DE3689823T2 - Hochfeste Superlegierung auf Nickelbasis für Gussstücke, bearbeitet mittels isostatischem Heisspressen. - Google Patents

Hochfeste Superlegierung auf Nickelbasis für Gussstücke, bearbeitet mittels isostatischem Heisspressen.

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DE3689823T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen, γ'' - γ' - verstärkten Nickelsuperlegierungsgegenstands und auf den durch dieses Verfahren erzielbaren Gegenstand.
  • Die Erfindung bezieht sich auf gegossene Nickelsuperlegierungen und insbesondere auf Zusammensetzungen, die beim Gießen von großen Bauteilen zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken brauchbar sind.
  • Superlegierungen sind Werkstoffe, die üblicherweise auf Nickel, Kobalt oder Eisen basieren und brauchbare mechanische Eigenschaften bei Temperaturen in der Größenordnung von 538ºC (1000ºF) und darüber haben. Wegen ihrer erwünschten Eigenschaften haben Superlegierungen in Gasturbinentriebwerken zahlreiche Verwendungszwecke gefunden. Im allgemeinen werden die Bauteile für Gasturbinentriebwerke entweder gegossen, durch pulvermetallurgische Techniken hergestellt oder aus thermomechanisch bearbeiteten Produktformen wie Schmiedestücken, Platten und Blech hergestellt und spanabhebend bearbeitet. Einige Legierungszusammensetzungen, die in geschmiedeter Form besonders brauchbar sind, sind in den US-A-3 046 108, 3 758 295 und 4 231 795 beschrieben. Es ist ein Ergebnis der thermomechanischen Bearbeitung, daß Gegenstände, die diese Zusammensetzungen haben, ihr gewünschtes Mikrogefüge und ihre gewünschten Eigenschaften erreichen. Ohne diese Bearbeitung kann es vorkommen, daß diese bekannten Zusammensetzungen nicht brauchbar sind, vgl. z. B. die Erläuterung in der US-A-3 046 108 in Spalte 3, beginnend in Zeile 31. Das Mikrogefüge und die Eigenschaften von geschmiedeten Produkten werden häufig nicht in großen, komplizierten Gußstücken verwirklicht, und zwar wegen einer langsamen Abkühlgeschwindigkeit während der Erstarrung der Gußstücke, die zu einer groben Korngröße und Seigerung führt. Die Herstellung und die spanabhebende Bearbeitung von komplizierten Bauteilen aus verschiedenen Bearbeitung von komplizierten Bauteilen aus verschiedenen komplizierten Bauteilen aus verschiedenen thermisch-mechanisch bearbeiteten Produktformen ist zwar möglich, der Prozeß ist jedoch arbeitsaufwendig und erzeugt viel Schrott. Aus diesen Gründen ist er ziemlich teuer und es wird die Verwendung von Gußstücken bevorzugt. Manchmal werden Gußstücke isostatisch heißgepreßt (HIP'd) um die Eigenschaften zu verbessern.
  • Die FR-A-1 245 795 beschreibt eine Nickelsuperlegierung, die, in Gewichtsprozent, aus 10-25 Cr, 0-7 Mo, 0,2-2 Ti, 0,2-2 Al, 45-80 Ni+Co, 3-8 Nb+Ta und 0-40 Fe besteht.
  • Die US-A-4 302 256 beschreibt eine Nickelsuperlegierung, die, in Gewichtsprozent, aus 0-30 Cr, 0-20 No, 0-10 Ti, 0- 10 Al, 0-10 Nb+Ta, 0-20 Fe, 0-20 W, Rest Ni+Co besteht.
  • Die gut bekannte Nickelsuperlegierung INCONE®-Legierung 718 wird seit vielen Jahren in der Gasturbinentriebwerksindustrie benutzt. INCONEL ist ein eingetragenes Warenzeichen von The International Nickel Company, Inc. Im folgenden wird die INCONEL-Legierung 718 als IN718 bezeichnet. Diese Legierung ist in Aerospace Materials Specifications (ANS) 5663 (geschmiedete Werkstoffe) und 5383 (gegossene Werkstoffe) beschrieben. Gemäß ANS 5383 ist der Zusammensetzungsbereich für IN718, in Gewichtsprozent, 50- 55 Ni, 17-21 Cr, 4,75-5,5 Nb+Ta, 2,8-3,3 Mo, 0-1 Co, 0,65- 1,15 Ti, 0,4-0,8 Al, 1,05-1,75 Al+Ti, 0,0-0,35 Si, 0,0- 0,006 B, 0,0-0,3 Cu, 0,0-0,015 S, 0,0-0,015 P, 0,0-0,35 Mn, 0,0-0,10 C, wobei der Rest Fe ist.
  • Fortschrittliche Triebwerkskonstruktionen sind bereits vorgeschlagen worden, die eine Legierung verlangen, welche zu großen, komplexen Bauteilen mit nahezu der endgültigen Form gegossen werden kann, wobei die zusätzliche Forderung darin besteht, daß die Legierung größere Zugfestigkeitseigenschaften als IN 718 hat. Gegossene Bauteile, die aus einer solchen neuen Legierung hergestellt sind, könnten Bauteile ersetzen, welche gegenwärtig aus geschmiedeten IN718-Produkten hergestellt werden, ohne damit verbundenes zusätzliches Gewicht und unter Einsparung an Kosten. Außerdem könnten aufgrund der Forderung, daß diese neue Legierung stärker als IN718 ist, Gußstücke der neuen Legierung IN718-Gußstücke ersetzen, mit Gewichtseinsparungen und zu gleichen oder geringeren Kosten.
  • Ein Entwicklungsprogramm wurde anfänglich durchgeführt, um die Möglichkeit das Feingießens von IN718 zu großen Bauteilen für Gasturbinentriebwerke zu prüfen. Selbst nach dem Lösen von vielen mit dem Gießen verbundenen Problemen waren noch Porosität, Seigerung und Einschlüsse in den Gußstücken in unerwünschten Ausmaßen vorhanden. In Gußstücken, die langsam erstarrten, war eine beträchtliche Menge an Laves- Phase in interdendritischen Bereichen vorhanden. Die Laves- Phase verschlechtert die Schweißbarkeit und die mechanischen Eigenschaften von Gußstücken beträchtlich. Defekte wie Porosität und Einschlüsse sind ebenfalls für die mechanischen Eigenschaften nachteilig; alle drei Defekttypen müssen eliminiert werden, wenn die Verwendung von großen IN718-Gußteilen praktikabel werden soll.
  • Die Legierungen nach der vorliegenden Erfindung resultieren aus einem Programm zum Entwickeln von Legierungen, die in dem gegossenen + isostatisch heißgepreßten + wärmebehandelten Zustand stärker sind als ähnlich verarbeitete IN718 und die Zugfestigkeitseigenschaften haben, welche sich denjenigen von geschmiedeten IN718-Produkten nähern. Außerdem muß es möglich sein, die Legierungen zu großen, komplexen und nahezu endgültigen Formen gießen zu können, und sie müssen schweißbar sein.
  • Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Schritte, die im Anspruch 1 gezeigt sind, sowie einen Superlegierungsgegenstand, wie er im Anspruch 4 definiert ist.
  • Die Legierungen, die bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden, sind Modifikationen der IN7I8-Zusammensetzung. Gußstücke, die aus den erfindungsgemäßen Legierungen hergestellt sind, sind in dem nichtgeschmiedeten Zustand brauchbar. In dem gegossenen + isostatisch heißgepreßten + wärmebehandelten Zustand haben diese Gegenstände beträchtlich verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften im Vergleich zu ähnlich verarbeiteten IN718-Gegenständen. Diese Verbesserungen resultieren aus dem Vergrößern des Gehalts an Nb+Ta auf Werte von bis zu etwa 6,5% und durch Vergrößern des Gehalts an Ti auf Werte von bis zu etwa 2,25%. Wolfram kann optional in Mengen von bis zu etwa 6,5% vorhanden sein. Die Legierungen haben eine reduzierte Tendenz zur Ausscheidung von Laves-Phase während der Erstarrung im Vergleich zu IN718; das wird erreicht durch Begrenzen des Gehalts an Cr in den Legierungen auf Werte zwischen etwa 10-15% und durch Verringern des Mindestgehalts an Mo auf null. Der Zusammensetzungsbereich für die Legierungen nach der Erfindung beträgt, in Gewichtsprozent, 5,5- 6,5 Nb+Ta, 0,65-2,25 Ti, 0-6,5 W, 10-15 Cr, 0-3,3 Mo, 15-24 Fe, 0,2-0,8 Al, wobei der Rest Ni+Co ist.
  • Die Legierungen nach der Erfindung sind besonders brauchbar, da sie zu großen, komplexen Formen gegossen werden können und schweißbar sind. In dem isostatisch heißgepreßten + wärmebehandelten Zustand weisen Gegenstände, die diese Zusammensetzung haben, wenigstens eine Zunahme von 25% in den Zugfestigkeitseigenschaften bei 649ºC (1200ºF) im Vergleich zu ähnlich verarbeiteter IN718 auf. Infolgedessen können die Legierungen in Fällen benutzt werden, die bessere Eigenschaften als gegossene IN718 oder äquivalente Eigenschaften wie geschmiedete IN718 verlangen.
  • Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden aus führlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben deutlicher werden, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind.
  • Die Fig. 1a und 1b sind Schliffbilder (100X), welche die Auswirkung eines Chromgehalts auf die Bildung der Laves- Phase zeigen; und
  • die Fig. 2a-2d sind graphische Darstellungen der Zugfestigkeitsdaten nach Tabelle V.
  • Die Legierungen, die bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden, sind Zusammensetzungsmodifikationen der Legierung IN718; in dem gegossenen + isostatisch heißgepreßten + wärmebehandelten Zustand haben Gegenstände mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung Zugfestigkeitseigenschaften, die beträchtlich besser sind als diejenigen von ähnlich verarbeiteter IN718.
  • Um eine gießbare Legierungszusammensetzung zu identifizieren, die bessere Zugfestigkeitseigenschaften als gegossene + isostatisch heißgepreßte + wärmebehandelte IN718 hatte, wurde ein Labortestprogramm durchgeführt, um die Auswirkung von verschiedenen Elementen auf die mechanischen Eigenschaften von Gußstücken zu bestimmen, die eine Zusammensetzung ähnlich der durchschnittliche IN718-Zusammensetzung haben. Die metallographische Überprüfung dieser neuen Legierungen wurde ebenfalls durchgeführt, um ihre Neigung zur Bildung der Laves-Phase zu prüfen.
  • Die Zusammensetzungen der ausgewerteten Legierungen sind in Tabelle I dargestellt, ebenso wie die Zusammensetzung für IN718-Proben, die als eine Grundlinie ausgewertet wurden. In der Tabelle ist zu erkennen, daß der nominelle Gehalt an Nb+Ta in gegossener IN718 5,0 Gewichtsprozent beträgt. Erhöhte Gehalte an Nb+Ta von 5,5 und 6 Gewichtsprozent wurden ausgewertet. Der typische Gehalt an Ti in IN718 ist 1,0 Gewichtsprozent, und Legierungen, die 1,5 und 2 Gewichtsprozent Ti enthielten, wurden ausgewertet. Legierungen, die bis zu 6 Gewichtsprozent Mo und bis zu 6 Gewichtsprozent W enthielten, wurden ausgewertet. Chrom wurde in einigen dieser Legierungen auf 12 Gewichtsprozent reduziert. Eisen wurde auf 18 Gewichtsprozent festgelegt, und Ni+Co war das "Restelement". Alle Legierungen enthielten C.
  • Die Ergebnisse der Zugfestigkeitstests, die bei 649ºC (1200ºF) an Proben ausgeführt wurden, die die Zusammensetzung der Legierungen nach Tabelle I hatten, sind in Tabelle II dargestellt. In der Tabelle ist zu erkennen, daß mit nur geringen Ausnahmen alle modifizierten Legierungen 0,2% - Dehngrenzen und aspezifische Zugfestigkeiten hatten, die im Vergleich zu der IN718-Grundlinie verbessert waren. Die Duktilitätswerte (d. h. die Dehnung und die Querschnittsverringerung) waren für die modifizierten Legierungen im allgemeinen gegenüber der IN718-Grundlinie reduziert. Wegen der erhöhten Zugfestigkeiten der modifizierten Legierungen war das jedoch nicht unerwartet.
  • Die metallographische Überprüfung der Legierung nach Tabelle II zeigte, daß Chrom einen bedeutsamen Einfluß auf die Menge der Laves-Phase in dem Mikrogefüge, wie es sich durch Gießen ergab, ausübte. Das war überraschend, da die primären Elemente in der Laves-Phase Ni und Nb sind. Die Auswirkung von Cr in diesen Legierungen ist in den Fig. 1a und 1b zu erkennen. Die in diesen Figuren gezeigten Testproben wurden unter Verwendung von üblichen metallographischen Techniken angefertigt. Zum Betonen der Ausscheidung an Laves-Phase wurden die Testproben mit einer wässerigen Lösung, die 10% Oxalsäure enthielt, elektrolytisch geätzt. In diesen Schliffbildern erscheint die Laves-Phase als die weiße Phase in interdendritischen Gebieten. Die dunkle Phase, die die Laves-Phase umgibt, ist überwiegend die γ''
  • - Verfestigungsphase Ni&sub3;Nb. Die Matrixphase IN718 ist ein γ - Nickelmischkristall. In den Figuren ist zu erkennen, daß es in einer Legierung, die 19% Cr enthält (Legierung 13 in Tabelle I) eine beträchtliche Menge an Laves-Phase in dem Mikrogefüge in Form eines in sich verbundenen Netzwerks von Präzipitat gibt. In einer Legierung, die 12% Cr enthält (Legierung 9 in Tabelle I), ist die Menge an Lavesphase beträchtlich verringert. Außerdem ist die Laves-Phase in der Legierung-9 -Testprobe in Form von isolierten Präzipitatpools vorhanden, im Vergleich zu dem in sich verbundenen Netzwerk bei der Legierung 13.
  • Als ein Ergebnis der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, die durch die erhöhten Gehalte an Nb, Ti und W erzeugt werden, und der Verringerung der Laves-Phase, die durch den verringerten Cr-Gehalt verursacht wurde, wurden 113 kg (250 Pfund) vakuuminduktionsgeschmolzene (VIM) Materialchargen angefertigt. Der Sollzusammensetzungsbereich für diese Chargen ist in Tabelle III angegeben. Die tatsächliche chemische Zusammensetzung für die Chargen, die mit HS 1 und HS 2 bezeichnet sind, sind in der Tabelle ebenfalls angegeben.
  • In der Tabelle ist zu erkennen, daß alle zwei Legierungen etwa 12% Cr enthielten; die mit HS1 bezeichnete Legierung enthielt etwa 3% Mo, wogegen die mit HS2 bezeichnete Legierung etwa 1% No enthielt. HS1 und HS2 enthielten nahezu 6% Nb+Ta und 2% Ti. Ansonsten waren die Zusammensetzungen einer typischen IN718-Zusammensetzung ähnlich, mit Ausnahme der Tatsache, daß wie bei den Legierungen nach Tabelle I der Fe-Gehalt auf etwa 18 festgelegt war und daß Ni+Co das "Rest"-Element war.
  • Zum Bestimmen der mechanischen Eigenschaften dieser modifizierten Legierungen gegenüber IN718 wurden zwei verschiedene Triebwerksbauteile (die in gegenwärtigen Triebwerken in IN718 gegossen werden) unter Verwendung von bekannten Techniken durch Feingießen hergestellt. Bauteile aus allen drei Legierungen (IN718, HS1 und HS2) wurden unter im wesentlichen identischen Bedingungen gegossen und dann bei 1190ºC (2175ºF) für 4 Stunden bei 103,4 MPa (15 000 psi) isostatisch heißgepreßt, um nicht mit der Oberfläche verbundene Porosität zu schließen. Anschließend an die isostatische Heißpreßbehandlung wurde jedes Bauteil wärmebehandelt, um die mechanischen Eigenschaften zu optimieren. Die Wärmebehandlung für die IN718-Testproben bestand aus einer Stabilisierungsbehandlung bei 871ºC (1600ºF) für 10 Stunden, einer Lösungsglühbehandlung bei 954ºC (1750ºF) für 1 Stunde und einer Ausscheidungs (Alterungs-)-Behandlung bei 732ºC (1350ºF) für 8 Stunden, gefolgt von einer Abkühlung im Ofen mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 55ºC (100ºF) pro Stunde auf 663ºC (1225ºF), Halten auf 663ºC (1225ºF) für 8 Stunden und dann Abkühlen auf Raumtemperatur. Die Wärmebehandlung für alle beiden modifizierten Legierungen war ähnlich der für IN718, mit der Ausnahme, daß die Stabilisierungsbehandlung eliminiert wurde und die Lösungsglühbehandlung bei 1051ºC (1925ºF) für 1 Stunde stattfand; die Alterungsbehandlung war dieselbe wie für IN718. Die Ergebnisse von Zugtests, die bei 21ºC (70ºF) und 649ºC (1200ºF) ausgeführt wurden, sind in den Tabellen IV und V dargestellt. In den Fig. 2a-2d sind die Daten für 649ºC (1200ºF) aus Tabelle V gemittelt und in Form eines Balkendiagramms aufgetragen worden.
  • Zur Verwendung in modernen Gasturbinentriebwerken sollte eine gegossene + isostatisch heißgepreßte + wärmebehandelte Legierung IN718 eine 0,2%-Dehngrenze bei 649ºC (1200ºF) von mindestens etwa 620,5 MPa (90000 psi) und eine spezifische Mindestzugfestigkeit bei 649ºC (1200ºF) von etwa 689,5 MPa (100000 psi) haben. Eine Betrachtung der Tabellen IV und V und der Fig. 2a-2d zeigt, daß die Legierungen nach der Erfindung in dem gegossenen + isostatisch heißgepreßten + wärmebehandelten Zustand diese Mindesteigenschaftsforderungen um wenigstens 25% übersteigen. Die Legierung HS2, die die beste 0,2%-Dehngrenze und die beste spezifische Zugfestigkeit der beiden modifizierten Legierungen bei 649ºC (1200ºF) hatte, überschritt diese Mindesteigenschaftsforderungen um mehr als 37%. Die Duktilität der beiden modifizierten Legierungen ist mit der Duktilität von IN718 vergleichbar.
  • Ein Vergleich der Zugfestigkeitseigenschaften bei 649ºC (1200ºF), die in Tabelle II angegeben sind, mit denjenigen von Tabelle V zeigt einige Unterschiede, obgleich die Legierungszusammensetzungen (Tabellen I, III) ähnlich waren. Die beobachteten Unterschiede dürften der Tatsache zuzuschreiben sein, daß die Erstarrungsgeschwindigkeit für die Testproben von Tabelle II schneller war als die Erstarrungsgeschwindigkeit für die Testproben von Tabelle V. Die schnellere Erstarrungsgeschwindigkeit ergab im gegossenen Zustand eine feinere Korngröße und bessere Zugfestigkeitseigenschaften.
  • Die metallographische Untersuchung der Testproben aus HS1 und HS2 in dem Zustand, wie sie gegossen wurden, zeigte, daß sie aufgrund ihres niedrigeren Cr-Gehalts gegenüber IN718 weniger Laves-Phase-Präzipitat enthielten als die ähnlich verarbeiteten Gußstücke aus IN718. Das stimmte mit den Beobachtungen überein, die in bezug auf die in Fig. 1 gezeigten Testproben gemacht wurden.
  • Die modifizierten Legierungen wurden so beurteilt, daß sie dieselbe Gießbarkeit wie IN718 hatten. "Gießbarkeit" ist ein Maß für die Fähigkeit einer Legierung, eine Form auszufüllen und ohne die Bildung von Heißrissen oder übermäßiger Schrumpfungsporosität zu erstarren. Im allgemeinen ist die Legierungsgießbarkeit um so besser, je geringer die Anzahl an festgestellten Defekten ist. In Tests zum Auswerten der relativen Gießbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen gegenüber IN7I8 füllten alle Materialien ihre Formen erfolgreich aus und enthielten eine vergleichbare Anzahl an Defekten an der Oberfläche und unter der Oberfläche. Es wurde daraus geschlossen, daß die Legierungen eine vergleichbare Gießbarkeit hatten.
  • Große Konstruktionsgußstücke, die die Zusammensetzung der Legierungen der vorliegenden Erfindung haben, können unter Verwendung von bekannten Gießtechniken hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, jungfräuliches Material durch Vakuuminduktionsschmelzen (VIM) zu erschmelzen und die Schmelze in einer Feingießform erstarren zu lassen. Die Verwendung von jungfräulichem Material wird zwar bevorzugt, es wird jedoch angenommen, daß Altmaterial oder Schrott ebenfalls benutzt werden kann.
  • Zum Schließen von Porosität in den Gußstücken, die im gegossenen Zustand vorhanden und nicht mit der Oberfläche verbunden ist, sollte das Bauteil nach dem Gießen isostatisch heißgepreßt werden. Eine isostatische Heißpreßbehandlung, die eine günstige Reduktion in der Porosität ergeben hat, erfolgte bei 1190ºC (2175ºF) für 4 Stunden bei 103,4 MPa (15000 psi). Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß andere Temperatur-, Zeit- und Druckkombinationen gleichermaßen günstige Ergebnisse erbringen können.
  • Weil große, komplexe Gußstücke im gegossenen Zustand Defekte aufweisen können, wie z. B. mit der Oberfläche verbundene Porosität oder Einschlüsse, müssen sie schweißbar sein, damit solche Defekte repariert werden können. Das Vorhandensein von Laves-Phase in dem Mikrogefüge, so wie es sich durch das Gießen ergibt, steigert die Tendenz zum Ausgasen beim Schweißen und zur Erzeugung vom Schweißspritzern beträchtlich. Gemäß Vincent, "Precipitation Around Welds In The Nickel Base Superalloy, Inconel 718", Acta Metallurgica, Band 33, Nr. 7, S. 1205-1216 (1985), ist die Laves- Phase auch mit der Bildung von Mikrorissen in wärmebeeinflußten Zonen verknüpft. Tests, die bislang ausgeführt wurden, zeigen, daß sich die Laves-Phase in den Legierungen nach der Erfindung in dem Ausmaß, das die Schweißbarkeit nachteilig beeinflussen wird, nicht bilden werden. Infolgedessen werden diese Legierungen als schweißbar betrachtet.
  • Wenn Defekte wie Porosität oder Einschlüsse in Gußstücken nach dem isostatischen Heißpressen festgestellt werden, können diese Defekte entfernt werden, z. B. durch Abschleifen. Diese Bereiche können dann durch Schweißen repariert werden, z. B. unter Verwendung von Lichtbogenschweißtechniken. Es wird bevorzugt, daß Schweißzusatzmetall (z. B. Draht oder Stab), das eine Zusammensetzung in dem Bereich hat, der in Tabelle III angegeben ist, benutzt werden kann, um jegliche Inkompatibilitäten zwischen der Schweißraupe und dem Grundmetall zu vermeiden. Vor dem Schweißen wird das Bauteil vorzugsweise bei 1051ºC (1925ºF) für 1 Stunde wärmebehandelt (Luftabkühlung). Anschließend an die Schweißreparatur wird das Bauteil erneut inspiziert, und wenn keine weiteren Defekte festgestellt werden, wird das Bauteil wärmebehandelt, um die mechanischen Eigenschaften zu optimieren, und zwar gemäß folgendem Plan: 1051 + 14ºC (1925 º + 25ºF) 1 Stunde, gefolgt von 732 ± 14ºC (1350º ± 25ºF)/8 Stunden, Ofenabkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 55ºC/(100ºF) pro Stunde auf 663ºC (1225ºF) gefolgt von 663 ± 14ºC (1225º ± 25ºF)/8 Stunden (Luftabkühlung).
  • Wegen der erwünschten mechanischen Eigenschaften von Gußgegenständen, die die erfindungsgemäße Zusammensetzung haben, und in Anbetracht ihrer Schweißbarkeit sind sie bei der Herstellung von großen, komplexen Gußstücken zur Verwendung in Turbomaschinen wie Gasturbinentriebwerken brauchbar. Sie sind besonders brauchbar bei der Herstellung von Bauteilen wie Diffusorgehäusen und Rotorscheiben.
  • Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform derselben gezeigt und beschrieben worden, dem Fachmann dürfte jedoch klar sein, daß andere verschiedene Änderungen und Weglassungen in der Form und im Detail darin vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Tabelle I MODIFIZIERTE LEGIERUNGSZUSAMMENSETZUNGEN, GEWICHTSPROZENT Legierung Rest
  • * Typische IN718-Zusammensetzung
  • Anmerkung:
  • Die Legierungen 2-8, 10-11, 13, 15-18 liegen außerhalb der Erfindung. Tabelle II 649ºC (1200ºF) ZUGFESTIGKETTSEIGENSCHAFTEN VON MODI- FIZIERTEN LEGIERUNGSZUSAMMENSETZUNGEN IM GEGOSSENEN +ISO- STATISCH HEISSGEPRESSTEN + WÄRMEBEHANDELTEN ZUSTAND* Legierung Dehngrenze Spezifische Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung
  • * Testproben wärmebehandelt zum Lösungsglühen der Deltaphase.
  • ** Testprobe fiel vorzeitig aus.
  • Anmerkung:
  • Die Legierungen 2-8, 10-11, 13, 15-17 sind außerhalb der Erfindung. Tabelle III HOCHFESTE LEGIERUNGSZUSAMMENSETZUNGEN, GEWICHTSPROZENT Element Zusammensetzungsbereich Wolfram Niob + Tantal Titan Chrom Molybdän Eisen Aluminium Kohlenstoff Kobalt Nickel + Kobalt Rest Mangan Silicium Phosphor Schwefel Bor Kupfer Zirconium Blei Wismuth Selen Tabelle IV LEGIERUNGSZUGFESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN BEI 21ºC (70ºF); TESTPROBEN SPANABHEBEND BEARBEITET AUS GEGOSSENEN + ISOSTATISCH HEISSGEPRESSTEN + WÄRMEBEHANDELTEN TRIEBWERKSTELLEN Legierung Dehngrenze Spezifische Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung Tabelle IV Fortsetzung Legierung Dehngrenze Spezifische Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung Tabelle V LEGIERUNGSZUGFESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN BEI 649ºC (1200ºF); TESTPROBEN ENTNOMMEN AUS GEGOSSENEN + ISOSTATISCH HEISSGEPRESSTEN + WÄRMEBEHANDELTEN TRIEBWERKSTELLEN Legierung Dehngrenze Spezifische Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung Tabelle V, Fortsetzung Legierung Dehngrenze Spezifische Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines gegossenen, γ'' - γ'- verfestigten Nickelsuperlegierungsgegenstands, der im nichtgeschmiedeten Zustand brauchbar ist, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet;
a) Schmelzen und Erstarrenlassen einer Legierung, die eine Zusammensetzung hat, welche, in Gewichtsprozent, aus 0,0- 3,3 Mo, 15-24 Fe, 0,2-0,8 Al, 0,65-2,25 Ti, 5,5-6,5 Nb+Ta, 10-15 Cr, 0-6,5 W, Rest Ni+Co und unvermeidliche Verunreinigungen, besteht, wobei die hohen Ti- und Nb-Gehalte die Bildung der γ'' - und γ' - Phasen in dem Mikrogefüge fördern und wobei der niedrige Cr-Gehalt die Bildung der Laves-Phase in dem Mikrogefüge unterdrückt;
b) Isostatisches Heißpressen der gegossenen Legierung bei Bedingungen zum Schließen von nach dem Gießen unter der Oberfläche vorhandener Porösität; und
c) Wärmebehandeln der Legierung, um die mechanischen Eigenschaften zu optimieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter beinhaltend den Schritt des Schweißreparierens des Gußstückes.
3. Gegenstand, erzielbar durch die Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2.
4. Gegossener, isostatisch heißgepreßter und wärmebehandelter Nickelsuperlegierungsgegenstand, bestehend, in Gewichtsprozent, aus 0,0-3,3 Mo, 15-24 Fe, 0,2-0,8 Al, 0,65- 2,25 Ti, 5,5-6,5 Nb+Ta, 10-15 Cr, 0-6,5 W, Pest Ni+Co und unvermeidliche Verunreinigungen.
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