-
Die Verwendung von Chrom Nickellegierungen für Gegenstände, die höchste
Warmfestigkeit aufweisen müssen Für viele Zwecke in der Technik werden Werkstoffe
,gebraucht; die bei hohen Temp!eratumen, z. B. bei 6oo bis goo° oder darüber,. höchste
Warmfes#gkeit ,aufweisen, wobei zur Beurteilung der Warmfestigkeit entweder die
Kriechgrenze, die Danerstandsfestigkeit oder auch die Anfai#gsdehnwi,g und die Dehngeschwindigkeit
herangezogen werden, die bei einer bestimmten Belastung je Querschnittseinheit auftreten.
Ein Wezkstoff ist zur Ve:rwendun,g für die beanspruchten Zwecke um so besser, je
höher die Kriechgrenze und die Dauerstandsfestigkeit liegen und je kleiner die Anfangsdehnung
und die D:ehnges-chwindigkeit sind. Als beste Werkstoffe für Teile, die bei hohen
Temperaturen mechanischen Beansp:ruchun;gen ,ausgesetzt sind, haben sich bis jetzt
solche -erwiesen, die als Hauptbestandteil Nickel und daneben Chrom, Eisen, Molybdän
sowie ;gegebenenfalls kleine Mengen an Mangan oder Silicium enthalten, z. B. 6oo/o
Nickel, i 5 % Chroni, 17()/o Eisen, 70/0 Molybdän, i % Mangan. Bekannt ist
die Verwendung von Legierungen, die Kohlenstoff bis 3,5 0f0, ferner 1,3 bis
8% Silicium, 8 bis 40G,@ Chrom, i bis io% Wolfram oder Molybdän, 2o bis 5o% Nickel,
Rest Eisen enthalten sowie geringe Zusätze an Vanadin, Titan, Mangan, Kobalt, Kupfer
für Gegenstände mit hoher Oxydationsbeständigkeit, die bei erhöhter Temperatur gute
mechanische Eigenschaften besitzen sollen. Diese Werkstoffe werden z. B. für Teile
von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen gebraucht. Ein älterer Vorschlag, der nicht
zum Stand, der Technik gehört; bezieht sich auf die Verwendung austenitischer Stahllegierungen
.mit Gehalten von Tantal und Niob in Höhe von etwa 0,2 bis 3% zur Herst:ellum,g
von Gegenständen, die bei Tümperaturen über 5oo° erhöhte Dauerstandsfestigkeit aufweisen
müssen.
-
Eis wurde nun ,gefunden, daß zur Herstellung vorn solchen Gegenständen,
die bei hohen Temperaturen, d. h. 5oo bis goo° und gegebenenfalls darüber, höchste
Warmfestigkeit
aufweisen müssen, besonders vorteilhaft Legierungen
mit folgender Zusammensetzung verwendet werden sollen: mehr als 5o%, :aber höchstens
70 0'o Nickel, i o bis 250 o Chxom, 37 bis i%, insbesondere 2o bis 5% Eisen., 3
bis i a % Molybdän, das ganz oder teilweise durch Wolfram ersetzt sein kann, o bis
q.@io Mangan, o bis 20,0 Silicium, o,3 bis 2o% von einem oder mehreren der Elemente
Tantal, Niob, Thorium, Titan. Dabei beträgt der Gehalt an Tautal bis i 5 0'o, insbesondere
bis 8 0(o., an Niob bis i 5 0'o, insbesondere 2 bis -80/1o, an Titan bis i2%, 'insbesondere
2 bis 8 0`o, an Thorium bis 8%, insbesondere z bis 50o. Daneben können die Legierungen
noch in geringen Mengen, d. h. unter etwa o, 5 0,'o, Desoxydations- und Verarbeitungszusätze
enthalten, beispielsweise Magnesium, Erdalkalimetalle, seltene Erdmetalle. Als Beispiel
einer besonders warmfesten Legieirung sei genannt: 6o,40,'o Nickel, 150ö Chrom"
iod!o Essen, 70o Molybdän, 50`o Tantal, o,60;ö Silicium, ao-ö Mangan. Dias Molybdän
kann beispielsweise bis zur Hälfte seines Gehaltes durch Wolfram ersetzt sein.
-
Werkstoffe der angegebenen Zusammensetzung sind an sich bekannt und
z. B. für Schußwaffen vorgeschlagen w=orden. Schußwaffenläufe werden aber nicht
,auf Kriechen, sondern auf Stoß, also kurzzeitige Einwirkung beansprucht, und zwar
unterhalb der Rekristallis:ations- oder Erholungstemperatur. Ei.n Scbluß von der
Zerreißfestigkeit eines Werkstoffes bei Zimmertemperatur oder bei nur wenig erhöhter
Temperatur auf die Warmfestigkeit, die im Dauerstandsversuch bestimmt wird, bei
5oo bis goo` oder noch höheren Temperaturen ist bekanntlich nicht möglich.
-
Durch die Zusätze an Kupfer, Tantal, Vanadin, Zirkon oder Titan bei
den bekannten, für die Herstellung von Schußwaffen bestimmten Legierungen wird in
der Tat die Zerreißfestigkeit bei Zimmertemperatur von Werkstoffen, die Metalle
der Eisengruppe und Metalle der Chromgruppe :enthalten, geringfügig erhöht. Dagegen
setzt ein Zusatz vorn Vanadin und Kupfer die Dauerstandsfestigkeit bzw. Kriechgrenze
bei Temperaturen über 6oo° herab, während Titan und Tantal die Danerstandsfestigkeit
bzw. Kriechgrenze bei Temperaturen über 6oo° nicht nur geringfügig, sondern sehr
erheblich .erhöhen. Dies gilt für Legierungen mit der Grundzusammensetzung: mehr
als 5o%, aber höchstens 700'0 Nickel, i o bis 25% Chrom, 37 bis i 0!o Eisen, 3 bis
120110 Molybdän oder Wolfram oder diese beiden Metalle, o bis q.% Mangan, o bis
--0/a Silicium.
-
In der Abb. i ist die Dehngeschwindigkeit von verschiedenen erfindungsgemäß
zu verwendenden Werkstoffen, gemessen bei 62o° und einer Belastung von i 5 kg/mn
i°-, eingetragen, und zwar im Vergleich mit zwei bekannten Legierungen, die in dem
Kurvenblatt i mit i und s bezeichnet sind. Die De-hngeschw-indigkeit ist aufgetragen
in Tausendstel o;ö/Stunde. Man sieht aus dem Kurvenblatt ohne weiteres, daß beide
Legierungen i und 2 eine recht große Dehngeschwindigkeit aufweisen; bei Legierung
3 ist die Dehngeschwindigkeit bereits wesentlich geringer, und bei den Legierungen.
und 5 ist sie verschwindend klein.
-
Abb. 2 gibt für die gleichen Legierungen wie Abb. i -die Gesamtdehnung
wieder, die die Werkstoffe am Ende von 3oo Versuchsstunden unter ,gleichen Bedingungen
erfahren haben, unter deinen auch die Dehngeschwindigkeit (Abb. i-) gemessen worden
ist. Die Abb. a gibt also die Größe der Anfangs; dehnurig im Augenblick des Anfbringens
der Last, vermehrt um die zunehmende Dehnung innerhalb von 3oo Stunden, wieder.
Auch aus Abb. a ist zu ersehen, daß die bekannten Legierungen i und a eine wesentlich
höhere Gesamtdehnung im Vergleich mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen
zeigen. Insbesondere die Legierungen. 4. und 5 haben innerhalb 3oo Stunden nur eine
außerordentlich geringe Gesamtdehnung erfahren.
-
Die Abb, i und a legen also dar, daß auf Grund vorveröffentlichter
allgemeiner Angaben darüber, daß durch Zusatz bestimmter Elemente zu Legierungen,
die Metalle der Eisengruppe und der Chromgruppe enthalten, für den Fachmann noch
kein .eindeutiger Weg gewiesen war, um mit Erfolg Werkstoffe für solche Gegenstände
zu verwenden: die bei Temperaturen von 5oo bis goo C oder gege- j benenfalls .auch
noch darüber höchste Warmfestigkeit aufweisen, d. h. hohe D.auerstandsfestigkeit
und hohe Kriechgrenze bzw. geringe Anfangsdehnung und geringe Dehugeschwi;ndigkeit
und damit auch geringe Gesamtdehnung innerhalb einer bestimmten Zeit.
-
Besonders günstig scheint die mechanische Beanspruchbarkeit der Legierungen
bei hohen Temperaturen oberhalb der Erholungs- oder Rekristallis:ationste.mperatur
zu sein, wenn man die Legierungen bei einer möglichst hohen Temperatur vor der Inbetriebnahme
vorglüht, d.h. bei Temperaturen, die oberhalb der Gebrauchstemperatur liegen, beispielsweise
bei i i5o bis i3oo'-. Die Glühdauer beträgt dabei im allgemeinen mehrere Stunden.
-Die Werkstoffe, auf deren Verwendung sich die Erfindung bezieht, werden mit besonderem
Vorteil verwendet für fliehkraftbeanspruchte Schaufeln von Auspuffturbinen und für
Auspuffventile von hoch beanspruchten Verbrennungsmotoren.