DE3727360A1 - Verfahren zur herstellung eines werkstuecks aus einer korrosions- und oxydationsbestaendigen ni/al/si/b-legierung - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines werkstuecks aus einer korrosions- und oxydationsbestaendigen ni/al/si/b-legierungInfo
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- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
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Description
Legierungen auf der Basis der bekannten intermetallischen
Verbindungen Ni₃Al mit guter Warmfestigkeit im mittleren
Temperaturbereich von 500 bis 700°C. Verhältnismäßig
niedrige Dichte von ca. 7,3 g/cm³. Verbesserung der Eigenschaften
durch Zusätze von Silizium und Bor.
Die Erfindung bezieht sich auf das Erschmelzen und Ab
gießen von auf der intermetallischen Verbindung Ni₃Al
mit weiteren Zusätzen modifizierten Legierungen und das
thermische und thermomechanische Weiterverarbeiten zu
prozeßgerechten brauchbaren Werkstücken mit hinreichender
Korrosionsbeständigkeit und Duktilität.
Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung
eines Werkstücks aus einer korrosions- und oxydationsbe
ständigen Ni/Al/Si/B-Legierung.
Die intermetallische Verbindung Ni₃Al hat einige interessante
Eigenschaften, welche sie als Konstruktionswerkstoff
im mittleren Temperaturbereich als attraktiv erscheinen
lassen. Ihrer technischen Verwendbarkeit in
der vorliegenden Form stehen allerdings ihre Sprödigkeit
und ihr ungenügender Korrosionswiderstand entgegen. Erstere
kann zwar durch Zusätze von Bor verbessert werden,
wobei auch höhere Festigkeitswerte erreicht werden
(Vergl. C. T. Liu et al, "Nickel Aluminides for structural
use" Journal of Metals, May 1986, pp. 19-21). Nichts
destoweniger hat dieses Verfahren, selbst unter Anwendung
hoher Abkühlungsgeschwindigkeiten bei der Erzeugung
von Bändern zu keinen praktisch brauchbaren Ergebnissen
geführt.
Die Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit derartiger,
auf Ni₃Al beruhender Legierungen kann durch Zusätze von
Silizium oder Chrom verbessert werden (Vergl. M.W. Grünling
und R. Bauer, "The role of Silicon in corrosion resistant
high temperature coatings", Thin Films, Vol. 95, 1982,
pp. 3-20). Im allgemeinen ist das Zulegieren von Silizium
der gangbarere Weg als dasjenige von Chrom, da die gleich
zeitig auftretende intermetallische Verbindung Ni₃Si
in Ni₃Al vollständig mischbar ist. Es handelt sich also
um isomorphe Zustände, wobei keine weiteren, unerwünschten
Phasen gebildet werden (Vergl. Shouichi Ochiai et al,
"Alloying behavious of Ni₃Al, Ni₃Ga, Ni₃Si and Ni₃Ce",
Acta Met. vol. 32, No. 2, pp. 289, 1984).
Die Eigenschaften dieser bekannten modifizierten Ni₃Al-
Werkstoffe genügen den technischen Anforderungen im all
gemeinen noch nicht, um daraus brauchbare Werkstücke
herzustellen.
Es besteht daher ein großes Bedürfnis, Wege zu finden,
welche die technische Verwendbarkeit der auf Ni₃Al basierenden
Legierungen ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung eines Werkstücks aus einer Ni/Al/Si/B-Legierung,
die als wesentlichen Bestandteil Ni₃Al enthält,
anzugeben, welches Erzeugnisse von gleichzeitig hoher
Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit und guter Warm
festigkeit sowie hoher Duktilität liefert.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim eingangs
erwähnten Verfahren eine Legierung mit
12 bis 23 Atom-% Al,
1 bis 12 Atom-% Si,
0,1 bis 2 Atom-% B, wobei
Al + Si + B = 24 Atom-%, und
Rest Ni
1 bis 12 Atom-% Si,
0,1 bis 2 Atom-% B, wobei
Al + Si + B = 24 Atom-%, und
Rest Ni
im Vakuum-Induktionsofen geschmolzen und zu einem Barren
vergossen wird, welcher anschließend bei einer Temperatur
von 1100°C während 60 h unter Argonatmosphäre geglüht,
abgekühlt und mechanisch von seiner Gußhaut und
Zunderschicht befreit wird, worauf der bearbeitete Barren
in eine weiche Stahlkapsel eingesetzt und letztere ver
schlossen wird, und daß das Ganze im Temperaturbereich
zwischen 1050 und 1150°C mit einer Verformungsgeschwindigkeit
= 6 · 10-5s-1 isotherm bis zu einer Verformung
ε = 1,6 verformt wird, wobei
h₀= ursprüngliche Höhe des Werkstücks,
h= Höhe des Werkstücks nach Umformung
bedeuten.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungs
beispiels erläutert.
Eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung wurde
unter Vakuum im Induktionsofen erschmolzen:
Al= 12 Atom-%
Si= 11 Atom-%
B= 1 Atom-%
Ni= Rest (76 Atom-%)
Die Schmelze wurde zu Gußblöcken von ca. 60 mm Durchmesser
und ca. 60 mm Höhe abgegossen. Die Gußblöcke
wurden hierauf einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur
von 1100°C während 60 h in Argonatmosphäre unterworfen.
Nach der Wärmebehandlung wurde die Gußhaut mechanisch
entfernt, indem eine Oberflächenschicht von ca. 1 mm
Dicke abgedreht wurde. Dann wurden die zylindrischen
Blöcke in passende Kapseln aus weichem Kohlenstoffstahl
eingeschoben und letztere dicht verschweißt. Die einge
kapselten Werkstücke wurden nun bei einer Temperatur
von 1100°C isotherm geschmiedet. Die Umformung bestand
in einem Stauchen bis zu einer Verformung ε = 1,6, wobei
h₀= ursprüngliche Höhe des Werkstücks,
h f = Höhe des Werkstücks nach Umformung
bedeuten. Die Verformungsgeschwindigkeit betrug bei
Beginn des Schmiedeprozesses 6 · 10-5s-1. Die für das
Stauchen benötigten Preßkräfte waren verhältnismäßig
niedrig. Im vorliegenden Fall betrugen sie ca. 500 kN,
was einem Anfangsdruck von ca. 200 MPa entsprach.
Durch dieses Beispiel wurde die ausgezeichnete Umformbarkeit
des vorbehandelten Werkstoffs demonstriert, betrug
doch die bei Rißfreiheit erreichte Höhenabnahme beim
Stauchen ca. 80%.
Nach der unter Beispiel I angegebenen Weise wurde eine
Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung erschmolzen:
Al= 18 Atom-%
Si= 5,55 Atom-%
B= 0,45 Atom-%
Ni= Rest
Die Schmelze wurde zu prismatischen Walzbarren von
100 mm×80 mm×20 mm abgegossen. Diese wurde zunächst
wärmebehandelt und die Gußhaut mechanisch entfernt.
Daraufhin wurden die Barren kaltgewalzt. Die Höhenabnahme
(=Querschnittsabnahme) betrug ca. 40%. Am gewalzten
Halbzeug konnten keinerlei Risse wahrgenommen werden,
was für die ausgezeichnete Duktilität des Materials
spricht.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Die Legierung kann grundsätzlich die nachfolgende Zusammen
setzung haben:
Al= 12 bis 23 Atom-%
Si= 1 bis 12 Atom-%
B= 0,1 bis 2 Atom-%, wobei
Al + Si + B = 24 Atom-%, Ni= Rest
Al + Si + B = 24 Atom-%, Ni= Rest
Das Werkstück kann nach der Wärmebehandlung oder nach
dem isothermen Schmieden einem Kaltverformungsprozeß
mit bis 40% Querschnittsabnahme unterworfen werden.
Letzterer kann zum Beispiel in einem Kaltwalzen bestehen.
Der isotherme Schmiedeprozeß kann an einem Schmiedestück
derart geführt werden, daß das Werkstück am Schluß
die Form einer Gasturbinenschaufel hat. Dies ist sehr
wesentlich, da solche Formen in der Regel nur mit Schwie
rigkeiten ohne Anreißen zu verwirklichen sind.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einer
korrosions- und oxydationsbeständigen Ni/Al/Si/B-Legierung,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung
mit
Al= 12 bis 23 Atom-%
Si= 1 bis 12 Atom-%
B= 0,1 bis 2 Atom-%, wobei
Al + Si + B = 24 Atom-%, und
Ni= Restim Vakuum-Induktionsofen geschmolzen und zu einem Barren vergossen wird, welcher anschließend bei einer Temperatur von 1100°C während 60 h unter Argonatmosphäre geglüht, abgekühlt und mechanisch von seiner Gußhaut und Zunderschicht befreit wird, worauf der bearbeitete Barren in eine weiche Stahlkapsel ein gesetzt und letztere verschlossen wird, und daß das Ganze im Temperaturbereich zwischen 1050 und 1150°C mit einer Verformgeschwindigkeit = 6 · 10-5s-1 isotherm bis zu einer Verformung ε = 1,6 verformt wird, wobei h₀= ursprüngliche Höhe des Werkstücks, h= Höhe des Werkstücks nach Umformungbedeuten.
Ni= Restim Vakuum-Induktionsofen geschmolzen und zu einem Barren vergossen wird, welcher anschließend bei einer Temperatur von 1100°C während 60 h unter Argonatmosphäre geglüht, abgekühlt und mechanisch von seiner Gußhaut und Zunderschicht befreit wird, worauf der bearbeitete Barren in eine weiche Stahlkapsel ein gesetzt und letztere verschlossen wird, und daß das Ganze im Temperaturbereich zwischen 1050 und 1150°C mit einer Verformgeschwindigkeit = 6 · 10-5s-1 isotherm bis zu einer Verformung ε = 1,6 verformt wird, wobei h₀= ursprüngliche Höhe des Werkstücks, h= Höhe des Werkstücks nach Umformungbedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung die nachstehende Zusammensetzung
hat:
Ni= 76 Atom-%
Al= 16 Atom-%
Si= 5,55 Atom-%
B= 0,45 Atom-%
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück nach dem isothermen Schmieden die
Form einer Gasturbinenschaufel hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück nach dem isothermen Schmieden einem
Kaltverformungsprozeß mit bis 40% Querschnittsabnahme
unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kaltverformungsprozeß in einem Kaltwalzen
besteht.
Applications Claiming Priority (1)
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CH3517/86A CH669396A5 (de) | 1986-09-02 | 1986-09-02 |
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GB2194550A (en) | 1988-03-09 |
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Legal Events
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