DE972969C

DE972969C - Verwendung einer Legierung auf Nickelbasis als Werkstoff fuer Teile, die bei hohen Temperaturen korrosionsfest sein muessen

Info

Publication number: DE972969C
Application number: DEM11198A
Authority: DE
Inventors: Clarence George Bieber; Walter Franklin Sumpter
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1950-10-12
Filing date: 1951-10-04
Publication date: 1959-11-05

Description

Verwendung einer Legierung auf Nickelbasis als Werkstoff für Teile, die bei hohen Temperaturen korrosionsfest sein müssen Es ist bekannt, daß die für Ventile oder Ventilteile in Brennkraftmaschinen verwendeten Legierungen hohe Kriechfestigkeit und Beständigkeit gegen Korrosion, Erosion und Grübchenbildung bei hohen Temperaturen besitzen und gegen den Angriff der Verbrennungsprodukte bleihaltiger, flüssiger Brennstoffe widerstandsfähig sein müssen. Diese Verbrennungsprodukte enthalten stark korrodierende Stoffe, wie Blei, Bleioxyd, Bleisulfid, Bleisulfat und Bleibromid, die zu einem vorzeitigen Versagen der mit ihnen in Berührung kommenden Ventile und sonstigen Bauteile führen. Der Angriff der Bleiverbindungen macht sich besonders stark fühlbar, wenn die sie mitführende Atmosphäre abwechselnd oxydierend und reduzierend ist. In der Regel sind Ventile hauptsächlich oxydierenden Bedingungen unterworfen, jedoch befinden sie sich bei Vollgasbetrieb, z. B. beim Start oder schnellen Anstieg eines Flugzeuges, in einer Atmosphäre, die auf Bleioxyd oder andere Bleiverbindungen reduzierend wirkt. Legierungen, die ziemlich gute Korrosionsfestigkeit in oxydierenden, bleihaltigen Atmosphären aufweisen, sind gegenüber reduzierenden bleihaltigen Atmosphären nicht immer genügend widerstandsfähig. Für eine Legierung, die höhere Beständigkeit gegen Blei und Bleiverbindungen unter allen Betriebsbedingungen aufweist, besteht erheblicher Bedarf.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß gewisse Chrom-Nickel-Legierungen mit Gehalten an Titan, Silizium, Mangan und Eisen dem Angriff von Blei und Bleilegierungen bei hohen Temperaturen von z. B. 9oo°C sehr gut widerstehen. Die gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierungen bestehen aus 15 bis 170/ä Chrom, 2,75 bis 3,350/0 Titan, 1,0o bis 2,50 °1o Mangan, bis zu 0,1o 010 Kohlenstoff, bis zu o,15 0/O Silizium, unter 0,1o °/O Aluminium, bis zu 8 °/O Eisen, Rest Nickel. Vorzugsweise beträgt der Mangangehalt mindestens 1,75 0/O. Von den üblichen Beimengungen in Chrom-Nickel-Legierungen mit Eisen-, Mangan- und Titangehalten fehlt Aluminium vorzugsweise vollständig, obgleich sich bei bis zu etwa 0,1o010 Aluminium noch keine nachteiligen Wirkungen zeigen. Kupfer kann vorhanden sein, jedoch ist der Gehalt an Schwefel, Blei, Selen, Tellur und Wismut so niedrig wie möglich zu halten. Da Nickel in der Regel einen geringen Anteil Kobalt enthält, ist unter »Nickel« nachstehend das mit bis etwa 10[, Kobalt legierte Metall mitzuverstehen.
Die bevorzugt zu verwendenden Legierungen enthalten 2,85 °10 bis 3,35 0/0 Titan, o bis 0,o8 0/O Kohlenstoff, 0,005 bis 0,1o 01O Silizium, 2 bis 2,504 Mangan und 3 bis 8 01O Eisen.
Titan ist zur Stärkung der Ausscheidungshärtung wesentlich. Soll der bestmögliche Härtungseffekt des Titans erreicht werden, so darf der Kohlenstoffgehalt der Legierung 0,o8 0/O nicht übersteigen. Im Vergleich mit bekannten Chrom-Nickel-Legierungen des gleichen allgemeinen Typs haben die gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Legierungen höhere Mangan- und Titangehalte bei vollständiger oder nahezu vollständiger Abwesenheit von Aluminium.
Die Legierungen werden im ausscheidungsgehärteten Zustand verwendet. Die Ausscheidungshärtung kann in der für Chrom-Nickel-Legierungen mit Titan zur Erzeugung einer ausgeschiedenen Phase üblichen Weise vorgenommen werden, vorzugsweise besteht sie aber im Erhitzen auf 1o70 bis 2095°C, Abschrecken auf unter 705°C und darauffolgender Alterung während 16 bis 2o Stunden bei 705°C. Die erste Erhitzung kann als Teil einer Warmverformung vorgenommen werden.

Eine bekannte Prüfung auf die Widerstandsfähigkeit gegen Bleioxydkorrosion besteht darin, eine Probe der Legierung eine bestimmte Zeit lang bei etwa goo°C unter reduzierenden Bedingungen in Berührung mit geschmolzenem Bleioxyd zu halten. Diese Prüfung ist bei mehreren erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen mit nachstehenden Zusammensetzungen angewandt worden

Legierung °/o Ni °/a Cr °/o Ti °/o Fe °/o Si °/o Mn °/o C °/o AI
Nr.
1 78,62 15,81 3,07 0,33 0,12 1,92 0,07 -
2 73,32 1564 2,96 5,97 0,07 1,93 0,o6 -
3 72,62 15,67 2,77 6,62 0,13 2,04 0,04 0,044
4 72,59 1538 2,96 6,52 o,15 2,29 0,03 0,023
5 72,90 15,36 2199 6,36 0,14 2,17 0,02 0,017
6 72,98 15,36 2,94 6,32 0,13 2,19 0,02 0,o16
7 7314 1536 2,86 6,33 0,05 2,18 0,02 0,014
8 73,11 1535 2,75 6,36 0,11 2,33 0,03 0017

Alle diese Legierungen ergaben bezüglich Korrosionsfestigkeit und Beständigkeit gegen Grübchenbildung gute Resultate.

Andererseits waren die Ergebnisse mit einer vergleichbaren bekannten Legierung aus etwa 7o0/, Ni, 15 0/O Cr, 2,5 01O Ti, o,7 111, Al, 7 01O Fe, o,65 01O Mn und 0,020[, C unbefriedigend. Ebensowenig befriedigten verschiedene andere, üblicherweise als hitzebeständig verwandte Legierungen. Diese Legierungen waren wie folgt zusammengesetzt:

Legierung 1 °/o Ni I °/a Cr I % Ti °/o Fe I °/o Si % Mn I % C I °/o AI °/o Sonstige

A 79,90 18,98 - 0,35 0,35 0,32 0,02 - -

B 7474 24,12 - 0,37 0,41 o,28 0,02 - -

C 7153 19,72 - 7>99 0,36 0,33 o,or - -

D 7469 2450 - 10,o9 0,29 0,34 0,03 - -

E 6,62 23,65 - Rest 0,07 0,59 0,41 - 2,87M0

F 15,04 20,38 - Rest 0,05 0,12 0,50 - 14,46 Co

G 0.74 2237 - Rest 0,14 13,44 1,28 - -

11 3440 1770 1,83 Rest o,12 0,22 0,03 0,02 -

I Rest 15,04 2,79 0,40 o,98 - -- -- _.

J Rest 15,07 2,89 17,0 0,03 2,o6 0,02 0,034 -

Die Legierungen E bis J erwiesen sich als besonders schlecht hinsichtlich Korrosion und Grübchenbildung.

Nicht nur Ventile und Ventilteile, sondern auch andere Bauteile von Brennkraftmaschinen einschließlich Gasturbinen und Rückstoßmotoren können ganz oder teilweise aus den beschriebenen Legierungen hergestellt werden. Die betreffenden Bauteile können auch mit einer Schicht der Legierung überzogen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung einer auf Nickelbasis beruhenden Legierung der Zusammensetzung: Chrom ..... i5,oo bis i7,oo 0/0 Titan ...... 2,75 bis 3,35 0/0 Mangan .... i,oo bis 2,5o°/0 Silizium ... höchstens o,i5 0/0 Kohlenstoff. höchstens o,io 0% Aluminium . weniger als o,io0% Rest ...... höchstens 8,oo0/0 Eisen und Nickel als Werkstoff für Teile, die bei hohen Temperaturen in bleihaltiger Atmosphäre korrosionsfest sein müssen.
2. Die Verwendung einer Legierung nach Anspruch i, deren Mangangehalt mindestens 1,75 0/0 beträgt, für den Zweck nach Anspruch i.
3. Die Verwendung der Legierung nach Anspruch i, die 2,85 bis 3,25 °% Titan, bis o,o8 °% Kohlenstoff, bis o, io 0/0 Silizium, 2 bis 2,5 0/0 Mangan und 3 bis 8 0/0 Eisen enthält, für den Zweck nach Anspruch i.
4. Die Verwendung der Legierungen nach den Ansprüchen i bis 3 in ausscheidungsgehärtetem Zustand für den Zweck nach Anspruch i.
5. Die Verwendung der Legierungen nach den Ansprüchen i bis 3 in ausscheidungsgehärtetem Zustand zur Herstellung von Ventilen oder Ventilteilen für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Ventilen und Ventilteilen für Flugzeugmotoren. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 731 128; schweizerische Patentschriften Nr. 155 829, 171 966; amerikanische Zeitschrift »Aviation Week« vom 3.3.1952 S. 45.