.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zusammensetzung aufweist von 10-14 Gew.-% Chrom, 8 - 10 Gew.-% Kobalt, 1 - 2,5Gew.-% Molybdän,

30 3-5 Gew.-% Wolfram,

2-4 Gew.-% Tantal, 3-5 Gew.-% Titan, 0,0 7-0,12 Gew.-% Kohlenstoff

sowie einer Extramenge an Tantal, die dem 12 bis 15fachen des prozentualen Kohlenstoffgehalts entspricht, und wobei der Rest im wesentlichen Nickel ist.