DE4110543A1 - OXIDE DISPERSION HARDENED ELIGIBLE CHROME CHROME ALLOY - Google Patents
OXIDE DISPERSION HARDENED ELIGIBLE CHROME CHROME ALLOYInfo
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- DE4110543A1 DE4110543A1 DE19914110543 DE4110543A DE4110543A1 DE 4110543 A1 DE4110543 A1 DE 4110543A1 DE 19914110543 DE19914110543 DE 19914110543 DE 4110543 A DE4110543 A DE 4110543A DE 4110543 A1 DE4110543 A1 DE 4110543A1
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- C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
- C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
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Description
Die Erfindung betrifft eine oxiddispersionsgehärtete ausscheidungshärtbare Nickel-Chromlegierung zur Herstellung mechanisch hochbelastbarer Bauteile thermischer Maschinen, vorzugsweise als Schaufelwerkstoff für Gasturbinen.The invention relates to an oxide dispersion hardened Precipitation-hardenable nickel-chromium alloy for production components of thermal machines that can withstand high mechanical loads, preferably as a blade material for gas turbines.
Die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit von Gasturbinen hängen vor allem von der Höhe der Betriebstemperatur ab: Je höher die Betriebstemperatur, desto besser ist die Wirtschaftlichkeit. Besonders hoch beansprucht sind die Turbinenschaufeln der ersten Stufe. Hierfür werden zur Zeit überwiegend ausscheidungshärtbare Nickelbasislegierungen eingesetzt, bei denen hohe Zeitstandfestigkeiten durch Warmaushärtung, d. h. durch die Ausscheidung intermetallischer Phasen vom Typ Ni3(Ti,Al,Nb), erreicht werden. Trotz der Fortschritte in der Herstellungstechnik, wie Vakuum-Schmelzen und gerichtete Erstarrung, sind der Erhöhung der Betriebstemperatur Grenzen gesetzt, weil die fein ausgeschiedenen Ni3(Ti,Al,Nb)-Partikel sich bei steigenden Temperaturen oberhalb der Ausscheidungstemperatur zunächst einformen und bei noch höheren Temperaturen wieder in Lösung gehen. Fortschritte zu noch höheren Temperaturen sind durch die Anwendung der Dispersionshärtung möglich. Hierbei wird eine bis zu sehr hohen Temperaturen beständige Festigkeitssteigerung erzielt durch feinverteilte inerte Einlagerungen. Im Falle von Ni-Cr-Legierungen haben sich vor allem kleine Mengen der Oxide von Scandium, Yttrium und den Lanthaniden bewährt, wobei der mittlere Abstand der einzelnen Oxidpartikel ca. 100 nm nicht übersteigen sollte, um einen hinreichend großen Effekt zu erzielen.The reliability and economy of gas turbines depend primarily on the level of the operating temperature: the higher the operating temperature, the better the economy. The turbine blades of the first stage are particularly stressed. Precipitation-hardenable nickel-based alloys are currently used for this purpose, in which high creep rupture strengths are achieved by heat hardening, ie by the precipitation of intermetallic phases of the type Ni 3 (Ti, Al, Nb). Despite the advances in manufacturing technology, such as vacuum melting and directional solidification, there are limits to the increase in operating temperature because the finely separated Ni 3 (Ti, Al, Nb) particles initially form when the temperature rises above the separation temperature and still dissolve at higher temperatures. Advances to even higher temperatures are possible through the use of dispersion hardening. A constant increase in strength up to very high temperatures is achieved through finely divided inert deposits. In the case of Ni-Cr alloys, especially small amounts of the oxides of scandium, yttrium and the lanthanides have proven their worth, whereby the mean distance between the individual oxide particles should not exceed approximately 100 nm in order to achieve a sufficiently large effect.
Bekanntlich lassen sich solche für den Einsatz bei hohen Betriebstemperaturen bis etwa 1150°C geeignete Werkstoffe nicht auf schmelzmetallurgischem Wege erzeugen. Beim Schmelzen würden nämlich die feinen Oxidpartikel wegen fehlender Benetzbarkeit und wegen des großen Dichteunterschieds aus der Schmelze ausschwemmen. Deshalb können solche Werkstoffe nur pulvermetallurgisch hergestellt werden. Dabei genügt es nicht, die metallischen Legierungsbestandteile mit den oxidischen Dispersoid-Pulvern zu mischen. Um die erforderlich feine und gleichmäßige Dispersoidverteilung zu gewährleisten, müssen die Pulver vielmehr einem langzeitigen, hochenergetischen Mahlprozeß unterworfen werden. Hierbei laufen eine Anzahl - teilweise in Konkurrenz zueinander stehender - komplexer Vorgänge ab, u. a.:As is well known, such can be used for high Operating temperatures up to approx. 1150 ° C suitable materials do not produce by melt metallurgy. At the This is because the fine oxide particles would melt lack of wettability and because of the large Wash out the difference in density from the melt. That's why such materials can only be manufactured using powder metallurgy will. The metallic ones are not enough Alloy components with the oxidic dispersoid powders to mix. To the required fine and even To ensure dispersoid distribution, the powders rather a long-term, high-energy grinding process be subjected. Here are a number - partially competing - complex processes, u. a .:
- - Ein Auswalzen plastisch verformbarer Pulverpartikel zu dünnen Plättchen.- Rolling out plastically deformable powder particles thin platelets.
- - In gewissem Umfang ein Zerkleinern des Oxidpulvers.- To a certain extent, crushing the oxide powder.
- - Ein Zerkleinern der Metallpulver bzw. der ausgewalzten dünnen Plättchen.- A crushing of the metal powder or the rolled out thin platelets.
- - Durch die lokal sehr hohen spezifischen Drücke kommt es zu einem Kaltverschweißen der Metallpartikel. An den Kaltschweißstellen werden andere Partikel, vor allem die Oxidpartikel, eingeschlossen. Die durch Kaltverschweißen gebildeten größeren Agglomerate unterliegen ihrerseits wiederum dem Auswalzen und Zerkleinern.- Because of the locally very high specific pressures for cold welding of the metal particles. To the Cold weld spots become other particles, especially the oxide particles included. By Cold welding formed larger agglomerates are in turn subject to rolling and Crushing.
Auswalzen, Zerkleinern und Wieder-Agglomerieren laufen parallel und in Konkurrenz zueinander. Dadurch erhält man nach hinreichend langer Mahldauer ein Pulver, bei dem jedes Partikel dieselbe Zusammensetzung aufweist wie die - ursprünglich heterogene - Ausgangspulvermischung. Die Bestandteile der Ausgangsmischung sind in diesen Partikeln submikroskopisch fein ineinander verteilt. Rolling out, crushing and re-agglomeration run parallel and in competition with each other. This gives you after a sufficiently long grinding time, a powder in which each Particle has the same composition as the - originally heterogeneous - starting powder mixture. The Components of the starting mixture are in these particles submicroscopically finely distributed.
Das so erzeugte Pulver wird z. B. durch Walzen, Strangpressen oder isostatisch bei ca. 1000°C zu einer porenfreien Legierung verdichtet und mit üblichen Formgebungsverfahren zu den benötigten Bauteilen verarbeitet.The powder thus produced is z. B. by rolling, extrusion or isostatically at approx. 1000 ° C to a non-porous Alloy compacted and with usual shaping processes processed to the required components.
Die so hergestellten Werkstoffe zeichnen sich bei hohen Temperaturen durch eine überragende Zeitstandfestigkeit aus.The materials produced in this way are characterized by high Temperatures characterized by an outstanding creep rupture strength.
Durch die Überlagerung des Festigkeitsverhaltens konventioneller aushärtbarer Legierungen und oxiddispersionsgehärteter Legierungen ergeben sich ungewöhnlich gute Zeitstandfestigkeiten, insbesondere im Bereich höchster Betriebstemperaturen.By superimposing the strength behavior conventional hardenable alloys and Oxide dispersion hardened alloys result unusually good creep strength, especially in Range of highest operating temperatures.
In "Alloy Digest",Juli 1983, Seite Ni-288 ist eine durch mechanisches Legieren erzeugte Nickel-Chromlegierung beschrieben, die eine hohe Kriech- und Bruchfestigkeit bei Temperaturen von 1095°C sowie eine ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationsfestigkeit besitzt. Diese Nickel-Chromlegierung setzt sich zusammen ausIn "Alloy Digest", July 1983, page Ni-288, one is through mechanical alloying produces nickel-chromium alloy described, which have a high creep and fracture resistance Temperatures of 1095 ° C as well as excellent Has corrosion and oxidation resistance. These Nickel-chromium alloy is composed
15,0 Gew.-% Chrom
4,0 Gew.-% Wolfram
2,0 Gew.-% Molybdän
4,5 Gew.-% Aluminium
2,5 Gew.-% Titan
2,0 Gew.-% Tantal
0,05 Gew.-% Kohlenstoff
0,01 Gew.-% Bor
0,15 Gew.-% Zirkonium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.15.0 wt% chromium
4.0 wt% tungsten
2.0 wt% molybdenum
4.5% by weight aluminum
2.5 wt% titanium
2.0 wt% tantalum
0.05 wt% carbon
0.01% by weight boron
0.15 wt% zirconium
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
Der Nachteil dieser oxiddispersionsgehärteten Nickel-Chromlegierung besteht darin, daß die Oxidations- und Heißgaskorrosionsbeständigkeit in zahlreichen Anwendungsfällen nicht ausreichen. The disadvantage of this oxide dispersion hardened Nickel-chromium alloy is that the oxidation and Hot gas corrosion resistance in numerous Use cases are not sufficient.
Um diesen Mangel zu beseitigen, ist es bekannt, bei der vorstehend beschriebenen Nickel-Chromlegierung den Chromgehalt auf bis zu 20 Gew.-%, den Aluminiumgehalt auf bis zu 6 Gew.-% zu erhöhen und den Wolframgehalt zu senken. Diese Maßnahmen bewirken jedoch die Bildung spröder Phasen in bestimmten Temperaturbereichen, so daß dadurch die guten mechanischen Eigenschaften dieser Nickel-Chromlegierung nicht unbeachtlich beeinträchtigt werden.To remedy this deficiency, it is known at the The nickel-chromium alloy described above Chromium content up to 20 wt .-%, the aluminum content up to increase to 6 wt .-% and lower the tungsten content. These However, measures result in the formation of brittle phases in certain temperature ranges, so that the good mechanical properties of this nickel-chromium alloy not be negligibly affected.
Es ist deshalb eine oxiddispersionsgehärtete Nickel-Chromlegierung der ZusammensetzungIt is therefore an oxide dispersion hardened Nickel-chromium alloy of the composition
17 bis 18 Gew.-% Chrom
6 bis 7 Gew.-% Aluminium
3 bis 3,5 Gew.-% Wolfram
2 bis 2,5 Gew.-% Tantal
<0,2 Gew.-% Zirkonium
<0,02 Gew.-% Bor
<0,1 Gew.-% Kohlenstoff
1 bis 1,5 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel17 to 18 wt% chromium
6 to 7% by weight aluminum
3 to 3.5 wt% tungsten
2 to 2.5 wt% tantalum
<0.2 wt% zirconium
<0.02% by weight boron
<0.1 wt% carbon
1 to 1.5 wt% yttrium oxide
Rest of nickel
in der EP-A-02 60 465 beschrieben, die bei Wahrung höchstmöglicher Warmfestigkeit, insbesondere Kriechgrenze, unter Vermeidung der Bildung von spröden Phasen und eine erhöhte Beständigkeit gegen Korrosion aufweisen soll.in EP-A-02 60 465, which is in compliance highest possible heat resistance, especially creep limit, while avoiding the formation of brittle phases and one should have increased resistance to corrosion.
In dem Bestreben, insbesondere die Oxidationsbeständigkeit an Luft und bei Temperaturen von 1000°C und die Heißgaskorrosionsbeständigkeit durch Ausbildung dichter, haftfester und langsam wachsender Al2O3-Oxidschichten zu verbessern, ohne dadurch allerdings die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, vor allem Zeitstandfestigkeit und Duktilität, zu beeinträchtigen, wird erfindungsgemäß eine Nickel-Chromlegierung bereitgestellt, die durch mechanisches Legieren hergestellt ist und sich ausIn the effort to improve in particular the oxidation resistance in air and at temperatures of 1000 ° C and the hot gas corrosion resistance by forming dense, adherent and slowly growing Al 2 O 3 oxide layers, without, however, the excellent mechanical properties, especially creep resistance and ductility, To impair, a nickel-chromium alloy is provided according to the invention, which is produced by mechanical alloying and from
15 bis 21 Gew.-% Chrom
4 bis 7 Gew.-% Aluminium
1 bis 8 Gew.-% Molybdän
0 bis 5 Gew.-% Wolfram
0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium
0,005 bis 0,015 Gew.-% Bor
0 bis 0,075 Gew.-% Kohlenstoff
<0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium
0,5 bis 1,5 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel15 to 21 wt% chromium
4 to 7% by weight aluminum
1 to 8 wt% molybdenum
0 to 5 wt% tungsten
0.1 to 0.2 wt% zirconium
0.005 to 0.015 wt% boron
0 to 0.075 wt% carbon
<0.2 to 3.0% by weight silicon
0.5 to 1.5 wt% yttrium oxide
Rest of nickel
zusammensetzt.put together.
Im Hinblick auf die geplante Verwendung der aus der erfindungsgemäß zusammengesetzten Nickel-Chromlegierung herzustellenden Bauteile für thermische Maschinen haben sich insbesondere Zusammensetzungen in den nachfolgenden Grenzen als geeignet erwiesen:With regard to the planned use of the from the Nickel-chromium alloy composed according to the invention Components to be manufactured for thermal machines have in particular compositions within the following limits proven suitable:
15 bis 18 Gew.-% Chrom
5 bis 7 Gew.-% Aluminium
1 bis 8 Gew.-% Molybdän
0 bis 5 Gew.-% Wolfram
1 bis 3 Gew.-% Tantal
0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium
0,005 bis 0,15 Gew.-% Bor
0 bis 0,075 Gew.-% Kohlenstoff
<0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium
0,5 bis 1,25 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel15 to 18 wt% chromium
5 to 7 wt .-% aluminum
1 to 8 wt% molybdenum
0 to 5 wt% tungsten
1 to 3 wt% tantalum
0.1 to 0.2 wt% zirconium
0.005 to 0.15 wt% boron
0 to 0.075 wt% carbon
<0.2 to 3.0% by weight silicon
0.5 to 1.25 wt% yttrium oxide
Rest of nickel
oderor
19 bis 2,5 Gew.-% Chrom
4 vis 7 Gew.-% Aluminium
1 bis 8 Gew.-% Molybdän
0 bis 5 Gew.-% Wolfram
0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium
0,005 bis 0,015 Gew.-% Bor
0 bis 0,075 Gew.-% Kohlenstoff
<0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium
0,5 bis 1,25 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.19 to 2.5 wt% chromium
4 to 7% by weight aluminum
1 to 8 wt% molybdenum
0 to 5 wt% tungsten
0.1 to 0.2 wt% zirconium
0.005 to 0.015 wt% boron
0 to 0.075 wt% carbon
<0.2 to 3.0% by weight silicon
0.5 to 1.25 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
Als Siliziumgehalt hat sich insbesondere der Bereich von 0,3 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% oder 0,3 bis 0,8 Gew.-% als geeignet erwiesen.The silicon content in particular has the range of 0.3 to 3.0% by weight, preferably 1 to 3% by weight or 0.3 to 0.8% by weight has been found to be suitable.
Die Nickel-Chromlegierungen weisen insbesondere einen Molybdängehalt von 1 bis 3 Gew.-% und einen Wolframgehalt von 3 bis 5 Gew.-% auf. Bei einem Molybdängehalt von 1,5 bis 8,0 Gew.-% beträgt der Wolframgehalt 0 bis 3 Gew.-%.The nickel-chromium alloys have one in particular Molybdenum content of 1 to 3 wt .-% and a tungsten content of 3 to 5% by weight. With a molybdenum content of 1.5 to 8.0% by weight, the tungsten content is 0 to 3% by weight.
Durch die Herstellung der Legierung unter Anwendung des mechanischen Legierens wird eine besonders homogene Verteilung der Legierungselemente erreicht, so daß die Segregation des Siliziums an Korngrenzen weitgehend ausgeschlossen ist und damit eine Versprödung des Werkstoffs unterbleibt. Der Zusatz von Silizium unterstützt die Wirkung des fein verteilten Yttriumoxids, das die Festigkeit der oxiddispersionsgehärteten, ausscheidungshärtbaren Legierungen bewirkt. Unter zyklischen Oxidationsbedingungen bei 1000°C bilden sich dünne, langsam wachsende Oxidschichten aus, die ausgezeichnete Haftung der Oxidschicht auf der erfindungsgemäßen Legierung besitzen. Die Wirkung des Siliziums beruht zusätzlich darauf, daß die thermodynamische Aktivität des gelösten Aluminiums durch den Zusatz von Silizium erhöht und damit die Ausbildung einer schützenden Al2O3-Deckschicht gefördert wird. Die Ausbildung schützender Al2O3-Deckschichten auf hochwarmfesten Werkstoffen bei Langzeiteinsatz ist notwendig, da Cr2O3-Deckschichten bei Temperaturen oberhalb 950°C sehr viel höhere Wachstumsgeschwindigkeiten aufweisen und die überlagerte Abdampfung von Cr2O3 zu rapider Zerstörung des Werkstoffs führt. Neben einer guten Oxidationsbeständigkeit besitzt die erfindungsgemäße Legierung eine gute Beständigkeit gegen sulfathaltige Ablagerungen beim Einsatz in stationären Gasturbinen und Flugtriebwerken.By producing the alloy using mechanical alloying, a particularly homogeneous distribution of the alloying elements is achieved, so that the segregation of the silicon at grain boundaries is largely ruled out and the material therefore does not become brittle. The addition of silicon supports the effect of the finely divided yttrium oxide, which brings about the strength of the oxide dispersion-hardened, precipitation-hardenable alloys. Under cyclic oxidation conditions at 1000 ° C., thin, slowly growing oxide layers are formed which have excellent adhesion of the oxide layer to the alloy according to the invention. The effect of the silicon is additionally based on the fact that the thermodynamic activity of the dissolved aluminum is increased by the addition of silicon and thus the formation of a protective Al 2 O 3 top layer is promoted. The formation of protective Al 2 O 3 cover layers on heat-resistant materials in long-term use is necessary because Cr 2 O 3 cover layers have much higher growth rates at temperatures above 950 ° C and the superimposed evaporation of Cr 2 O 3 leads to rapid destruction of the material . In addition to good oxidation resistance, the alloy according to the invention has good resistance to sulfate-containing deposits when used in stationary gas turbines and aircraft engines.
Durch den Zusatz von mehr als 0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium gelingt es, die Heißgaskorrosionsbeständigkeit gegenüber der in der Praxis üblicherweise eingesetzten Nickel-Chromlegierung deutlich zu verbessern. Dieses Ergebnis ist überraschend, da die Fachwelt bisher die Auffassung vertreten hat, daß Siliziumgehalte von mehr als 0,2% zur Bildung spröder Phasen führen, die die Warmumformbarkeit und das Bruchverhalten bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und Betriebstemperatur nachteilig beeinflussen.By adding more than 0.2 to 3.0% by weight of silicon manages the hot gas corrosion resistance to the usually used in practice Improve nickel-chromium alloy significantly. This The result is surprising, since the professional world has so far Has held that silicon levels greater than 0.2% lead to the formation of brittle phases that Hot formability and fracture behavior at temperatures between room temperature and operating temperature disadvantageous influence.
Der Zusatz von Silizium ist in ausscheidungshärtbaren Legierungen auf Nickel-, Kobalt- oder Eisenbasis, die durch Feinguß oder gerichtete Erstarrung hergestellt werden, unerwünscht. Zum einen neigt Silizium zur Segregation an Korngrenzen während der Erstarrung, was zu einer erheblichen Versprödung des Werkstoffs führt. Darüber hinaus bewirken nennenswerte Silizium-Zusätze eine Absenkung des Schmelzpunkts der Legierungen, insbesondere bei lokaler Anreicherung.The addition of silicon is in precipitation hardenable Alloys based on nickel, cobalt or iron Investment casting or directional solidification are produced, undesirable. On the one hand, silicon tends to segregate Grain boundaries during solidification, causing significant Embrittlement of the material leads. Beyond effect noteworthy silicon additives a reduction in Melting point of the alloys, especially local ones Enrichment.
In der DE-B-19 09 721 ist zwar ausgeführt, daß ein Metallpulver aus gekneteten Verbundteilchen aus 0,65% Chrom, 0 bis 8% Aluminium, 0 bis 8% Titan, 0 bis 40% Molybdän, 0 bis 40% Wolfram, 0 bis 20% Niob, 0 bis 30% Tantal, 0 bis 40% Kupfer, 0 bis 2% Vanadium, 0 bis 15% Mangan, 0 bis 2% Kohlenstoff, 0 bis 1% Bor, 0 bis 2% Zirkonium, 0 bis 0,5% Magnesium und 0 bis 10 Vol.-% einer hochschmelzenden Verbindung, Rest mindestens 25% eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Nickel und Kobalt, auch 0 bis 1% Silizium enthalten kann. Dieser Hinweis auf den Zusatz von Silizium läßt jedoch in keiner Weise einen Rückschluß auf seine Wirkung in einer oxiddispersionsgehärteten und ausscheidungshärtbaren Nickel-Chromlegierung der beanspruchten Zusammensetzung zu.In DE-B-19 09 721 it is stated that a Metal powder from kneaded composite particles of 0.65% Chrome, 0 to 8% aluminum, 0 to 8% titanium, 0 to 40% Molybdenum, 0 to 40% tungsten, 0 to 20% niobium, 0 to 30% Tantalum, 0 to 40% copper, 0 to 2% vanadium, 0 to 15% Manganese, 0 to 2% carbon, 0 to 1% boron, 0 to 2% Zirconium, 0 to 0.5% magnesium and 0 to 10% by volume of one high melting compound, balance at least 25% of one or several of the metals iron, nickel and cobalt, also 0 to Can contain 1% silicon. This reference to the addition However, no conclusion can be drawn from silicon in any way on its effect in an oxide dispersion hardened and precipitation-hardenable nickel-chromium alloy claimed composition.
Auch in der in der DE-A-23 24 961 beschriebenen oxiddispersionsgehärteten und ausscheidungshärtbaren Nickel-Chromlegierung wird der Zusatz von bis zu 0,5% Silizium nur nebenbei erwähnt, ohne daß über seine Wirkung, insbesondere im Hinblick auf Oxidations- und Heißkorrosionsbeständigkeit, etwas ausgesagt wird.Also in that described in DE-A-23 24 961 Oxide dispersion hardened and precipitation hardenable Nickel-chromium alloy will add up to 0.5% Silicon just mentioned by the way, without knowing about its effect, especially with regard to oxidation and Hot corrosion resistance, something is said.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to two Embodiments explained in more detail.
Zur Herstellung der Nickel-Chromlegierungen der ZusammensetzungenTo manufacture the nickel-chromium alloys Compositions
17 Gew.-% Chrom
6 Gew.-% Aluminium
2 Gew.-% Molybdän
3,5 Gew.-% Wolfram
2 Gew.-% Tantal
0,15 Gew.-% Zirkonium
0,01 Gew.-% Bor
0,05 Gew.-% Kohlenstoff
0,7 Gew.-% Silizium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel17 wt% chromium
6% by weight aluminum
2 wt% molybdenum
3.5 wt% tungsten
2 wt% tantalum
0.15 wt% zirconium
0.01% by weight boron
0.05 wt% carbon
0.7% by weight silicon
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel
undand
20 Gew.-% Chrom
6 Gew.-% Aluminium
2 Gew.-% Molybdän
3,5 Gew.-% Wolfram
0,15 Gew.-% Zirkonium
0,01 Gew.-% Bor
0,015 Gew.-% Kohlenstoff
0,7 Gew.-% Silizium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel20 wt% chromium
6% by weight aluminum
2 wt% molybdenum
3.5 wt% tungsten
0.15 wt% zirconium
0.01% by weight boron
0.015 wt% carbon
0.7% by weight silicon
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel
wurden Legierungspulver mit einer Körnung von < 200 µm, vorzugsweise 36 bis 118 µm, enthaltend Nickel, Chrom, Aluminium, Zirkonium und Bor, mit Wolfram-, Molybdän-, Tantal- und Yttriumoxid-Pulver vermischt. Davon wurden 8 kg einer Zentrifugal-Schwingmühle mit einem Behälter von 22 l und einer Füllung mit 55 kg Stahlkugeln eingefüllt und 15 h lang bei einer Geschwindigkeit von 450 U/min mechanisch legiert. Das mechanisch legierte Pulver wurde nach Abkühlung auf Raumtemperatur unter Vakuum in einen Behälter gefüllt, der in einer Strangpresse bei einer Temperatur von 980°C verpreßt, anschließend einer rekristallisierenden Wärmebehandlung bei 1230°C ausgesetzt und dann langsam abgekühlt wurde.alloy powders with a grain size of <200 µm, preferably 36 to 118 μm, containing nickel, chromium, Aluminum, zirconium and boron, with tungsten, molybdenum, Tantalum and yttrium oxide powder mixed. Of this, 8 kg a centrifugal vibratory mill with a container of 22 l and filled with 55 kg steel balls and 15 h mechanically at a speed of 450 rpm alloyed. The mechanically alloyed powder was after cooling filled into a container at room temperature under vacuum, that in an extrusion press at a temperature of 980 ° C pressed, then a recrystallizing Exposed to heat treatment at 1230 ° C and then slowly was cooled.
Bei beiden vorstehend angeführten Zusammensetzungen kann der Molybdängehalt 7,25 Gew.-% bei gleichzeitiger Abwesenheit von Wolfram betragen.In both of the above compositions, the Molybdenum content 7.25 wt .-% in the absence of Tungsten.
Die Fig. 1 zeigt das zyklische Oxidationsverhalten der erfindungsgemäß zusammengesetzten Nickellegierungen im Vergleich zu der bekannten, durch mechanisches Legieren erzeugten Nickellegierung vom Typ INCONEL Alloy MA 6000 gemäß "Alloy Digest", Juli 1983, Seite Ni-288 und der zum Stand der Technik gehörenden gegossenen, gerichtet erstarrten Nickellegierung vom Typ IN 738 LC gemäß Sims, C. T. und W. C. Hagel "The Superalloys", John Wiley & Sons, New York 1972, Seite 18 bei einer Temperatur von 1000°C. Die Dauer der Erwärmung betrug 1 h pro Zyklus und die Abkühlgeschwindigkeit 500°C/min. Durch das Abplatzen von Cr2O3-Deckschichten von der Oberfläche der bekannten Nickellegierungen kommt es zu einer beachtlichen Gewichtsabnahme. Bei der erfindungsgemäß zusammengesetzten Nickellegierung bleibt das Gewicht unverändert. Fig. 1 shows the cyclic oxidation behavior of the inventive composite nickel alloys in comparison to the prior art, produced by mechanical alloying nickel type alloy INCONEL Alloy MA 6000 according to "Alloy Digest", July 1983 page Ni-288 and belonging to the prior art cast , directed solidified nickel alloy of the type IN 738 LC according to Sims, CT and WC Hagel "The Superalloys", John Wiley & Sons, New York 1972, page 18 at a temperature of 1000 ° C. The duration of the heating was 1 hour per cycle and the cooling rate was 500 ° C./min. The flaking of Cr 2 O 3 cover layers from the surface of the known nickel alloys leads to a considerable weight loss. In the nickel alloy composed according to the invention, the weight remains unchanged.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß die erfindungsgemäße Nickellegierung eine vergleichsweise ausgezeichnete Heißgaskorrosionsbeständigkeit gegenüber sulfathaltigen Ablagerungen besitzt; eine Eigenschaft, die insbesondere für den Einsatz in stationären Gasturbinen und Flugtriebwerken von Bedeutung ist. Die Heißgaskorrosion im Temperaturbereich von 800 bis 950°C bewirkt eine innere Sulfidierung von Nickel und Chrom. Die Kinetik der Heißgaskorrosion der erfindungsgemäßen Nickellegierungen ist im Vergleich mit den Nickellegierungen INCONEL Alloy MA 6000, IN 738 LC und IN 939 in synthetischer Schlacke bei 850°C in Fig. 2 dargestellt. Letztere Nickellegierung gilt als ausgesprochen beständiger Werkstoff, der ungeschützt in stationären Gasturbinen bis 900°C eingesetzt wird.From Fig. 2 it appears that the nickel alloy of the invention has a comparatively excellent hot gas corrosion resistance to sulphate-containing deposits; a property that is particularly important for use in stationary gas turbines and aircraft engines. The hot gas corrosion in the temperature range of 800 to 950 ° C causes an internal sulfidation of nickel and chromium. The kinetics of hot gas corrosion of the nickel alloys according to the invention is shown in FIG. 2 in comparison with the nickel alloys INCONEL Alloy MA 6000, IN 738 LC and IN 939 in synthetic slag at 850 ° C. The latter nickel alloy is considered to be an extremely durable material that is used unprotected in stationary gas turbines up to 900 ° C.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Nickel-Chromlegierungen werden die Komponenten Nickel, Chrom, Aluminium, Molybdän, Zirkonium, Bor und Yttriumoxid sowie ggf. einzeln oder zu mehreren Wolfram, Tantal, Kohlenstoff vermischt, das Gemisch in einer Hochenergiemühle wenigstens 5 h, vorzugsweise 10 bis 20 h, mit einer Beschleunigung von wenigstens 5 g, vorzugsweise 8 bis 15 g, vermahlen, das erzeugte Legierungspulver durch Warmwalzen, Warmpressen oder heißisostatisches Pressen kompaktiert und die kompaktierten Körper oberhalb der γ′-Solvustemperatur der Nickel-Chromlegierung rekristallisiert.In the process for producing the invention Nickel-chrome alloys are the components nickel, Chromium, aluminum, molybdenum, zirconium, boron and yttrium oxide as well as individually or in groups of tungsten, tantalum, Carbon mixed, the mixture in a high energy mill at least 5 h, preferably 10 to 20 h, with a Acceleration of at least 5 g, preferably 8 to 15 g, grinding, the alloy powder produced by hot rolling, Hot pressing or hot isostatic pressing compacted and the compacted bodies above the γ′-Solvus temperature of the nickel-chromium alloy recrystallized.
Claims (11)
4 bis 7 Gew.-% Aluminium
1 bis 8 Gew.-% Molybdän
0 bis 5 Gew.-% Wolfram
0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium
0,005 bis 0,015 Gew.-% Bor
0 bis 0,075 Gew.-% Kohlenstoff
<0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium
0,5 bis 1,25 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.1. Oxide dispersion-hardened precipitation-hardenable nickel-chromium alloy, which is produced by mechanical alloying and is composed of 15 to 21% by weight of chromium
4 to 7% by weight aluminum
1 to 8 wt% molybdenum
0 to 5 wt% tungsten
0.1 to 0.2 wt% zirconium
0.005 to 0.015 wt% boron
0 to 0.075 wt% carbon
<0.2 to 3.0% by weight silicon
0.5 to 1.25 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
5 bis 7 Gew.-% Aluminium
1 bis 8 Gew.-% Molybdän
0 bis 5 Gew.-% Wolfram
1 bis 3 Gew.-% Tantal
0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium
0,005 bis 0,015 Gew.-% Bor
0 bis 0,075 Gew.-% Kohlenstoff
<0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium
0,5 bis 1,25 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.2. Nickel-chromium alloy according to claim 1, composed of 15 to 18 wt .-% chromium
5 to 7 wt .-% aluminum
1 to 8 wt% molybdenum
0 to 5 wt% tungsten
1 to 3 wt% tantalum
0.1 to 0.2 wt% zirconium
0.005 to 0.015 wt% boron
0 to 0.075 wt% carbon
<0.2 to 3.0% by weight silicon
0.5 to 1.25 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
4 bis 7 Gew.-% Aluminium
1 bis 8 Gew.-% Molybdän
0 bis 5 Gew.-% Wolfram
0,1 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium
0,005 bis 0,015 Gew.-% Bor
0 bis 0,075 Gew.-% Kohlenstoff
<0,2 bis 3,0 Gew.-% Silizium
0,5 bis 1,25 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.3. nickel-chromium alloy according to claim 1 with the composition 19 to 20.5 wt .-% chromium
4 to 7% by weight aluminum
1 to 8 wt% molybdenum
0 to 5 wt% tungsten
0.1 to 0.2 wt% zirconium
0.005 to 0.015 wt% boron
0 to 0.075 wt% carbon
<0.2 to 3.0% by weight silicon
0.5 to 1.25 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
6 Gew.-% Aluminium
2 Gew.-% Molybdän
3,5 Gew.-% Wolfram
2 Gew.-% Tantal
0,15 Gew.-% Zirkonium
0,01 Gew.-% Bor
0,05 Gew.-% Kohlenstoff
0,7 Gew.-% Silizium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.7. nickel-chromium alloy according to claim 2 with the composition 17 wt .-% chromium
6% by weight aluminum
2 wt% molybdenum
3.5 wt% tungsten
2 wt% tantalum
0.15 wt% zirconium
0.01% by weight boron
0.05 wt% carbon
0.7% by weight silicon
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
6 Gew.-% Aluminium
7,25 Gew.-% Molybdän
2 Gew.-% Tantal
0,15 Gew.-% Zirkonium
0,01 Gew.-% Bor
0,05 Gew.-% Kohlenstoff
0,7 Gew.-% Silizium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.8. nickel-chromium alloy according to claim 7 with the composition 17 wt .-% chromium
6% by weight aluminum
7.25 wt% molybdenum
2 wt% tantalum
0.15 wt% zirconium
0.01% by weight boron
0.05 wt% carbon
0.7% by weight silicon
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
6 Gew.-% Aluminium
2 Gew.-% Molybdän
3,5 Gew.-% Wolfram
0,15 Gew.-% Zirkonium
0,01 Gew.-% Bor
0,015 Gew.-% Kohlenstoff
0,7 Gew.-% Silizium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.9. nickel-chromium alloy according to claim 3 with the composition 20 wt .-% chromium
6% by weight aluminum
2 wt% molybdenum
3.5 wt% tungsten
0.15 wt% zirconium
0.01% by weight boron
0.015 wt% carbon
0.7% by weight silicon
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
6 Gew.-% Aluminium
7,25 Gew.-% Molybdän
0,15 Gew.-% Zirkonium
0,01 Gew.-% Bor
0,015 Gew.-% Kohlenstoff
0,7 Gew.-% Silizium
1,1 Gew.-% Yttriumoxid
Rest Nickel.10. nickel-chromium alloy according to claim 9 with the composition 20 wt .-% chromium
6% by weight aluminum
7.25 wt% molybdenum
0.15 wt% zirconium
0.01% by weight boron
0.015 wt% carbon
0.7% by weight silicon
1.1 wt% yttrium oxide
Rest of nickel.
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|---|---|---|---|---|
| WO1999037825A1 (en) * | 1998-01-27 | 1999-07-29 | Jeneric Pentron Incorporated | High tungsten, silicon-aluminum dental alloy |
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