DE846017C - Durch Alterungshaertung verguetbare Nickellegierung - Google Patents

Description

• Durch Alterungshärtung vergütbare Nickellegierung

  Die Erfindung 1-,etriftt durch Ausscheidungs-

  härtung vergütbare Nickel- ()der N'ic'kel-Kobalt-

  Legierungen. Das Härten von N ickellegierunaen

  mittel: Titan, zuweilen mit Aluminium als zweitem

  fliärteclecnent, ist l@el;annt. Gleichfalls ist die At1-

  wendung von Alttminium-Silicium-Verbindungen

  als ltä rtenden Elementen bekannt. Bei vielen der-

  artigen Legierungen ist jedoch der Temperatur-

  bereich, in dem sie während der Hitze schmiedbar

  sind, so@ etig, (laß sie wirtschaftlich nicht zu ver-

  arbeiten sind. I)ariihcr hinaus sind sie beim Gießen

  klumpig und sl,anal>hebend kaum bearbeitbar.

  Wetlt1 die lusanunensetzung der Legierungen ge-

  ändert wird um den Temp-eraturl>ereich, in -dem sie

  warm schmiedbar sind, zu vergröbern oder die

  Gieß- und spanabhebende Bearbeitbarkeit zu verbessern, wird die Härtbarkeit gemindert.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ausgezeichnete Ergebnisse mit Il:irtungswarmbehandlungen,verbunden mit Warmschmiedbarkeit bei Schmiedelegierungen und guter Gieß- sowie spanabhebender Bearbeitbarkeit bei Gußlegierungen,durch Beigabe von Aluminium als vorwiegendem llärteelement zusammen entweder mit Titan oder Silicium oder beiden in entscheidenden, vom Nickel- und Kobaltgehalt der Legierungen abhängenden bfengen erzielt werden können. Der Gesamtgehalt an Nickel und Kobalt lx trägt in allen Fällen mindestens 45 Gewichtsprozent der Legierung und ist gewöhnlich über 50°/0. Die benötigte Gesamtmenge der 'härtegebenden Elemente (Aluminium, Titan und Silicium) hängt nicht nur vom ;gesamten Nickel-und Kobaltgehalt, sondern auch von der Anzahl der vorhandenen härtegebenden Elemente ab, weil Titan weniger wirksam als Aluminium und Silicium ist. Es ist daher zweckmäßig, sie nachstehend als ausgewogener Härtegehalt zu bezeichnen, der nach der Formel Al -fi- Si + 2 j 'Ti berechnet wird, wobei Al, Si und Ti Prozentsätze der Elemente Aluminium; Silicium und Titan der Gesamtlegierung bedeuten. Erfindungsgemäß übersteigt der Aluminiumgehalt den verbundenen Silicium- und Titangehalt und wird das Verhältnis der Kobalt- und Nickelgehalte zum ausgewogenen Härtergehalt innerhalb des engen und entscheidenden Bereichs von i i : i und 2o: i, vorzugsweise zwischen 13 : i und 17: i und am besten bei ungefähr 15 : i gehalten. Wenn ,das Verhältnis 2o: i übersteigt, sind die Legierungen weich und nicht leicht zu härten; ist das Verhältnis geringer als i i : i, dann sind sie hart und schwierig weich zu machen.
• Diese Erfindung bezieht sich auf Legierungen, die zusätzlich zu den härtegebenden Elementen o 'bis 45% Eisen, o bis 45% Chrom, o bis io% Mangan, o bis 8% Kupfer, o bis 5% andere Elemente und als übrige Anteile Nickel und Kobalt enthalten. Kobalt 'kann fehlen oder bis zu einem Gehalt von io% vorkommen. Die anderen erwähnten Elemente schließen L?nreinigkeiten, wie Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und sonstige Elemente, ein.
• Beispiele sind in der Zahlentafel I angegeben. Die letzte Spalte dieser Zahlentafel gilt das Verhältnis an.

  Zahlentafel 1

  Zusammensetzung Brinellhärte

  Steigerung

  Ni Al Ti Sf C

  geglüht I gehärtet I in °,'" I Ni'A HC

  Rest 4,5 075 0,2o 164 38o 132 15,2

  Rest 4,6 o,25 1,o 012o 173 388 125 14,2

  Rest 5,0 0,30 0,3 0,2o 16o 375 134 14,7

  Ein besonderer Vorteil der Anwendung von Aluminium und mindestens einem weiteren 'härtegebenden Element liegt darin, daß eine viel bessere Warmschmiedibarkeit mit gesteigerter Härtbarkeit erzielt wird, als wenn nur ein einziges härtegebendes Element angewandt würde.
• Die entsprechenden Aluminium-, Silicium- und Titanmengen können um einige Prozent streuen, vorausgesetzt, daß die oben angegebenen Bedingungen eingehalten werden. Für die Schmiedbarkeit ist es am besten, entweder Silicium, oder Titan oder beide in einer Gesamtmenge zwischen o,25 bis 2% zu verwenden, wobei derAluminiumgehalt vorzugsweise 5% nicht übersteigt. Da bei Ermittlung ges ausgewogenen Härtergehalts der darin enthaltene Titananteil als Quadratwurzel angegeben ist, kann angenommen werden, daß d'ie Formel nicht auf Titanprozentsätze anwendbar ist, die weniger als eine Einheit betragen. Wie aber festgestellt wurde, üben kleine Titanmengen eine entsprechend größere Wirkung aus als größere Mengen, so daß die Formel auf alle Titangeh@alte anwendbar ist.
• Die Festigkeitseigenschaften der Legierungen werden durch Vorhandensein von Kohlenstoff in Mengen unter 0,5% verbessert, wie in nachstehender Zahlentafel 11 gezeigt ist:

  Zahlentafel II

  Zusammensetzung Brinellhärte

  Ni C Al Ti geglüht gehärtet Steigerung

  in

  Rest o,0 4,o 1,o 158 293 85 '

  Rest o,20 4,5 1,o 18o 38o 117

  Rest o,20 4,0 o,75 158 363 13o

  Rest o,30 4,0 0,75 172 375 118

  Der günstige Einfluß von Kohlenstoff ist angesichts der schädlichen Wirkung von Kohlenstoff auf Nickellegierungen, die als einziges vorkommendes 'härtegebendes Element Titan enthalten, fiberraschend. Es wird angenommen, claß die Bildung inneren Titankarbids iudiesen Legierungen, das die Härtewirkung des Titans vermindert oder aufhebt, die Ursache ist. Steigerung -der Festigkeit 'bei Legierungen, die Aluminium und Titan enthalten, wenn Kohlenstoff bis zii ungefähr 0,3%

  vorhandcii ist, liilit darauf schließen, da ß sich

  keine inneren Titankarl>ide Wen, wenn Titan ritt

  Aluminium vorkomnig vorausgesetzt, daß der

  Kolil('iistoffgeli@tlt geringer als o.5 °/o ist. Der vor-

  zugstve@se ailzutveildentle Bereich der Kolilenstoff-

  gehalte ist 0,03 Iris 0,3°/o Und liegt all' vorteil-

  haftesten zwischen o# t 5 1» s o,2°/0. Wenn der

  Kolilenstt)ffgehalt o,2 ",1o iil)ei-steigt, kann grap'hiti-

  ,cher Kt>lileitst()fi niedergeschlagen werden. Bei

  Vorhandensein von graphitischem Kohlenstoff wird

  die spallal)ht'1)ell(le 1it'arbeitbarkelt der lAglerung

  sehr verbessert. Dies ist erwiinscht, wenn Auto-

  niatenstahl ei-zt'tigt lverden soll, obgleich nieder-

  geschlagenel- Kohk'nstoft tlie Dehnbarkeit et>vas

  niiti.tlei-t, so daf3 in st)lclicii Fällen der Kt>lilenstof-

  gehalt v(nzttgswt'ise 1)1i t).21>is0#3°/o gehalten AM

  Soweit die Wirkungsweise teer liärtegelwndni

  1?leniente in Betracht la)nimen, scheint Kobalt denn

  Nick(-] ,gl(-icllw(-rtig zu still. I)ie in den Legierungen

  vork@tnnlen(lt'll

  Chr<>ni, Eisen, Mangan

  tnrd Kupfer klinicli als verdünnende Mittel an-

  gese@e@l wertlell. 11i(- auf slic hiirtegehenden l:letllelltc

  ohne l?iilflul.i siiitl. Alle diese Ekmelite haben die

  Wirkung, die Grundbärte teer Legierung zu

  steigerte. Chrrnn. dessen Gehalt vorzugsweise

  weniger als 2511 beträgt, erhöht neben teer

  Steigt#rung (Ivi- Grundli;irte die Rekristallisations-

  teniperatur und verbessert Festigkeit und Härte

  hei erhöhten Wärmegraden. Diese Verbesserung

  der Festigkeit bei hohen Temperaturen wird aber

  auf Kosten der bei großer Hitze vorhandenen Dehn-

  harkeit gewonnen, so daß der Wartnschrniedbar-

  keitsbereich von cliromlialtigen Legierungen ent-

  sprechend enger ist als der von chromfreien

  ]Legierungen. Kleinere ']engen Kupfer wirken in

  ähnlicher Weise auf Chrom derart, daß die Grund-

  härte erhöht wird, aber die wirksamen l@ürte-

  gel>entlen Elemente

  werden und den

  \\'armsdiniiedl)arkeitshereicli verengen. Einer der

  großen Vorteile, die sich durch die ohenerwähnte

  Anwendung von Aluminium mit mindestens einem

  weitereli härtegehenden Element ergelwn, ist, daß

  teer Warmschlniedharkeitsbereic'h so weit ver-

  breitert wirb, daß Nickellegierungen, die wahr-

  nehinbare 1 engen Chroin, Eisen. Mangan und

  Kupfer enthalten, wirtschaftlich warne verformt

  werden können. \Vetni jedoch Kupfer und :\lu-

  itiitiitini zusammen angewandt werden. haben sie

  eine ungünstige Einwirkung auf die Schiniedbar-

  keit. Daher ist diese Verbindung zu vermeiden.

  Nickel - Chrom und Nickel - Chroin - Eisen -

  ]Legierungen, auf die die vorliegende Erfindung

  vorteilhaft angewandt werden kann, sind in nach-

  stehender Zahlentafel III gezeigt:

  Zahlentafel III

  I@lenteilt t@esamtbereich hevorzttgter Bereich Probebeispiel

  in ", o

  in °I'°

  A 1(),0 1)1s 221) 123) bis Id,o I3..]3

  1t' o,t> - 15,o 6,0 - S,o 6,0s

  AI 2,t) - 4,5 2,5 - 3,5 3,1

  Ti 0,25 - 3,:) o,3 - o,7 03.5

  S1 (),5t) - 2,o (),5 - I, o 0,82

  (@ t>, o - 0,5 0,02 - o, I O,()3

  @ln o, o - 2,0 (),1 - o,5 0,15

  N i Rest Rest 75,67

  1)e1 Sclit\-efelgelialt wirre vorzugsweise niedrig

  gelialten# z. 13. auf ungefähr o,oi °/o. IM Legierung

  des 1'rol>fhcispiels eiltliielt o#14°/0 Kupfer.

  1)1e chromhaltigen Nickellegierungen 'können 1>e1

  \Viirttiegrzttlen zwischen ungefährtodoundl315°C,

  vorzugsweise zwischen i 13o und 126o° (, wann

  verft)rtnt we.rdeti. I@iest'r Bereich ist ausreichend,

  tttn waren zu fertigende Gegenstände

  herstellen zu können, eine Tatsache von

  großer wirtscliaftliclier Bedeutung.

  In Legierungen mit hohem Nickelgehalt, d. 1i. oo

  tnid tnehr Prozent Nickel, ist es zu empfehlen,

  d i)is y 1' o Aluminium in Verhitrching litt o,25 1)1s

  0#75°i0 Titan und ol WS 210 Silicium zu ver-

  wen.tlen. l >ei- Kohlcnstoffgehalt inuß welliger als

  o.; ('/o. vorzttgs>veise 0.1; his 0,20'10, hetrageti.

  Kh'in ere \h'ngen \laligan. I?iscil. Schwefel Kupfer

  ttstv. kiiiiii(#ti vorhandt'ii seift. Folgetide C.egieruug

  ist ein lleisl)iel dt'r v<)rzugsweise atizti>\-etrtletideii

  llllt'llllll'kt'lllaltlgt'll l.eglt'I-llll;@@t'll: 442V0 Al, l),3@°/l)

  ]i, I,05°/0 S', 0,I810 C, 0,07°/0 IN, o,33 °/o Fe,

  0.02°/o Cu, o,oo5°/o S und 93,6°/o Ni.

  Eine derartige Legierung kann innerhalb eines

  Temperaturbereichs voll ungefähr 760°C bis un-

  gefähr 1343° C, vorzugsweise innerhalb> des

  Bereichs von ungefähr 1093 bis 126o° C warm ver-

  formt werden.

  Legierungen nach vorliegender ]_rindting können

  durch Abschrecken oder schnelles Abkühlen von

  einer Hitze Tiber 315° C weich gemacht werben.

  In dieseln weichen Zustand sind sie kalt zu ver-

  formen lind leicht spanabhebend zu bearbeiten.

  Durch \Vietlerer'liitzung auf eine Temperatur

  zwischen j93 bis 8t5° C und ungefähr 24stiindiges

  1 falten auf dieser Temperatur mit folgeti.(lem lang-

  sameni Erkalten können die l.egiei-liiigen gehärtet

  werden.

  \Venn größere Härten erwünscht sind, als durch

  Ahschreckhärtung \varin zti 1)earl>eiteiitft'n Werk-

  stees zu erreichen ist, kann (las Material t'titweder

  vor oder nach der Alterungshärtebehandlung kalt verarbeitet «-erden. Auch wenn die Legierung vor derAlterungs'härtebehandlung kalt verformt wurde, wird die gesteigerte Härte, verglichen mit warm verarbeitetem Material, im wesentlichen nach der Alterungshärtebehandlunggehalten.
• Legierungen gemäß der Erfindung können für Lagerrollen und -kugeln, Lager und Lagerkäfige, Kettenrollen, Gesenkschmiedestücke und Gestänge für Flugzeuge, Ventilsitze und andere Ventilteile, Pumpengestänge u. dgl., Pumpenstangenbuchsen und Pumpenkolben für hohe Drücke und Temperaturen, Plunger, Turbinenschaufeln, Turbinenstauscheiben, Federringe, Sehrauben und Muttern, Werkzeuge, Schneidblätter u. dgl., Zapfen, Nadeln, Federn und andere elastische Teile, Bauteile für Flugzeuginstrumente, Brennerdüsen, Rundstäbe, Bleche, Bandstahl, Drähte und Stangen verwendet werden.
• Die Beschreibung bezieht sich in der Hauptsache auf nickelhaltige Schmiedelegierungen. In Gußlegierungen ist die Warmschmiedbarkeit nicht das wichtigste, es ist jedoch wesentlich, daß die Legierungen gut gießbar sind. Im allgemeinen kann in Gußlegierungen eine größere Menge des härtegebenden Elements als bei Knetlegierungen vorhanden sein.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Durch Ausscheidungshärtung vergütbare Nickellegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus o bis io% Kobalt sowie aus Aluminium, Titan und gegebenenfalls Silicium, Rest Nickel besteht, mit der Maßgabe, daß die Summe der Gehalte an Nickel und Kobalt mindestens 450/0 'beträgt, der Aluminiumgehalt höher ist als die Summe der Gehalte an Titan und Silicium und das Verhältnis der Summe .der Gehalte an Nickel und Kobalt zur Summe der Gehalte an Aluminium, Silicium und 2 J' Ti zwischen i i : i und 2o: i liegt.
2. 2. Legierung nach Anspruch i, dadurch gekennzeic'hnet, daß sie noch bis 45% Eisen, bis 45% Chrom, Abis io% Mangan, bis 8% Kupfer, bis 5 % Verunreinigungen und Spurenelemente einzeln oder zu mehreren enthält, wobei die Verhältnisse zwischen den Gehalten an Nickel, Kobalt, Aluminium, Titan und Silicium den im Anspruch i angegebenen entsprechen.
3. 3. Legierung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die S;Iicium-Titan-Summe größer als 0,25 %, aber kleiner als 2010 ist.
4. 4. Legierung .nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Kobalt-Summe über 5o% liegt.
5. 5. Legierung nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, <laß das Verhältnis der Chrom 10 bis 22%, an Eisen o bis 15%, an Mangan o bis 2% und an Kohlenstoff o bis o,5 % beträgt.
6. 6. Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Chrom 12 bis 14%, an Eisen 6 bis 8%, an Mangan o,i bis 0,5% und anKohlenstoff 0,02 bis o,i % beträgt. Legierung nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Nickel-Kobalt-Summe zu dem ausgewogenen Härtergehalt zwischen 13 : 1 und 17 : i liegt.