IT8224463A1 - Lega resistente alla corrosione e all'usura a temperatura elevata - Google Patents
Lega resistente alla corrosione e all'usura a temperatura elevata Download PDFInfo
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Description
DOCUMENTAZIONE
RILEGATA
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda una lega resistente alla corrosione e all'usura a temperatura elevata, che viene utilizzata quale materiale greggio per un cilindro di rotazione utilizzato nella manifattura di fibra di vetro mediante emissione di vetro fuso e caldo con forza centrifuga accelerata attraverso sottili orifi*zi ricavati nella parete laterale del cilindro di rotazione.
Il cilindro di. rotazione applicato alla manifattura di fibra di vetro mediante una forza centrifuga, ? esso stesso altamente riscaldato nell'atmosfera e fatto ruotare a velocit? tanto elevate quanto 2.000 giri per minuto. Inoltre il vetro fuso fluisce rapidamente attraverso gli orifizi sottili ricavati nella parete laterale del cilindro di rotazione. Pertanto sono richieste le seguenti caratteristiche per una lega costituente il cilindro di rotazione.
1. La lega deve presentare una resistenza meccanica alla temperatura elevata tanto da resistere alla forza centrifuga risultante dalla elevata velocit? di rotazione.
2. La lega deve resistere completamente all'usura per frizione provocata dal flusso rapido del vetro fuso attraverso gli orifizi.
3. La lega deve presentare una sufficiente resistenza all'ossidazione a temperatura elevata.
?. La lega deve essere completamente resistente nlla corrosione rispetto al vetro fuso.
5. Uno strato di ossido inevitabilmente depositato sulla superficie della lega deve presentare una notevole resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso.
Le leghe note che costituiscono il cilindro di rotazione comprendono una lega Ni-Cr contenente ^uno o entrambi i metalli Co e w (si vedano ad esempl? i brevetti U.S. i?o. 3.010.201, No. 3.318.694 e No. 3.806.338); una lega Co-Cr contenente uno o entrambi i metalli W e Ni (descritta ad esempio nel brevetto U.S. No. 3.933.484); ed una lega Fe-Ni-Cr (ad esempio SUS 310).
Tuttavia tra le leghe sopra elencate, SUS 310 utilizzato quale materiale per il cilindro di rotazione, presenta una vita cos? estremamente breve da non dover essere pigliato in considerazione in modo alcuno. La lega sopra menzionata Ni-Cr contenente Co e/o W e la lega Co-Cr contenente W e/o Ni comportano una grande quantit? di Co o V/ dispendiosi allo scopo di conferire resistenza meccanica alle temperature particolarmente elevate e ci? tra le varie caratteristiche richieste alla lega. Pertanto una tale lega presenta gli svantaggi derivanti dall'incremento del costo di manifattura e la lega stessa e lo strato di ossido depositato su di essa perde la resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso; questi risultati comportano una diminuzione della durata del cilindro di rotazione.
In accordo con ci? costituisce uno scopo dell'invenzione provvedere una lega per la manifattura di un cilindro di rotazione poco costoso, che sia privo di Co costoso e che presenti una durata decisamente pi? elevata che non i cilindri di rotazione convenzionali anche nelle condizioni severe nelle auali il cilindro di rotazione viene fatto ruotare a velocit? elevata in contatto* con il vetro caldo e fuso.
La lega, attuazione della presente invenzione, resistente alla corrosione e all'usura alla temperatura elevata ? caratterizzata dal fatto di consistere di da 0,05 a 0,8% in peso di C, da 15 a 35% in peso di Cr, da 0,5 a 7,0% in peso di W, di uno o pi? tra Ti, Zr e Nb con un totale da 0,1 a 1,7% in peso, la parte rimanente essendo Ni con la quantit? di impurezze inevitabili. Inoltre, se necessario, ? possibile aggiungere 2,0% in peso o meno di Si e/o 2,0% in peso o meno di Mn quali deossidanti nella composizione sopra indicata.
La figura 1 ? un diagramma della curva che mostra gli effetti del contenuto di C sulla resistenza a trazione a temperatura elevata di una lega della presente invenzione e che mostra anche la sua resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso.
La figura 2 ? un diagramma della curva che mostra gli effetti del contenuto di V/ sulla resistenza a trazione a temperatura elevata di una lega della presente invenzione e che mostra anche la sua resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso.
Viene ora riportata la descrizione dei motivi in base ai quali vengono -imposte limitazioni al contenuto dei componenti rispettivi della lega che costituisce l'attuazione della presente invenzione.
C costituisce una soluzione solida unitamente ad un metallo di base oppure un carburo unitamente a Cr o V.<1 >e contribuisce ad elevare la resistenza meccanica o la resistenza all'usura della lega sottoposta a temperatura elevata. Quando il contenuto di C supera il livello prescritto, la lega presenta una minore lavorabilit?, con conseguenti difficolt? nel ricavare i piccoli orifizi attraverso i quali viene proiettato il vetro fuso. Inoltre quando il contenuto di C ? troppo grande, si producono eccessivi carburi con Cr o W, con conseguente decremento del contenuto di Cr nella matrice ed anche con perdita di omogeneit? della lega nella struttura di matrice e conseguente declino della resistenza alla corrosione della lega rispetto al vetro fuso.
TI diagramma della curva della figura 1 indica gli effetti del contenuto di C sulla resistenza a trazione ad elevata temperatura della lega della presente invenzione ed anche sulla sua resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso. Nella figura 1 la curva A indica la resistenza a trazione della lega a 1000?C; la curva B mostra la resistenza a trazione della lega a 1100?C e la curva C rappresenta la perdita di peso per corrosione della lega provocata dal contatto per 240 ore con vetro fuso a temperatura fino a 1140?C.
Il diagramma della curva di figura 1 mostra che una lega contenente da 0,4 a 0,5% in peso di C indica solamente una leggera perdita in peso alla corrosione pari a circa 4%, sebbene sia alquanto in diminuzione la resistenza alla corrosione. Tale perdita in peso non provoca in pratica alcun problema. Pertanto il limite inferiore del contenuto di C nella lega della presente invenzione viene posto a 0,05% nel diagramma della curva di figura 1. Il limite superiore del contenuto di C deve essere scelto a 0,8% in base alle caratteristiche di lavorabilit? della lega.
Alla lega viene aggiunto Si se richiesto per controllare il suo grado di deossidazione. Tuttavia un'aggiunta eccessiva di Si tende a diminuire la tenacit? della lega come pure la resistenza alla corrosione non solo della lega in s? ma anche dello strato di ossido che inevitabilmente si deposita sulla superficie della lega rispetto al vetro fuso. Pertanto per gli scopi della presente invenzione il limite superiore del contenuto di Si viene fissato a 2,0%, mentre il limite inferiore del contenuto di Si non ? particolarmente definito. Ovviamente non si deve aggiungere Si se non ? richiesto.
Alla lega viene anche aggiunto Mn, se richiesto, per controllare il suo - grado di -de<*>ossidazione. Tuttavia un'aggiunta eccessiva di Mn comporta un decremento nella resistenza all'ossidazione della lega a temperatura elevata. Pertanto per gli scopi della presente invenzione il limite superiore del contenuto di Mn deve essere scelto a 2,0%, mentre il limite inferiore del contenuto di Mn non viene specificato come nel caso del contenuto di Si sopra indicato.
Cr costituisce una soluzione solida unitamente al metallo di base della lega, oppure un carburo unitamente a C, elevando cos? la resistenza della lega all'abrasione ed alla ossidazione. Il cilindro di rotazione dotato di aperture adatto per l'emissione di vetro fuso viene riscaldato ad una temperatura superiore a 1000?C. In questo caso risulta necessario aggiungere almeno 15% in peso di Cr allo scopo di evitare un declino nella durata del cilindro di rotazione provocato dalla deposizione di scorie sulla sua superficie. Tuttavia un eccesso del contenuto di Cr ? accompagnato con lo svantaggio relativo al fatto che un ossido ad dico come Cr 0 cresce sulla superficie della 2 3
lega e il contenuto di Ni inevitabilmente ridotto rende la lega meno resistente alla corrosione rispetto al vetro fuso. Per le considerazioni sopra riportate il limite superiore del contenuto di Cr ? stato stabilito a 35% in peso.
W forma una soluzione solida unitamente al metallo di base della lega in discussione, oppure un carburo unitamente a C, elevando cos? la resistenza meccanica a temperatura elevata della lega e la sua resistenza all'abrasione. Tuttavia un eccesso di contenuto di W riduce principalmente la resistenza a corrosione della lega rispetto al vetro fuso e la resistenza all'ossidazione a temperatura elevata della lega.
Il diagramma della curva della figura 2 indica gli effetti del contenuto di W sulla resistenza a trazione a temperatura elevata di una lega della presente invenzione ed anche sulla sua resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso. Nella figura. 2 la curva D mostra la resistenza a trazione di una lega a 1000?C; la curva E rappresenta la resistenza a trazione della lega a 1100?C e la curva F mostra la perdita in peso per corrosione della lega provocata per contatto per 240 ore con il vetro fuso ad una temperatura fino a 1140?C.
Il diagramma della curva della figura 2 mostra che l'aggiunta di una grande quantit? di W riduce prevalentemente la resistenza alla corrosione della lega rispetto al vetro fuso. Tuttavia come descritto in riferimento ai requisiti di limitazione del contenuto di C, la perdita in peso del 4% alla corrosione della lega, oppure il contenuto di W fino a 7% non danno luogo ad alcun problema pratico. Pertanto il limite al contenuto di W ? stato scelto nell'ambito da 0,5 a 7% in peso in base ai risultati illustrati nella figura 2.
Ti, Zr e Nb rispettivamente formano un carburo granulare con C. Questo carburo ? caratter?izzato dal fatto di essere poco disciolto nella base del metallo della lega anche a temperatura elevata e dal fatto che aumenta la resistenza meccanica e la resistenza all'abrasione della lega a temperatura elevata. Inoltre questo carburo evita che C formi un carburo del tipo a presa con Cr, cos? da aumentare con efficacia la tenacit? della lega. Tuttavia un contenuto eccessivo di questi elementi d? luogo a complicazioni nel procedimento di fusione della lega e non indica un effetto apprezzabile dell 'aggiunta a dispetto del costo di questi elementi. Pertanto per gli scopi della presente invenzione il contenuto totale di questi elementi viene limitato ad un ambito da 0,1 a 1,7% in peso.
Ni ? l'elemento di base della lega della presente invenzione. La ragione consiste nel fatto che il cilindro di rotazione dotato di aperture adatto per l?emissione di vetro fuso viene utilizzato ad una temperatura superiore a 1000?C. Se l'elemento di base della lega ? formato da Fe, allora la lega presenta resistenza meccanica a temperatura elevata insufficiente ed insufficiente resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso. Inoltre se l'elemento di base ? formato da Co, allora la lega oltre a presentare resistenza insufficiente alla corrosione, risulta anche indesiderabilmente dispendiosa.
Pertanto per gli scopi della presente invenzione ? stato deciso di utilizzare Ni in quantit? tale da corrispondere alla percentuale rimanente ottenuta sottraendo al suo peso totale le quantit? degli elementi additivi che devono essere aggiunti quali componenti della lega in discussione e gli elementi costituenti le impurezze inevitabilmente introdotte nella lega. Gli elementi che costituiscono le impurezze comprendono ad esempio Fe, P, S o Cu.
Esempi
L'invenzione diverr? pi? evidente dagli esempi che seguono.
Viene ora data una descrizione collettiva delle caratteristiche delle leghe che costituiscono l'attuazione dell'invenzione con riferimento ad alcuni esempi. La Tabella 1 indica le composizioni delle leghe utilizzate negli esempi, oltre a quelle delle leghe convenzionali utilizzate quali controlli.
Furono utilizzate le leghe elencate nella Tabella 1 per provvedere :
(1) campioni di saggio per misurare la resistenza a trazione a temperatura elevata in accorcio con la norma JIS G 0567;
(2) campioni di saggio per misurare la corrosione a temperatura elevata, detti campioni presentando rispettivamente spess?ri di 5 min, larghezza di 15 jnm e lunghezza di 50 mm; e ? *
(3) cilindri a rotazione per l'emissione di vetro fuso aventi un diametro esterno di 300 mm, altezza di 50 mm e spessore della parete laterale d? 3 mm e dotati di migliarla di orifizi.
I saggi per la resistenza a trazione a temperatura elevata furono condotti rispettivamente con velocit? di sforzo del 5% per minuto a 1000?C e 1100?C.
I saggi per la corrosione a temperatura elevata furono condotti immergendo questi campioni di saggio in un bagno di vetro fuso a 1140?C per 240 ore.
Le prove operative che comportavano l'emissione di vetro fuso furono condotte controllando la temperatura media della parete periferica esterna del cilindro di rotazione dotato di aperture a circa 1010?C, facendo ruotare detto cilindro con una-velocit? da 2500 a 2100 giri per minuto e proiettando il vetro fuso sotto forma di fibre attraverso gli orifizi. Mediante queste prove operative fu determinata la durata, cio? la vita media effettiva in ore del rispettivo cilindro di rotazione.
La tabella 2 riporta i risultati dei saggi sopra indicati unitamente alle caratteristiche delle leghe di controllo scelte tra quelle pubblicate in letteratura.
Come risulta dalla tabella 2, la lega che costituisce lo scopo della presente invenzione presenta una resistenza meccanica a temperatura elevata da 1,5 ? 3,0 volte superiore a quella dell'acciaio inossidabile SUS 310 che viene considerato come la lega pi? comune maggiormente resistente al calore. Inoltre i cilindri di rotazione con aperture preparati a partire dalle leghe della presente invenzione presentano una durata circa 10 volte superiore a quella del cilindro di rotazione formato con acciaio inossidabile SUS 310. Inoltre i cilindri di rotazione secondo la presente invenzione presentano una durata da 1,5 a 3,0 volte superiore a quella dei cilindri preparati dalle leghe riportate in letteratura.
Tabella 2 Caratteristiche delle leghe
- S -Resistenza a traziqne Resistenza a
(kq/mm z) Durezza
Caratteri stiche corrosione Vita media
(HRB) .
1,000?C 1,100?C { %/24Q dire ) ( ore ) Ss empio ' 1 10.1 6.1 78 3.5 da 30 0 a' , 350 NO. 1
15.0 9.0 98 3.7 da 300 a?? 35 0 No. 2
Leghe 11.8 7.3 89 2.4 da320 a 350
No. 3
campione 13.4 7.9 91 2.8 da320 ? a 350
No, 4
12.8 8.5 91 2.4 da 320'.: a 35 0 No. 5
? A 9.8 6.8 76 2.6 da 300?^ a-; 350 No . 6 ?
8.9 5.2 76 2.0 da.2 8 0 3 50 No. 7 ? ' a; ;? SUS 310 5.4 4.0 85 - da 25' a? -30 Leghe U .S.P . Nessun Nessun No
88 da 120 a 150 3,010,201 dato. - dato- data
? di Nessun 0.5% 107
3,318,694 dato^ ( 2 ore )
controllc " Nessun 214
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(
Tabella 1 Composizione delle leghe (%).
Elementi ? C Si Mn Cr W Ti Nb Zr Ni Fe Ta Esempio . 0.08 0.60 0.62 28.2 5.1 Rimanen - -No. 1 0.23 1.05 0.25
te.
?
0.74 0.55 0.61 20.5 5.3 0.23 1.02 0.25 - -No. 2 .
0.21 0.60 0.58 27.5
No. 3 2.5 0.25 1.06 0,21 - 1 -Leghe
0.39 0.57 0.58 28.6 5.4
NO. 4 0.10 0.97 0.12 - -
dell ? esem
0.35 0.64 0.68 34 . 2 5.2 . - -No. 5 0.26 1.07 0.23
pio
0.10 0.62 0.65 15.5 5.0 0.22 1.02
No . 6 0.23 ? -.1 0.12 0.68 0.64 28.4 -No. 7 1.3 0.24 0.98 0.21
SUS 310 0.08 1.50 2.00 24.0 - - - - 22.0 ? ; 40. 4 -
Leghe U.S.P. 0.56 1.06 1.02 26.8 5.6 - - - 52.0
3,010,201 13 . 0 -
di 0.25 1.25 0.20 34.3 3.0 Mo - - 52.0 1 v5.0 1.0
3,318,694 3.0
controllo
0.35 1.00 0.20 34.5 8.0 - - 0.50 54.7
3,806,338 r 0.8
0.58 0.38 .31;. 2 6.5 Fe B 0.01 10.4 Co? R?r 2.8 3,933,484 ; ? ? , ti 0.32 0.03 manente ?
Claims (1)
1. Lega resistente alla corrosione ?d all'usura a temperatura elevata per preparare un cilindro di rotazione per l'emissione di fibre di vetro, che consiste di da 0,05 a 0,8% in peso di C, d? 15 a 35% in peso di Cr, da 0,5 a 7,0% in peso di W, da 0,1 a 1,7% in peso di uno o pi? tra Ti, Zr e Nb, la parte rimanente .essendo costituita da Ni e dalle impurezze inevitabilmente introdotte nella lega.
2. Lega secondo la rivendicazione 1, che ulteriormente contiene un deossidante costituito da 2,0% in peso o meno di Si e/o 2,0% in peso o meno di Mn.
F I G. 1
evi 15.0 15.0 ^
E E
CD
10.0- 10.0
M c o 5.0 5.0 o
L?
CO
0.1 0.2 0.3 04 0.5 0.6 07
C ?/c
F I G. 2
CVJ
E 15.0 - 15.0
E
\
cn
-10.0 0.0
E
5.0 - 5.0 8
F
cn
3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
'?'n.'-Vfr ,\a Rogale Uffi
? QS ineo)
p.i. NITTO BOSEKI CO., LTD. e
PARAMOUNT GLASS MFG CO. , LTD.
JACQBA^I - CASETTA & PERANI
B. p.A.
Titolo dell?invenzione:
LEGA RESISTENTE ALLA CORROSIONE E ALLA USURA A TEMPERATURA ELEVATA
2 . Ci? che si rivendica :
1. Lega resistente alla corrosione ed all 'usura a temperatura elevata per preparare un cilindro di rotazione per l ' emissione di fibre di vetro , che consiste di da 0, 05
a 0 ,8% in peso di C, d?- 15 ? 35% in peso di Cr , da 0 , 5
a 7,0% in peso di W, da 0,1 a 1,7% in peso di uno o pi?
tra Ti, Zr e Nb, la parte rimanente .essendo costituita
da Ni e dalle impurezze inevitabilmente introdotte nella
lega.
2. Lega secondo la rivendicazione 1, che ulteriormente
contiene un deossidante costituito da 2,0% in peso o meno
di Si e/'o 2,0% in peso o meno di Mn.
3. Descrizione dettagliata dell'invenzjnne
Le presente invenzione riguarda una lega resistente alla corrosione e all'usura a temperatura elevata, che viene utilizzata quale materiale greggio per un cilindro di rotazione utilizzato nella manifattura di fibra di vetro mediante emissione di vetro fuso e caldo con forza centrifuga accelerata attraverso sottili orifizi ricavati nella parete laterale del cilindro di rotazione.
Il cilindro di rotazione applicato alla manifattura di fibra di vetro mediante una forza centrifuga, ? esso stesso altamente riscaldato nell'atmosfera e fatto ruotare a velocit? tanto elevate quanto 2.000 giri per minuto. Inoltre il vetro fuso fluisce rapidamente attraverso gli orifizi sottili ricavati nella parete laterale del cilindro di rotazione. Pertanto sono richieste le seguenti caratteristiche per una lega costituente il cilindro di rotazione.
1. La lega deve presentare una resistenza meccanica alla temperatura elevata tanto da resistere alla forza centrifuga risultante dalla elevata velocit? di rotazione.
2. La lega deve resistere completamente all'usura per frizione provocata dal flusso rapido del vetro fuso attraverso gli orifizi.
3. La lega deve presentare una sufficiente resistenza all'ossidazione a temperatura elevata.
4. La lega deve essere completamente resistente alla corrosione ri spetto al vetro fuso .
5. Uno strato d: ossi do i nevi tabilmente depositato sulla superficie della lega deve presentare una notevole resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso .
Le leghe note che costituiscono il cilindro di rotazione comprendono una lega Ni?Cr contenente funo o entrambi' i metalli Co e W (si vedano ad esempio i brevetti U.S. No. 3.010.201, No. 3.318.694 e No. 3.306.338); una lega Co-Cr contenente uno o entrambi i metalli W e Ni (descritta ad esempio nel brevetto U.S. No. 3.933.484); ed una lega Fe-Ni-Cr (ad esempio 3US 310).
Tuttavia tra le leghe sopra elencate, SUS 310 utilizzato quale materiale per il cilindro di rotazione, presenta una vita cos? estremamente breve da non dover essere pigliato in considerazione in modo alcuno. La lega sopra menzionata Ni-Cr contenente Co e/o W e la lega Co-Cr contenente W e/o Ni comportano una grande quantit? di Co o VJ dispendiosi allo scopo di conferire resistenza meccanica alle temperature particolarmente elevate e ci? tra le varie caratteristiche richieste alla lega. Pertanto una tale lega presenta gli svantaggi derivanti dall'incremento del costo di manifattura e la lega stessa e lo strato di ossido depositato su di essa perde la resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso; questi risultati comportano una diminuzione della durata del cilindro di rotazione.
In accordo con ci? costituisce uno scopo doli'invenzione provvedere una lega per la manifattura di un cilindro di rotazione poco costoso, che sia privo di Co costoso e che presenti una durata decisamente pi? elevata che non i cilindri di rotazione convenzionali, anche nelle condizioni severe nelle ouali il cilindro ci rotazione viene fatto ruotare a velocit? elevata in contatto? con il vetro caldo e fuso.
La lega, attuazione della presente invenzione, resistente alla corrosione e all'usura alla temperatura elevata ? caratterizzata dal fatto di consistere- di da 0,05 a 0,8% in peso di C, da 15 a 35% in peso di Cr, da 0,5 a 7,0% in peso di W, di uno o pi? tra Ti, Zr e Nb con un totale da 0,1 a 1,7% in peso, la parte rimanente essendo Ni con la quantit? di impurezze inevitabili. Inoltre, se necessario, ? possibile aggiungere 2,0% in peso o meno di Si e/o 2,0% in peso o meno di Mn quali deossidanti nella composizione soDra indicata.
La presente invenzione pu? essere compresa in base alla descrizione dettagliata che segue, considerata in combinazione con le tavole-di disegno allegate.
Viene ora riportata la descrizione dei motivi in
base ai quali vengono imposte limitazioni al contenuto
dei componenti rispettivi della lega che costituisce l'attuazione della presente invenzione.
C costituisce una soluzione solida unitamente ad
un metallo di base oppure un carburo unitamente a Or o
V e contribuisce ad elevare la resistenza meccanica o la resistenza all'usura della lega sottoposta a temperatura elevata. Quando il contenuto di C supera il livello prescritto, la lega presenta una minore lavorabilit?, con conseguenti difficolt? nel ricavare i piccoli orifizi attraverso
i quali viene proiettato il vetro fuso. Inoltre quando
il contenuto di C ? troppo grande, si producono eccessivi carburi con Cr o W, con conseguente decremento del contenuto
di Cr nella matrice ed anche con perdita di omogeneit?
della lega nella struttura di matrice e conseguente declino
della resistenza alla corrosione della lega rispetto al
vetro fuso.
Il diagramma della curva della figura 1 indica gli effetti del contenuto di C sulla resistenza a trazione
ad elevata temperatura della lega della presente invenzione
ed anche sulla sua resistenza alla corrosione rispetto
al vetro fuso. Nella fipura 1 la curva A indica la resistenza a trazione della lega a 1000?C; la curva B mostra la resistenza a trazione della lega a 1100<n>C e la curva C rappresenta la perdita di peso per corrosione della lega provocata dal contatto per 240 ore con vetro fuso a tempera? tura fino a 1140?C.
Il diagramma della curva di figura 1 mostra che una lega contenente da 0,4 a 0,5% in peso di C indica solamente una leggera perdita in peso alla corrosione pari a circa 4%, sebbene sia alquanto in diminuzione la resistenza alla corrosione. Tale perdita in peso non provoca in pratica alcun problema. Pertanto il limite inferiore del contenuto di C nella lega della presente invenzione viene posto a 0,05% nel diagramma della curva di figura 1. Il limite superiore del contenuto di C deve essere scelto a 0,8% in base alle caratteristiche di lavorabilit? della lega.
Alla lega viene aggiunto Si se richiesto per controllare il suo grado di deossidazione. Tuttavia un'aggiunta eccessiva di Si tende a diminuire la tenacit? della lega come pure la resistenza alla corrosione non solo della lega in s? ma anche dello strato di ossido che inevitabilmente si deposita sulla superficie della lega rispetto al vetro fuso. Pertanto per gli scopi della presente invenzione il limite superiore del contenuto di Si viene fissato a 2,0f, mentre il limite inferiore del contenuto di Si non ? particolarmente definito. Ovviamente non si deve aggiungere Si se non ? richiesto.
Alla lega viene anche aggiunto Mn, se richiesto, per controllare il suo? grado di d?e?ossidazione. Tuttavia un'aggiunta eccessiva di Mn comporta un decremento nella resistenza all'ossidazione della lega a temperatura elevata. Pertanto per gli scopi della presente invenzione il limite superiore del contenuto di Mn deve essere scelto a 2,0%, mentre il limite inferiore del contenuto di Mn non viene specificato come nel caso del contenuto di Si sopra indicato.
Cr costituisce una soluzione solida unitamente al metallo di base della lega, oppure un carburo unitamente a C, elevando cos? la resistenza della lega all'abrasione ed alla ossidazione. Il cilindro di rotazione dotato di aperture adatto per l'emissione di vetro fuso viene riscaldato ad una temperatura superiore a 1000?C. In questo caso risulta necessario aggiungere almeno 15?4 in peso di Cr allo scopo di evitare un declino nella durata del cilindro di rotazione provocato dalla deposizione di scorie sulla sua superficie. Tuttavia un eccesso del contenuto di Cr ? accompagnato con lo svantaggio relativo al fatto che un ossido ad dico come Cr 0 cresce sulla superficie della lega e il contenuto di Ni inevitabilmente ridotto rende la lega meno resistente alla corrosione rispetto al vetro fuso. Per le considerazioni sopra riportate il limite superiore del contenuto di Cr ? stato stabilito a 35% in peso.
W forma una soluzione solida unitamente al metallo di base della lega in discussione, oppure un carburo unitamente a C, elevando cos? la resistenza meccanica a temperatu? ra elevata della lega e la sua resistenza all'abrasione. Tuttavia un eccesso di contenuto di W riduce principalmente la resistenza a corrosione della lega rispetto al vetro fuso e la resistenza all'ossidazione a temperatura elevata della lega.
Il diagramma della curva della figura 2 indica gli effetti del contenuto di W sulla resistenza a trazione a temperatura elevata di una lega della presente invenzione ed anche sulla sua resistenza alla corrosione rispetto al vetro fuso. Nella figura 2 la curva D mostra la resistenza a trazione di una lega a 1000?C; la curva E rappresenta la resistenza a trazione della lega a 1100?C e la curva F mostra la perdita in peso per corrosione della lega provocata per contatto per 240 ore con il vetro fuso ad una temperatura fino a 1140?C.
Il diagramma della curva della figura 2 mostra che l'aggiunta di una grande quantit? di V.? riduce prevalentemente la resistenza alla corrosione della lega rispetto al vetro fuso. Tuttavia come descritto in riferimento ai requisiti di limitazione del contenuto di C, la perdita in peso del A% alla corrosione della lega, oppure il contenuto di V.<1 >fino a 7% non danno luogo ad alcun problema pratico. Pertanto il limite al contenuto di W ? stato scelto nell'ambito da 0,5 a 7% in peso in base ai risultati illustrati
Ti, Zr e Nb rispettivamente formano un carburo granulare con C. Questo carburo ? caratterizzato dal fatto di essere poco disciolto nella base del metallo della lega anche a temperatura elevata e dal fatto che aumenta la resistenza meccanica e la resistenza all'abrasione della lega a temperatura elevata. Inoltre questo carburo evita che C formi un carburo del tipo a presa con Cr, cos? da aumentare con efficacia la tenacit? della lega. Tuttavia un contenuto eccessivo di questi elementi d? luogo a complicazioni nel procedimento di fusione della lega e non indica un effetto apprezzabile dell 'aggiunta a dispetto del costo di questi elementi. Pertanto per gli scopi della presente invenzione il contenuto totale di questi elementi viene limitato ad un ambito da 0,1 a 1,7% in peso. _
Ni ? l'elemento di base della lega della presente invenzione. La ragione consiste nel fatto che il cilindro di rotazione dotato .di aperture adatto per l'emissione di vetro fuso viene utilizzato ad una temperatura superiore a 1000?C. Se l?elemento di base della lega ? formato da Fe, allora la lega presenta resistenza meccanica a temperatura elevata insufficiente ed insufficiente resistenza alla corrosione rispett.o al vetro fuso. Inoltre se l?elemento di base ? formato da Co, allora la lega oltre a presentare resistenza insufficiente alla corrosione, risulta anche indesiderabilmente dispendiosa.
Pertanto per gli scopi della presente invenzione ? stato deciso di utilizzare Ni in quantit? tale da corrispondere alla percentuale rimanente ottenuta sottraendo al suo peso totale le quantit? degli elementi additivi che devono essere aggiunti quali componenti della lega in discussione e gli elementi costituenti le impurezze inevitabilmente introdotte nella lega. Gli elementi che costituiscono le impurezze comprendono ad esempio Fe, P, S o Cu.
Esempi
L'invenzione diverr? pi? evidente dagli esempi che seguono.
Viene ora data una descrizione collettiva delle caratteristiche delle leghe che costituiscono l'attuazione dell'invenzione con riferimento ad alcuni esempi. La Tabella 1 indica le composizioni delle leghe utilizzate negli esempi, oltre a quelle delle leghe convenzionali utilizzate quali controlli.
Furono utilizzate le leghe elencate nella Tabella 1 per provvedere:
(1} campioni di saggio per misurare la resistenza a trazione a temperatura elevata in accordo con la norma JIS G 0567;
(2) campioni di saggio per misurare la corrosione a temperatura elevata, detti campioni presentando rispettivamente spessori di 5 mm, larghezza di 15 jnm e lunghezza di 50 mm; e
(3) cilindri a rotazione per l'emissione di vetro fuso aventi un diametro esterno di 300 mm, altezza di 50 mm e spessore della parete laterale di 3 mm e dotati di migliarla di orifizi.
I saggi per la resistenza a trazione a temperatura elevata furono condotti rispettivamente con velocit? di sforzo del 5% per minuto a 1000?C e 1100?C.
I saggi per la corrosione a temperatura elevata furono condotti immergendo questi campioni di saggio in un bagno di vetro fuso a 1140?C per 240 ore.
Le prove operative che comportavano l'emissione di vetro fuso furono condotte controllando la temperatura media della parete periferica esterna del cilindro di rotazione dotato di aperture a circa 1010?C, facendo ruotare detto cilindro con una-velocit? da 2500 a 2100 giri per minuto e proiettando i*l vetro fuso sotto forma di fibre attraverso gli orifizi. Mediante queste prove operative fu determinata la durata, cio??la vita media effettiva in ore del rispettivo cilindro di rotazione.
La tabella 2 riporta i risultati dei saggi sopra indicati unitamente alle caratteristiche delle leghe di controllo scelte tra quelle pubblicate in letteratura.
Come risulta dalla tabella 2, la lega che costituisce lo scopo della presente invenzione presenta una resistenza meccanica a temperatura elevata da 1,5 ? 3,0 volte superiore a quella dell'acciaio inossidabile SUS 310 che viene considerato come la lega pi? comune maggiormente res?stente al" calore. Inoltre i cilindri di rotazione con aperture prepara ti a partire dalle leghe della presente invenzione presenta no una durata circa 10 volte superiore a quella del cilindr di rotazione formato con acciaio inossidabile SUS 310 Inoltre i cilindri di rotazione secondo la presente inven zione presentano una durata da 1,5 a 3,0 volte superior a quella dei cilindri preparati dalle leghe riportate i letteratura.
Tabella 1 Composizione belle leghe (%)
Elementi ? C Si Mn Cr W Ti Nb Zr Ni Fe Ta
Esempio . 0.08 0.60 0.62 28.2 5.1 0.23 1.05 0.25 Rimanen - -No. 1 te
0.74 0.55 0.61 28.5 5.3 0.23 1.02 0.25 - -No . 2 .
0.21 0.60 0.58 27.5 2.5 0.25 1.06 0.21 - ! -NO. 3
Leghe
0.39 0.57 0.58 28 . 6 5.4 0.10 0.97 0.12 - -No. 4
dell ' esem
0.35 0.64 0.68 34.2 5.2 0.26 1.07 0.23 . . - -No. 5
pio
0.10 0.62 0.65 15.5 5.0 0.22 1.02 0.23 ? -No. 6
0.12 0.68 0.64 28.4
No. 7 1.3 0.24 0.98 0.21 -
SUS 310 0.08 1.50 2.00 24.0 - - - - 22.0 ? 40.4 -
Leghe U.S.P. 0.56 1.06 1.02 26.8 5.6 - - - 52.0 13.0 -3,010,201
di 0.25 1.25 0.20 34.3 3.0 Mo - - 52.0
3,318,694 3.0 \K5 . 0 1.0
controllo
0.35 1.00 0.20 34.5 8.0 - - 0.50 54.7 0.8 3,806,338
i-r 0.58 0.38 - 31.2 6.5 Fe B 0.01 10.4 Co ' R 2.8 3,933,484 0.32 0.03 manente ? Tabella 2 Caratteristiche delle leghe
\ -Resistenza a trazipnel Resistenza a
(kq/mmz) Durezza
Caratteri stich? corrosione Vita media
( HRB ) .
1,000?C 1,100?C (%/240 ) (ore)
ffs empio " ) 10.1 6.1 78 3.5 da 300 a., 350 NO. 1
15.0 9.0 98 3.7 de 300 350 No. 2
Leghe 11.8 7.3 89 2.4 da 320 a 350
No. 3
campione 13.4 7.9 91 2.8 da320 a 350
No . 4
12.8 8.5 91 2.4 da 320'.': a 350 No. 5
9.8 6.8 76 2.6 da 300?^ a-; 350 No . 6
8.9 5.2 76 2.0 da.28 0 ' a -.350 No. 7
SUS 310 5.4 4.0 85 - da 25 ' a- -30
Leghe U ,S .P . Nessun Nessun 88 NO da 120 a 15 0
3,010,201 dato. dato- data
di Nessun 0.5% 107
3,318,694 dato; ( 2 ore )
controllo " Nessun 214
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