DE738681C

DE738681C - The use of copper-nickel-iron alloys as heat-resistant materials

Info

Publication number: DE738681C
Application number: DES139945D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Helmut Bumm; Rer Nat Horst Guido Mueller Dr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-01-27
Filing date: 1940-01-27
Publication date: 1943-08-27

Description

Die Verwendung von Kupfer-Nickel-Eisenlegierungen als warmfeste Materialien Als Materialien ' die eine hohe Warmfestigkeit besitzen müssen, hat man bisher im allgemeinen Stähle auf Chrom-Nickel-Basis mit Zusätzen von einem oddr mehreren der Metalle Kobalt, Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Wolfram verwendet. Diese Legierungen werden im geschmiedeten bzw. gegossienen Zustand benutzt. Sie haben aber den Nachteil, daß sie außerordentlich teuer sind und außer Heimstoffen erhebliche Mengen an schwer bzescligffbaren Metallen enthalten. Bei der Entwicklung dieser Legierungen ging man von dem Gedanken aus, Sonderstählemit guten Eigenschafpen durch Hinzulegieren von den Schmelzpunkterhöhenden Elementen, wie Chrom, Kobalt, Molybdän, Titan und Wolfram, unter Verwendung von Zusätzen, die, wie Niob und Tantal, besonders warmfestigkeitserhöhend wirken, zu erhalten.The use of copper-nickel-iron alloys as heat-resistant materials As materials' which must have a high heat resistance, one has so far in the general steels based on chromium-nickel with additions of one or more of the Metals cobalt, molybdenum, niobium, tantalum, titanium, tungsten are used. These alloys are used in the forged or cast state. But they have the disadvantage that they are extremely expensive and, besides home materials, considerable amounts of heavy Containable metals. In the development of these alloys went from the idea of adding special steels with good properties by alloying them of the melting point raising elements such as chromium, cobalt, molybdenum, titanium and Tungsten, using additives that, such as niobium and tantalum, particularly increase heat resistance act to maintain.

Eis ist auch schon bekanntgeworden, Materialien mit erhöhter Wärmfestigkeit aus Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen herzustellen, die 0,3 bis 5 % Kupfer und 0,2 bis 6 % Nickel, Rest Eisen enthalten. Hierbei wird die gewünschte Materialeigenschaft durch eine Ausscheidungshärtung erzielt. Diese Legierungen sind aber nur bei Betriebstempieraturen unterhalb von 5oo°C verwendbar, da sie nur bis zu dieser Höchsttemperatur eine hinreichende Härte besitzen. Die Legierungen wurden vor Anwendung der üblichen Ausscheidunggshärtungshehandlung beispielsweise mit Abwalz- graden von 5,6 bis 680,16 verformt.Ice has also become known, materials with increased heat resistance from iron-nickel-copper alloys containing 0.3 to 5% copper and 0.2 Contains up to 6% nickel, the remainder iron. This is where the desired material property achieved by precipitation hardening. These alloys are only available at operating temperatures can be used below 500 ° C, as it is only sufficient up to this maximum temperature Possess hardness. The alloys were hardened prior to application of the usual precipitation hardening treatment For example, deformed with degrees of rolling from 5.6 to 680.16.

Die Erfinder haben sich nun die Aufgabe gestellt, auf andere als bisher bekannte Weise Legierungen zu erhalten, die eine ganz be- sonders gute Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen. Sie hatten sich mit der Rekristallisation hochgradig 1mItverformter, ausscheidungsfähiger Le#gIerungen beschäftigt und gefunden, daß die Temperatur beginnender Rekristallisation bei diesen Legierungen dicht unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der die Legierungen homo,-gen,e Mischkristalle bilden. Hiernach besitzt eine bei Zimmertemperatur stark heterogene Legierung trotz eines vergleichsweise niedrigen Schmelzpunktes eine außerordentlich hohe Rekristallisationstemperatur. Beispiel sweise steigert sich bei Eisen)-Nickel-Legierungen bestimmter Zusammensetzung die Rekristallisationstemperatur von etwa 5oo C bis auf etwa iooo°C, wenn das Material mit mehi als 9o% Dickenabnahme kaltverformt wird. Hieraus ergibt sich, daß diese Legierungen ihre durch einen Kaltwalzprorcß aufgeprägte hohe mechanische Festigkeit erst bei sehr hohen Temperaturen wieder verlieren.The inventors have set themselves the task of preserving other than previously known manner alloys having a very good loading Sonder's strength at high temperatures. They had dealt with the recrystallization of highly deformed, precipitable alloys and found that the temperature of the onset of recrystallization in these alloys is just below the temperature at which the alloys form homogeneous mixed crystals. According to this, an alloy that is highly heterogeneous at room temperature has an extremely high recrystallization temperature despite a comparatively low melting point. For example, in the case of iron) -nickel alloys of a certain composition, the recrystallization temperature increases from about 500 ° C. to about 100 ° C. when the material is cold-worked with a thickness decrease of more than 90%. This means that these alloys only lose their high mechanical strength, which is imposed by a cold rolling profile, at very high temperatures.

Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, solche Legierungen aus io bis 45 % Nickel, io bis 8o% Kupfer und mehr als 5 % Eisen, die mit einem Verformungsgrad von Über 9o% kaltgewalzt sind, im walzharten Zustande als warmfeste Materialien zu verwenden. überraschenderweise hat sich gezeigt, daß solche Legierungen mindestens die 'gleichen Eigenschaften wie die eingangs erwähnten bekannten Materialien besitzen und diese sogar zum großen Teil noch übertreffen. Die besondre Bedeutung der erfindungsgemäD zu verwendenden Le gierungen lieg gt darin, daß ihre Warmfestigkeit oberhalb von etwa 4oocC bis herauf zu etwa, 8oo°C wesentlich besser als die der bekannten Legierungen ist. Die Erfindung, wird im folgenden zunächst an Hand von zwei Legierungen, die als Beispiele herangezogen werden, beschrieben und dann in der Figur in Vergleich zu den be kannten Materialien gebracht. Es wurden die Legierungen A bzw. B aus 3o% Nickel, 35% Kupfer, Rest Eisen bzw. 2o% Nickel, 6o% Kupfer, Rest Eisen hergestellt und einer Kalmalzung mit einem Verformungsgrad von 95 % unterworfen. Die Proben wurden in Bandform von o,5 mm Dicke und 5 mm Breite hinsichtlich ihrer Zerreißfestigkeit bei Temperaturen bis herauf zu 8oo°C geprüft. Hierbei zeig gte sich, daß die Streckgrenze praktisch mit der Bruchgrenze übereinstimmt, da e ein merkliches Fließen der Proben selbst bei den höchsten Versuchstemperaturen nicht beobachtet wurde. Die Bänder wiesen auch bei 8oo°C kaum eine sichtbare Einschnürung auf.It is therefore proposed according to the invention that such alloys be made of io up to 45% nickel, io to 8o% copper and more than 5% iron, those with a degree of deformation Over 90% are cold-rolled, in the as-rolled condition as heat-resistant materials to use. Surprisingly, it has been shown that such alloys at least have the same properties as the known materials mentioned at the outset and even surpass them for the most part. The particular importance of the invention Alloys to be used lies in the fact that their heat resistance is above about 40 ° C up to about. 8oo ° C much better than that of the known alloys is. The invention is initially based on two alloys, the can be used as examples, described and then compared in the figure brought to the known materials. Alloys A and B were made from 3o% Nickel, 35% copper, remainder iron or 20% nickel, 6o% copper, remainder iron and subjected to calcination with a degree of deformation of 95%. Samples were in the form of a tape 0.5 mm thick and 5 mm wide in terms of their tensile strength tested at temperatures up to 8oo ° C. This showed that the yield point practically coincides with the breaking point, since there is a noticeable flow of the samples was not observed even at the highest test temperatures. The bands had hardly any visible constriction even at 8oo ° C.

Die Festigkeitswerte für die verschiedenen Temperaturen sind in der Figur für die Legierungen A und B aufgetragen. Es ist zu ersehen, daß sie trotz ihres vergleichsweise hohen Gehaltes an Kupfer auch bei hoben Temperaturen in völlig Überraschender und nicht zu erwartender Weise sehr hohe Festig keitswerte besitzen.The strength values for the different temperatures are in the Figure plotted for alloys A and B. It can be seen that they are in spite of their comparatively high content of copper even at elevated temperatures in completely Surprisingly and unexpectedly, they have very high strength values.

Um einen Vergleich mit dem Verhalten von bekannten Legierungen zu ermöglichen, wurden in die Figur noch Kurven C, D und E eingezeichnet, die für folgende Legierungen gelten: C: Chronistahl mit 16,5% Cr, o,22% C, Rest Fe; Z): Chrom-Molybdän-Vanadin-Stahl mit 1,7 % Cr, 0,5 % M0, 0,4 % V, 0,45 % C, Rest Fe; E: Nickelstahl mit 5 % Ni, o,25 % Mn, 0, 15 % C, Rest Fe.To make a comparison with the behavior of known alloys too allow, curves C, D and E were drawn in the figure, those for the following Alloys apply: C: Chronic steel with 16.5% Cr, 0.22% C, remainder Fe; Z): chrome-molybdenum-vanadium steel with 1.7% Cr, 0.5% M0, 0.4% V, 0.45% C, remainder Fe; E: Nickel steel with 5% Ni, 0.25 % Mn, 0.15% C, balance Fe.

Aus der Lage der Kurven ist deutlich die große Überlegenheit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, insbesondere in dem Gebiet oberhalb von etwa 400°C, zu erkennen.The great superiority of the invention is clear from the position of the curves alloys to be used, especially in the area above about 400 ° C, to recognize.

Bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen liegt ein besonders bevorzugtes Gebiet bei 2o bis 4o % Nickel, 2o bis 6o % Kupfer, Rest Eisen.In the case of the iron-nickel-copper alloys to be used according to the invention a particularly preferred area is 2o to 4o% nickel, 2o to 6o% copper, Remainder iron.

Claims

PATENT CLAIMS: i. The use of heterogeneous leffi , x zel, io erungen aus, io to 45 0.1 () Nick -to 8o% copper and more than 5 ollo yew trees, which are cold-rolled with a degree of deformation of more than go () / o, in the mill-hard process Condition as heat-resistant materials.

2. The use of heterogeneous alloys of 2o to 40% nickel, 20 to 6o% copper and more than 5 ### o iron, which are cold-rolled with a degree of deformation of more than 20%, in the malt-hard state. as heat-resistant materials.