ES2283429T3

ES2283429T3 - Aleacion termorresistente basada en co-ni y metodo para su preparacion.

Info

Publication number: ES2283429T3
Application number: ES01965698T
Authority: ES
Inventors: Akihiko Chiba; Shirou Takeda; Shigemi c/o NHK SPRING CO. LTD. SATO; Shigeki Ueta; Toshiharu Noda; Michio Okabe
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: EP1329528A4; DE60127286T2; EP1329528A1; DE60127286D1; US20040025989A1; JP2002097537A; WO2002024967A1; EP1329528B1; JP4315582B2

Abstract

Aleación termorresistente basada en Co-Ni que comprende: todo en peso, no más del 0, 05% en masa de C, no más del 0, 5% en masa de Si, no más del 1, 0% en masa de Mn, del 25 al 45% en masa de Ni, del 13 a menos del 18% en masa de Cr, del 7 al 20% en masa de Mo + 1/2 W de al menos uno de Mo y W, del 0, 1 al 3, 0% en masa de Ti, del 0, 1 al 5, 0% en masa de Nb, del 0, 1 al 5, 0% en masa de Fe y opcionalmente del 0, 007 al 0, 10% de REM, del 0, 001 al 0, 010% de B, 0, 0007 al 0, 010% de Mg y del 0, 001 al 0, 20% de Zr, siendo el resto Co y las impurezas inevitables.

Description

Aleación termorresistente basada en Co-Ni y método para su preparación.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una aleación termorresistente basada en Co-Ni y a un método para la preparación de la misma, y, más en particular, a una aleación termorresistente basada en Co-Ni que se utiliza en muelles, tornillos, etc., que se emplea en unidades tales como motores y sistemas de escape así como en dispositivos periféricos para turbinas de gas, que están expuestos a altas temperaturas, y a un método para la preparación de la misma.

Antecedentes de la invención

Convencionalmente, las piezas termorresistentes que se emplean en unidades tales como motores y sistemas de escape, así en como dispositivos periféricos para turbinas de gas, que están expuestos a altas temperaturas, se fabrican utilizando una aleación súper termorresistente basada en Ni, por ejemplo Inconel X-750 (Ni: 73,0% en masa, Cr.: 15,0% en masa, Al: 0,8% en masa, Ti: 2,5% en masa, Fe: 6,8% en masa, Mn: 0,70% en masa, Si: 0,25% en masa, C: 0,04%, Nb+Ta: 0,9% en masa) e Inconel 718 (Ni: 53,0% en masa, Cr: 18,6% en masa, Mo: 3,1% en masa, Al: 0,4% en masa, Ti: 0,9% en masa, Fe: 18,5% en masa, Mn: 0,20% en masa, Si: 0,18% en masa, C: 0,04% en masa, Nb+Ta: 5,0% en masa).

Estas aleaciones súper termorresistentes a base de Ni están reforzadas mediante la deposición de \gamma' (Ni_{3}(Al,Ti,Nb)) y \gamma'' (Ni_{3}Nb). Sin embargo, en caso de largos períodos de utilización a altas temperaturas, de no menos de 600ºC, \gamma' y \gamma'' se vuelven rugosos por el hiperenvejecimiento debido a la degradación de su resistencia. Además partes tales como muelles y pernos, sometidos continuamente a esfuerzos, se ven sometidos a una alta relajación de esfuerzo, no pudiendo mantener los rendimientos requeridos para tales partes.

Es además objeto de la presente invención proporcionar una aleación termorresistente que presente una mayor resistencia al esfuerzo que las aleaciones supertermorresistentes basadas en Ni anteriormente mencionadas y que sea menos sensible a la degradación por esfuerzo incluso tras largos periodos de utilización bajo condiciones de alta temperatura, también es objeto de la invención proporcionar un método para la preparación de tal aleación.

Descripción de la invención

Para solventar los problemas anteriormente mencionados, los inventores de la presente invención han llevado a cabo diversos estudios e investigaciones para encontrar una aleación termorresistente que presente una mayor resistencia y sea menos susceptible a una degradación en su resistencia incluso tras largos periodos de utilización bajo condiciones de alta temperatura en comparación con las aleaciones supertermorresitentes basadas en Ni; y han encontrado que, como aleación termorresistente, es útil una aleación basada en Co-Ni-Cr y además han descubierto que esta aleación basada en Co-Ni-Cr tiene una baja energía por defectos de empaquetamiento de forma que cuando se somete a un esfuerzo en caliente o en frío, un elemento soluto tal como el Mo, el Fe o el Nb se segrega generando defectos de empaquetamiento altamente dislocados para bloquear movimientos de dislocación y, como consecuencia, se logra un alto rendimiento de endurecimiento, y que cuando esta aleación envejece subsecuentemente después de trabajar en frío o en caliente manteniendo la tensión, su fuerza se ve mejorada.

La EP 365716 describe aleaciones de cobalto-níquel para su utlización a altas temperaturas.

Además, con respecto a la aleación que presenta un mecanismo reforzado citada anteriormente, por ejemplo la solicitud de patente japonesa no examinada previamente nº 10-140279 describe una aleación de ese tipo; sin embargo, ésta no presenta la fuerza suficiente a altas temperaturas, se deposita una fase \sigma cuando esta aleación se endurece debido al incremento de la cantidad de elementos solutos tales como Mo, Fe y Nb en su seno, lo que resulta en una degradación de la manejabilidad y la resistencia. Los inventores de la presente invención han descubierto que para resolver este problema, cuando se introduce Cr al nivel mínimo exigido para su utilización en un entorno termorresistente de no más de 750ºC, es posible evitar la deposición de la fase \sigma incluso aunque aumente la cantidad de elementos solutos tales como Mo, Fe y Nb, y es posible incrementar además la resistencia por la adición de W a la misma.

La presente invención ha sido concebida en base a estos descubrimientos. Aquí, en la explicación siguiente, "%" se refiere al % en masa.

En otras palabras, la aleación termorresistente basado en Co-Ni de la presente invención contiene: C: no más del 0,05%; Si: no más del 0,5%; Mn: no más del 1,0%; Ni: del 25 al 45%; Cr: del 13% hasta menos del 18%; Mo + 1/2W de un tipo o dos tipos de Mo y W: del 7 al 20%; Ti: del 0,1 al 3,0%; Nb: del 0,1 al 5,0% y Fe: del 0,1 al 5,0%, estando compuesto el resto de Co e impurezas inevitables.

Además, la presente invención preferentemente contiene al menos uno seleccionado de entre el grupo consistente en REM (al menos uno de los elementos de tierras raras como Y, Ce y mischmetal): del 0,007 al 0,10%, B: del 0,001 al 0,010%, Mg: del 0,0007 al 0,010% y Zr: del 0,001 al 0,20%.

Además, el método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención se caracteriza por pasos en los cuales: una aleación que contiene: C: no más del 0,05%, Si: no más del 0,5%, Mn: no más del 1,0%, Ni: del 25 al 45%, Cr: del 13% hasta menos del 18%, Mo + 1/2W de un tipo o dos tipos de Mo y W: del 7 al 20%, Ti: del 0,1 al 3,0%, Nb: del 0,1 al 5,0% y Fe: del 0,1 al 5,0%, estando compuesto el resto de Co y de impurezas inevitables, se somete a un tratamiento de solución sólida a entre 1.000 y 1.200ºC o a un maquinado en caliente a esta temperatura, y entonces se somete a un maquinado en frío o a en templado con un coeficiente de maquinado no inferior al 40% y a continuación se somete a un tratamiento térmico de envejecimiento, a 500 hasta 800ºC, durante 0,1 a 50 horas.

Además, en el método de preparación anteriormente mencionado, preferentemente también se permite que la aleación contenga al menos uno seleccionado de entre el grupo consistente en REM (al menos uno de los elementos de tierras raras como Y, Ce y mischmetal): del 0,007 al 0,10%, B: del 0,001 al 0,010%, Mg: del 0,0007 al 0,010% y Zr: del 0,001 al 0,20%.

A continuación, en la siguiente descripción se exponen las razones para las limitaciones anteriormente mencionadas de los componentes de la composición de la aleación termorresistente basada en Co-Ni y el método de preparación de la presente invención.

C: no más del 0,05%

El carbono C se enlaza al Nb y al Ti para formar carburos impidiendo que las partículas cristalinas se vuelvan gruesas en el momento del tratamiento térmico de solubilización, y también para reforzar el entorno del grano; así, este elemento se incluye por esta razón. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar su contenido de forma que no sea inferior al 0,005%; sin embargo, debido a que un contenido superior al 0,05%, más específicamente al 0,03%, provocaría la degradación en la dureza y en la resistencia a la corrosión, y a que se formaría también un carburo con un elemento de anclaje dislocado tal como el Mo, lo que interfiere con el anclaje dislocado, se establece que el contenido no sea superior al 0,05%. El rango preferente se establece entre el 0,005 y el 0,03%.

Si: no más del 0,5%

Debido a que el Si se utiliza eficazmente como desoxidante, se incluye este elemento con este propósito; sin embargo, debido a que un contenido superior al 0,5%, más específicamente al 0,3%, provocaría una degradación en la dureza, se ajusta el contenido para que no sea superior al 0,5%. El rango preferente se establece en no más del 0,3%.

Mn: del 0,1 al 1,0%

Ya que el Mn se utiliza eficazmente como desoxidante y que reduce la energía de defecto de empaquetamiento mejorando el rendimiento del endurecimiento mecánico, se incluye este elemento con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se ajusta el contenido para que no sea inferior al 0,1%, preferentemente al 0,25%; sin embargo, debido a que un contenido superior al 1,0%, más específicamente al 0,7%, provocaría una degradación de la resistencia a la corrosión, se ajusta el contenido para que sea del 0,1 al 1,0%. El rango preferente se establece en el 0,25 al 0,7%.

Ni: del 25 al 45%

Debido a que el Ni es un elemento que se utiliza para estabilizar la austenita que sirve como matriz y mejora la resistencia térmica y la resistencia a la corrosión de la aleación, se incluye este elemento con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 25%, preferentemente el 27%; sin embargo, ya que un contenido superior al 45%, más específicamente al 33%, provocaría una degradación en el rendimiento del endurecimiento mecánico, se ajusta el contenido para que sea del 25 al 45%. El rango preferente se establece en el 27 al 33%.

Cr: del 13% a menos del 18%

Ya que el Cr es un elemento que se utiliza para mejorar la resistencia térmica y la resistencia a la corrosión, se incluye este elemento con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 13%, preferentemente al 14,5%; sin embargo, debido a que un contenido superior al 18%, más específicamenter al 17%, tiende a provocar la deposición de una fase \sigma, se ajusta el contenido para que se encuentre en el rango del 13 a menos del 18%. El rango preferente se establece en el 14,5 al 17%.

Mo + 1/2 W: del 7 al 20%

Como el Mo y el W están tratados por solubilización dentro de la matriz y consolidan la matriz para mejorar el rendimiento del endurecimiento mecánico, se incluyen estos elementos con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 7%, preferentemente al 9%; sin embargo, debido a que cuando la cantidad total del contenido en Mo y 1/2 del contenido de W supera el 20%, más específicamente el 16%, se tiende a provocar la deposición de una fase \sigma, se establece el contenido en un rango del 7 al 20%. El rango preferente es del 9 al 16%.

Ti: del 0,1 al 3,0%

Debido a que el Ti mejora la resistencia, se incluye este elemento con este propósito. Con el fin de obtener este efecto, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 0,1%, preferentemente al 0,5%; sin embargo, debido a que un contenido superior al 3,0%, más específicamente al 1,8%, provocaría la deposición de una fase \eta (Ni_{3}Ti) que resulta en la degradación en la manejabilidad y resistencia, se ajusta el contenido para que se encuentre en un rango del 0,1 al 3,0%. El rango preferente se establece en el 0,5 al 1,8%.

Nb: del 0,1 al 5,0%

El Nb se une al C para formar carburos impidiendo que las partículas cristalinas se vuelvan gruesas en el momento del tratamiento de solubilización térmica, y para reforzar el contorno del grano, y también se trata por solubilización sólida en la matriz para consolidar ésta, mejorando así el rendimiento del endurecimiento mecánico; por tanto, se incluye este elemento con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 0,1%; preferentemente al 0,5%; sin embargo, debido a que un contenido superior al 5,0%, más específicamente al 3,5%, provocaría la deposición de una fase \sigma (Ni_{3}Nb) resultando una degradación en la manejabilidad y la resistencia, se ajusta el contenido para que se encuentre en un rango del 0,1 al 5,0%. El rango preferente se establece en el 0,5 al 3,5%.

Fe: del 0,1 al 5,0%

Como el Fe se trata por solubilización sólida en la matriz para consolidar ésta, se incluye este elemento con este propósito. Con el fin de obtener este efecto, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 0,1%, preferentemente al 0,5%; sin embargo, debido a que un contenido que exceda el 5,0%, más específicamente al 3,3%, provocaría la degradación en la propiedad de resistencia a la oxidación, se ajusta el contenido para que se encuentre en un rango del 0,1 al 5,0%. El rango preferente se establece en el 0,5 al 3,3%.

Aquí, el empleo de Mo, Nb y Fe de forma combinada hace posible incrementar enormemente la fuerza de solubilización sólida y el endurecimiento mecánico de la matriz, lo cual intensifica mucho la resistencia a la tracción máxima a temperatura ambiente y a altas temperaturas y ejerce un efecto de desplazamiento de la temperatura, teniendo un máximo de resistencia a la tracción a alta temperatura alta hacia el lado de las altas temperaturas en comparación con el empleo de Mo y Nb o de Mo y Fe de forma combinada.

REM: del 0,007 al 0,10%

Como REM, que es al menos uno de los elementos tierras raras tales como Y, Ce y mischmetal, mejora la manejabilidad en caliente y la propiedad de resistencia a la oxidación, se incluye con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar el contenido para que no sea inferior al 0,007%, preferentemente al 0,01%; sin embargo, debido a que cuando el contenido excede el 0,10%, más específicamente el 0,04%, se provoca una degradación en la manejabilidad en caliente y en la propiedad de resistencia a la oxidación de una forma inversa, se ajusta el contenido para que se encuentre en un rango del 0,007 al 0,10%. El rango preferente se establece en el 0,01 al 0,04%.

B: del 0,001 al 0,010%; Mg: del 0,0007 al 0,010%, Zr: del 0,001 al 0,20%

Debido a que el B, el Mg y el Zr mejoran la manejabilidad en caliente y refuerzan el contorno del grano, se incluyen estos elementos con este propósito. Con el fin de obtener estos efectos, se debe ajustar el B para que sea del 0,001%, preferentemente del 0,002%, se debe ajustar el Mg para que sea del 0,0007%, preferentemente del 0,001% y se debe ajustar el Zr para que sea del 0,001%, preferentemente del 0,01%; sin embargo, debido a que cuando el B es superior al 0,010%, más específicamente al 0,004%, el Mg excede el 0,010%, más específicamente el 0,003% y el Zr supera el 0,20%, más específicamente el 0,03%, se provocaría la degradación en la manejabilidad en caliente y en la propiedad de resistencia a la oxidación, los rangos de los contenidos se ajustan respectivamente para encontrarse en los rangos anteriormente mencionados. Preferentemente, se ajusta el B para que se encuentre en un rango del 0,002 al 0,004%, el Mg en un rango del 0,001 al 0,003% y el Zr en un rango del 0,01 al 0,03%.

Co: Resto

Se permite que el Co, que tiene una estructura de celdilla hexagonal muy empaquetada, contenga Ni para tener una estructura de celidilla cúbica centrada en las caras, es decir, austenita, permitiendo así un gran rendimiento de endurecimiento mecánico.

A continuación, en la siguiente descripción se expone el método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención, así como las razones para las limitaciones anteriormente mencionadas al tratamiento térmico y las condiciones de trabajo.

En el método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención, los átomos de solutos tales como Mo se segregan en defectos de empaquetamiento entre la dislocaciones extendidas que han sido introducidas mediante el trabajo en frío o en templado de forma que interfieren con los movimientos de las dislocaciones de modo tal que suprimiendo la reaparición de dislocaciones se refuerce la aleación termorresistente basada en
Co-Ni cuya composición presenta los componentes anteriormente mencionados. Por tanto, en el método de preparación del material de aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención, la aleación termorresistente basada en Co-Ni anteriormente mencionada se somete a un tratamiento de solución sólida térmico a 1.000 hasta 1.200ºC para que la organización sea homogénea, o a un trabajo en caliente a una temperatura no inferior a 1.000ºC para que los granos cristalinos sean más finos, y luego se somete a un trabajo en frío o en templado a la temperatura de un coeficiente de maquinado no inferior al 40%, de modo tal que se introduzca un gran número de dislocaciones para llevar a cabo el endurecimiento mecánico. Aquí, el maquinado en templado puede llevarse a cabo durante un proceso de enfriamiento después del tratamiento de solución sólida térmico o del maquinado en caliente. A continuación, se lleva a cabo un tratamiento térmico de envejecimiento durante 0,1 a 50 horas a 500 hasta 800ºC para que los átomos de solutos tales como Mo y Fe se segreguen en los defectos de empaquetamiento formados entre las semidislocaciones de las dislocaciones extendidas; así, los movimientos de las dislocaciones están bloqueados de modo tal que se suprime la relajación de esfuerzo, es decir, la reaparición de dislocaciones.

La razón por la que en el método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni anteriormente mencionada se lleve a cabo el tratamiento de solución sólida térmico o el maquinado en caliente a 1.000 hasta 1.200ºC se debe a que una temperatura inferior a 1.000ºC deja de proporcionar una estructura suficientemente homogénea y también hace reducir la dureza, provocando una dificultad en el maquinado. Además, esto puede provocar la deposición de un compuesto tal como Mo que ejerce un efecto de anclaje sobre las dislocaciones y la consecuente reducción en las características de endurecimiento por envejecimiento. Además, una temperatura que supere los 1.200ºC vuelve los granos cristalinos gruesos, lo que resulta en una degradación en la dureza y resistencia.

Además, la razón por la que el maquinado en frío o en templado con un coeficiente de maquinado no inferior al 40% se lleve a cabo después del tratamiento de solución sólida térmico o del maquinado en caliente es debido, tal como se muestra en la Tabla 3 y en la Figura 1, a que un coeficiente de maquinado inferior al 40% deja de proporcionar un alto rendimiento en el endurecimiento mecánico debido a que elementos solutos tal como Mo y Fe se segregan en los defectos de empaquetamiento de las dislocaciones extenidas interfiriendo con los movimientos de las dislocaciones, y provocando también un mayor alargamiento en la fluencia.

Además, la razón por la que el tratamiento térmico de envejecimiento se lleva a cabo a 500 hasta 800ºC durante 0,1 a 50 horas después del maquinado en frío o en templado con un coeficiente de maquinado no inferior al 40% es que, tal como se muestra en la Tabla 4 y en la Figura 2, cuando el tratamiento se realiza a menos de 500ºC o durante menos de 0,1 horas, deja de aumentar suficientemente la resistencia o, cuando en el tratamiento se superan los 800ºC o las 50 horas, se vuelven a formar dislocaciones, provocando una degradación en la dureza y resistencia, así como un mayor alargamiento en la fluencia como consecuencia.

En un ejemplo del método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención, la aleación es fundida y preparada mediante un método habitual, utilizando un horno de inducción de alta frecuencia a vacío, etc., y se forja en un lingote según un método de forjado convencional. A continuación, se somete a un maquinado en caliente y a un tratamiento de solución sólida térmico a 1.000 hasta 1.200ºC, y entonces se somete a un maquinado en frío o en templado con un coeficiente de maquinado no inferior al 40%, y posteriormente se somete a un tratamiento térmico de envejecimiento a 500 hasta 800ºC durante 0,1 a 50 horas.

Además, con respecto a las aplicaciones de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención, ésta se emplea en piezas y dispositivos tales como piezas asociadas a escapes, como los colectores de escape de motores, dispositivos periféricos de turbinas de gas, en los materiales de la cámara de los hornos, en muelles y tornillos termorresistentes en los cuales se ha utilizado Inconel X750 o Inconel X718. También se emplea en las piezas y dispositivos utilizados a muy altas temperaturas.

Breve descripción de las figuras

Figura 1: gráfico que muestra la relación entre el coeficiente de maquinado en frío y la resistencia a la tracción a temperatura ambiente y el alargamiento fluencia de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención.

Figura 2: gráfico que muestra la relación entre la temperatura de envejecimiento y la resistencia a la tracción a temperatura ambiente y el alargamiento de fluencia de la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención.

Mejores formas de realización de la invención

La siguiente descripción expondrá la presente invención en base a los ejemplos.

Ejemplo 1

Se fundieron y prepararon las aleaciones de un ejemplo y de un ejemplo comparativo de la presente invención con las composiciones mostradas en la Tabla 1 siguiente empleando un método habitual, utilizando un horno de inducción de alta frecuencia a vacío para obtener lingotes de 30 kg. Estos lingotes se formaron como barras cilíndricas, cada una con un diámetro de 35 mm, por medio de un proceso de forjado en caliente. Estas barras, excepto para la del Ejemplo Comparativo 4, se sometieron a un tratamiento de solución sólida térmico a 1.100ºC y luego a un maquinado en frío a un coeficiente de maquinado del 85%, formándose barras cilíndricas con un diámetro de 13,6 mm cada una, y éstas fueron sometidas entonces a un envejecimiento a 720ºC x 4 horas. Además, la barra del Ejemplo comparativo 4 se sometió a un tratamiento de solución sólida térmico a 1.050ºC y luego a un tratamiento de envejecimiento a 725ºC x 16 horas a un coeficiente de maquinado del 30%. A partir de estos elementos se obtuvieron muestras para los ensayos de tracción con un diámetro de 8 mm, en trozos paralelos, y éstas se sometieron a ensayos de tracción a temperatura ambiente para medir la resistencia a la tracción. Además, se obtuvieron muestras para ensayar la fluencia con un diámetro de 6 mm, en trozos paralelos, con una distancia entre puntos de 33 mm, y éstas fueron sometidas a ensayos de fluencia donde se aplicó un esfuerzo de 330 MPa a 700ºC para medir el alargamiento 1.000 horas más tarde. La Tabla 2 muestra los resultados de estos ensayos.

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(Tabla pasa a página siguiente)

1

TABLA 2

2

Ejemplo 2

Las barras cilíndricas con un diámetro de 35 mm de la aleación nº 6 de la presente invención mostrada en la Tabla 1 se sometieron a un tratamiento de solución sólida térmico a 1.100ºC y entonces se sometieron a un maquinado en frío a unos coeficientes de maquinado del 35%, 45% y 60% (Ejemplo Comparativo 5, y Ejemplos 12 y 13 de la presente invención), y posteriormente a un envejecimiento a 720ºC x 4 horas. Se obtuvieron a partir de estos elementos muestras para ensayos de tracción y de fluencia de la misma forma que en el Ejemplo 1, y se llevaron a cabo los ensayos de tracción y de fluencia bajo las mismas condiciones que en el Ejemplo 1 para medir la resistencia a la tracción y la fluencia. La Tabla 3 y la Figura 1 muestran los resultados de los ensayos.

TABLA 3

3

El alargamiento de fluencia fue medido en ensayos fluencia bajo condiciones de 700ºC, 330 MPa.

Ejemplo 3

Las barras cilíndricas de 35 mm de diámetro de la aleación Nº 10 de la presente invención mostrada en la Tabla 1 se sometieron a un tratamiento térmico de solución sólida a 1.100ºC y a un maquinado en frío a un coeficiente de maquinado del 85%, y luego se sometieron a un envejecimiento bajo las condiciones mostradas en la Tabla 4 (Ejemplos Comparativos 6 y 7, Ejemplos 14 y 15 de la presente invención). A partir de estos elementos se obtuvieron piezas para de ensayos de tracción y de fluencia de la misma forma que en el Ejemplo 1, y se llevaron a cabo los ensayos de tracción y de fluencia en éstas bajo las mismas condiciones que en el Ejemplo 1, para medir la resistencia a la tracción y la fluencia. La Tabla 4 y la Figura 2 muestran los resultados de los ensayos.

TABLA 4

4

Se midió el alargamiento de fluencia mediante ensayos de fluencia bajo las condiciones de 700ºC, 330 MPa.

Los resultados de las Tablas 1 y 2 muestran que, en los ejemplos de la presente invención, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente se estableció en un rango de 2.148 a 2.775 MPa, y el alargamiento de fluencia se estableció en el 0,7 al 1,1%.

Por contraste, en el caso del Ejemplo Comparativo 1, en el cual el contenido en Cr era superior al de la presente invención, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente fue de 1.991 MPa, inferior al 93% de los ejemplos de la presente invención, siendo el alargamiento de fluencia 1,4 veces superior al del ejemplo de la presente invención.

Además, en el caso del Ejemplo Comparativo 2, en el cual el contenido en Cr era superior al de la presente invención, siendo el de Mo superior al Ejemplo Comparativo 1, aparecieron grietas en el maquinado en frío, lo que imposibilitó la medición de la resistencia a la tracción a temperatura ambiente y del alargamiento de fluencia.

Además, en el caso del Ejemplo Comparativo 3, en el cual el contenido en Cr era superior al de la presente invención, siendo el contenido en Mo inferior al de la presente invención, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente fue de 1.677 MPa, inferior al 78% de los ejemplos de la presente invención, siendo el alargamiento de fluencia 1,7 veces superior al del ejemplo de la presente invención.

En el caso del Ejemplo Comparativo 4 de Inconel X750, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente fue de 1.451 MPa, inferior al 68% de los ejemplos de la presente invención, siendo el alargamiento de fluencia no menos de 2 veces superior al del ejemplo de la presente invención.

Los resultados de la Tabla 3 muestran que, en el caso del Ejemplo Comparativo 5, que tiene un coeficiente de maquinado en frío del 35%, inferior al coeficiente de maquinado en frío del ejemplo de la presente invención, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente fue de 1.589 MPa, inferior al de los Ejemplos 12, 13 y 6 de la presente invención, y el alargamiento de fluencia fue del 3,8%, superior al de los Ejemplos 12, 13 y 6 de la presente invención. Los resultados de éstos muestran que el coeficiente de maquinado del maquinado en frío o en templado debe establecerse en no menos del 40%.

Los resultados de la Tabla 4 muestran que, en el caso del Ejemplo Comparativo 6, con temperatura del tratamiento de envejecimiento de 450ºC, inferior a la temperatura de envejecimiento de la presente invención, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente fue de 1.795 MPa, inferior a la del ejemplo de la presente invención, y el alargamiento de fluencia fue del 2,1%, superior al de la presente invención. Además, en el caso del Ejemplo Comparativo 7, con temperatura del tratamiento de envejecimiento superior a la temperatura de envejecimiento del ejemplo de la presente invención, la resistencia a la tracción a temperatura ambiente fue de 1.314 MPa, inferior a la del ejemplo de la presente invención, y el alargamiento de fluencia fue del 4,8%, superior al de la presente invención.

Estos resultados muestran que la temperatura del tratamiento de envejecimiento debe establecerse en un rango de 500 a 800ºC.

Tal como se ha descrito anteriormente, la aleación termorresistente basada en Co-Ni de la presente invención tiene una resistencia más alta a temperatura ambiente en comparación con las aleaciones súper termorresistentes basadas en Ni que han sido utilizadas convencionalmente, y es menos susceptible a una degradación en la resistencia incluso después de largos períodos de utilización a altas temperaturas. Además, el método de preparación de la presente invención permite preparar una aleación termorresistente basada en Co-Ni con una mayor resistencia a temperatura ambiente en comparación con las aleaciones súper termorresistentes basadas en Ni que han sido utilizadas convencionalmente, y es menos susceptible a una degradación en la resistencia incluso después de largos períodos de utilización a altas temperaturas.

Claims

1. Aleación termorresistente basada en Co-Ni que comprende: todo en peso, no más del 0,05% en masa de C, no más del 0,5% en masa de Si, no más del 1,0% en masa de Mn, del 25 al 45% en masa de Ni, del 13 a menos del 18% en masa de Cr, del 7 al 20% en masa de Mo + 1/2 W de al menos uno de Mo y W, del 0,1 al 3,0% en masa de Ti, del 0,1 al 5,0% en masa de Nb, del 0,1 al 5,0% en masa de Fe y opcionalmente del 0,007 al 0,10% de REM, del 0,001 al 0,010% de B, 0,0007 al 0,010% de Mg y del 0,001 al 0,20% de Zr, siendo el resto Co y las impurezas inevitables.

2. Aleación termorresistente basada en Co-Ni según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además del 0,007 al 0,10% en masa de REM.

3. Aleación termorresistente basada en Co-Ni según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además: todo en peso, al menos uno seleccionado de entre el grupo consistente en del 0,001 al 0,010% en masa de B, del 0,0007 al 0,010% en masa de Mg, del 0,001 al 0,20% en masa de Zr.

4. Aleación termorresistente basada en Co-Ni según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además: todo en peso, del 0,007 al 0,10% en masa de REM; y al menos uno seleccionado de entre el grupo consistente en del 0,001 al 0,010% en masa de B, del 0,0007 al 0,010% en masa de Mg y del 0,001 al 0,20% en masa de Zr.

5. Método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni, comprendiendo el método los pasos de:

someter una aleación que contiene no más del 0,05% en masa de C, no más del 0,5% en masa de Si, no más del 1,0% en masa de Mn, del 25 al 45% en masa de Ni, del 13 a menos del 18% en masa de Cr, del 7 al 20% en masa de Mo + 1/2W de un tipo o más tipos de Mo y W, del 0,1 al 3,0% en masa de Ti, del 0,1 al 5,0% en masa de Nb, del 0,1 al 5,0% en masa de Fe, y opcionalmente del 0,007 al 0,10% de REM, del 0,001 al 0,010 de B, del 0,0007 al 0,010% de Mg y del 0,001 al 0,20% de Zr, siendo el resto Co y las impurezas inevitables, a un tratamiento térmico de solución en sólido a 1.000 hasta 1.200ºC o a un maquinado en caliente a esta temperatura;

entonces someterla a un maquinado en frío o a un maquinado en templado con un coeficiente de maquinado no inferior al 40%; y

después someterla a un tratamiento térmico de envejecimiento a 500 hasta 800ºC durante 0,1 a 50 horas.

6. Método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha aleación comprende además del 0,007 al 0,10% en masa de REM.

7. Método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha aleación comprende además: todo en peso, al menos uno seleccionado de entre el grupo consistente en del 0,001 al 0,010% en masa de B, del 0,0007 al 0,010% en masa de Mg y del 0,001 al 0,20% en masa de Zr.

8. Método de preparación de la aleación termorresistente basada en Co-Ni según la reivindicación 5, caracterizada porque dicha aleación comprende además: todo en peso, del 0,007 al 0,10% de REM; y al menos uno seleccionado de entre el grupo consistente en del 0,001 al 0,010% en masa de B, del 0,0007 al 0,010% en masa de Mg y del 0,001 al 0,20% en masa de Zr.