NL8602578A - NICKEL ALUMINUM ALLOY. - Google Patents

NICKEL ALUMINUM ALLOY. Download PDF

Info

Publication number
NL8602578A
NL8602578A NL8602578A NL8602578A NL8602578A NL 8602578 A NL8602578 A NL 8602578A NL 8602578 A NL8602578 A NL 8602578A NL 8602578 A NL8602578 A NL 8602578A NL 8602578 A NL8602578 A NL 8602578A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
nickel
alloys
amount
weight
iron
Prior art date
Application number
NL8602578A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Us Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Us Energy filed Critical Us Energy
Publication of NL8602578A publication Critical patent/NL8602578A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/007Alloys based on nickel or cobalt with a light metal (alkali metal Li, Na, K, Rb, Cs; earth alkali metal Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al Ga, Ge, Ti) or B, Si, Zr, Hf, Sc, Y, lanthanides, actinides, as the next major constituent

Description

•j -1- v• j -1- v

Aa

Br/ws/4EnergyBr / ws / 4Energy

Nikkel-aluminiumlegeringNickel aluminum alloy

Geordende metaallegeringen op basis van trinikkelaluminide (N13AI) zijn door hun eigenschappen aantrekkelijk voor bouwkundige toepassingen bij verhoogde temperatuur. Zij hebben de ongebruikelijke eigenschap dat 5 de vloeigrens bij hogere temperatuur toeneemt, terwijl bij gebruikelijke legeringen de vloeigrens dan juist afneemt. Trinikkelaluminide is het belangrijkste bestanddeel van superlegeringen op basis van nikkel en is verantwoordelijk voor de goede sterkte en kruipvastheid 10 daarvan bij hoge temperatuur. De voornaamste beperking bij het toepassen van deze nikkelaluminiden als constructiemateriaal is gelegen in hun neiging tot brosheid en lage ductiliteit.Ordered metal alloys based on trinickle aluminum (N13AI) are attractive because of their properties for architectural applications at elevated temperatures. They have the unusual property that the yield strength increases at a higher temperature, whereas the yield strength decreases with conventional alloys. Trinickaluminide is the major constituent of nickel-based superalloys and is responsible for its good strength and high temperature creep resistance. The main limitation in using these nickel aluminides as a construction material lies in their tendency to brittleness and low ductility.

Onlangs is voorgesteld om legeringen van dit 15 type te verbeteren door toevoeging van ijzer ter verhoging van de vloeigrens, van borium ter vergroting van de ductiliteit en van titaan, mangaan en niobium ter verbetering van de koude vervormbaarheid (Amerikaanse octrooiaanvrage 519.941 van 3 augustus 1983). Verder is 20 voorgesteld om aan de basislegering N13AI nog ijzer en borium voor de genoemde doeleinden toe te voegen alsmede hafnium en zirconium ter verhoging van de sterkte bij hogere temperatuur (Amerikaanse octrooiaanvrage 564.108 van 21 december 1983).Recently, it has been proposed to improve alloys of this type by adding iron to increase yield strength, boron to increase ductility, and titanium, manganese, and niobium to improve cold formability (U.S. Patent No. 519,941, August 3, 1983). . It has further been proposed to add to the base alloy N13AI iron and boron for the aforementioned purposes as well as hafnium and zirconium to increase the strength at higher temperature (US patent application 564,108 of December 21, 1983).

25 Ofschoon deze verbeterde legeringen vele goede eigenschappen hebben, vertonen zij ook nog tekortkomingen. Zo gaat de ductiliteit en vervormbaarheid achteruit bij toenemende temperatuur, zodat het brengen in de gewenste vorm door walsen of smeden bij 30 temperaturen beneden 700 °C dient te geschieden. Deze legeringen zouden waardevoller zijn indien de hete vervormbaarheid bij temperaturen tot 1200 °C kon plaatsvinden, aangezien de industriële capaciteit daarop 8602578 :* 4 -2- berekend is. Een vervorming bij hogere temperatuur betekent ook een vermindering van fabricagekosten en minder noodzaak voor vervormingsapparatuur van groot vermogen.Although these improved alloys have many good properties, they also still have shortcomings. Thus, ductility and ductility deteriorate with increasing temperature, so that shaping into the desired shape must be done by rolling or forging at temperatures below 700 ° C. These alloys would be more valuable if the hot formability could take place at temperatures up to 1200 ° C, since the industrial capacity is calculated on them 8602578: * 4 -2-. A higher temperature deformation also means a reduction in manufacturing costs and less need for high power deformation equipment.

5 De uitvinding beoogt dan ook een nikkel-aluminiumlegering te verschaffen die vervormbaar is door heetwalsen of smeden bij temperaturen tot 1200°C.It is therefore an object of the invention to provide a nickel-aluminum alloy which is deformable by hot rolling or forging at temperatures up to 1200 ° C.

Verder beoogt zij een nikkel-aluminiumlegering te verschaffen die bij hoge temperatuur een goede 10 vloeigrens, goede ductiliteit en goede oxidatievastheid heeft. Ook beoogt zij een nikkel-aluminiumlegering te verschaffen met bovenstaande eigenschappen die met betrekkelijk lage kosten en gebruikelijke methoden kan worden verkregen.Furthermore, it aims to provide a nickel-aluminum alloy that has a good yield strength, good ductility and good oxidation resistance at high temperature. It also aims to provide a nickel-aluminum alloy with the above properties, which can be obtained with relatively low costs and conventional methods.

15 De uitvinding verschaft een legering op basis van N13AI, die toevoegingen van andere elementen bevat ter bereiking van het gewenste doel. De extra elementen zijn ijzer en borium, één of meer elementen uit de groep IVb van het periodiek systeem ter vergroting van de 20 sterkte bij hoge temperatuur en één of meer zeldzame 9 aarden ter verbetering van de hete vervormbaarheid. Ook toevoegingen van molybdeen en koolstof kunnen worden gebruikt ter verbetering van de oxidatievastheid, resp. de scheurvastheid. Het ijzer wordt gebruikt in een 25 hoeveelheid van 14-17 gew.% en het borium in een voldoende hoeveelheid ter vergroting van de ductiliteit.The invention provides an alloy based on N13AI, which contains additions of other elements to achieve the desired purpose. The additional elements are iron and boron, one or more elements from group IVb of the periodic table to increase high temperature strength and one or more rare earths to improve hot formability. Additions of molybdenum and carbon can also be used to improve the oxidation resistance, respectively. the tear resistance. The iron is used in an amount of 14-17% by weight and the boron in an amount sufficient to increase ductility.

De elementen van de groep IVb zijn tezamen aanwezig in een hoeveelheid van minder dan 1 gew.% terwijl de zeldzame aarden worden toegevoegd in sporenhoeveelheden, 30 voldoende om de hete vervormbaarheid bij temperaturen boven 700 °C te laten plaatsvinden. Molybdeen wordt toegevoegd in een hoeveelheid voldoende om de gevoeligheid voor oxidatie te verminderen. Koolstof wordt gebruikt in voldoende hoeveelheid ter onderdrukking van 35 de scheurvorming, die het gevolg is van de molybdeen toevoeging. De rest van de legering bestaat uit nikkel en aluminium met de basissamenstelling N13AI.The Group IVb elements are present together in an amount of less than 1% by weight while the rare earths are added in trace amounts sufficient to allow the hot formability to take place at temperatures above 700 ° C. Molybdenum is added in an amount sufficient to reduce the susceptibility to oxidation. Carbon is used in sufficient amount to suppress cracking resulting from molybdenum addition. The rest of the alloy consists of nickel and aluminum with the base composition N13AI.

In een voorkeursuitvoering ligt de hoeveelheid borium ter vergroting van de ductiliteit 860 25 7 8 ''V' -3- £ tassen 0,01 en 0,03 gew.%. Het element van groep IVb is bijvoorkeur hafnium, ofschoon zirconium vrijwel op dezelfde wijze functioneert. Als zeldzame aarde geniet cerium de voorkeur, waarbij de hoeveelheid benodigd om de 5 hete vervormbaarheid bij circa 1200 °C te brengen tussen 0,002 en 0,007 gew.% ligt en bijvoorkeur circa 0,005 gew.% is. Aangenomen wordt dat yttrium, thorium and lanthaan opdezelfde wijze als cerium werken.In a preferred embodiment, the amount of boron to increase the ductility is 0.01 and 0.03 wt% to increase ductility. The Group IVb element is preferably hafnium, although zirconium functions in much the same way. As a rare earth, cerium is preferred, the amount required to bring the hot deformability at about 1200 ° C to be between 0.002 and 0.007% by weight and preferably about 0.005% by weight. Yttrium, thorium and lanthanum are believed to act in the same way as cerium.

De hoeveelheid molybdeen, benodigd om de 10 oxidatievastheid te verbeteren, is maximaal 4 gew.%, terwijl de hoeveelheid koolstof benodigd om de scheurvorming tijdens de hete vervorming te onderdrukken, maximaal 0,1 gew.% is.The amount of molybdenum required to improve the oxidation resistance is up to 4% by weight, while the amount of carbon required to suppress cracking during the hot distortion is up to 0.1% by weight.

De 4nikkel-aluminiumlegeringen volgens de 15 uitvinding hebben het voordeel van een goede ductiliteit, hete vervormbaarheid, hoge treksterkte tot circa 600 °C en goede oxidatievastheid. Bovendien hebben deze legeringen een geringe dichtheid en lage fabricagekosten, vergeleken met de superlegeringen op basis van nikkel uit 20 de handel.The 4 nickel aluminum alloys of the invention have the advantage of good ductility, hot formability, high tensile strength up to about 600 ° C and good oxidation resistance. In addition, these alloys have low density and low manufacturing costs compared to the commercial nickel-based superalloys.

Gietstukken uit de legering volgens de uitvinding kunnen worden verkregen door schilfers uit zuiver metaal en uit moederlegeringen van nikkel met 4 gew.% B en met 4 gew,% Ce in de juiste verhouding met 25 behulp van een lichtboog samen te smelten. De moederlegeringen worden gebruikt voor een nauwkeurige regeling van de concentraties aan B en Ce in de eindlegering. De gietstukken kunnen daarna worden vervormd door heetwalsen bij 1200 °C, met drie doorgangen 30 bij 12% reductie per dorogang. De ductiliteit en de hete vervormbaarheid van deze nikkellegeringen van het type nikkel-ijzeraluminide zijn gevoelig voor de ijzerconcentratie, de verhouding van ijzer tot nikkel, en toevoegingen van zeldzame aarden zoals cerium.Alloy castings according to the invention can be obtained by fusing together pure metal flakes and nickel master alloys with 4 wt.% B and 4 wt.% Ce in the correct proportion using an arc. The master alloys are used for precise control of the concentrations of B and Ce in the final alloy. The castings can then be deformed by hot rolling at 1200 ° C, with three passes at 12% reduction per Dorogang. The ductility and hot formability of these nickel iron aluminide nickel alloys are sensitive to iron concentration, iron to nickel ratio, and rare earth additives such as cerium.

35 In tabel A vindt men een reeks nikkel-aluminiumlegeringen die op deze wijze zijn gemaakt. Als grondslag dient de legering IC-47, die 10,4 gew.% aluminium, 16,1 gew.% ijzer, 0,05 gew.% borium en 860257 8 -4- voor de rest nikkel bevat. De andere legeringen bevatten daarnaast 0,25 tot 0,5 atoom% Hf of Zr en eventueel nog Ce en C. In de tabel is de samenstelling in gew.% aangegeven.Table A lists a series of nickel-aluminum alloys made in this manner. The basis is the alloy IC-47, which contains 10.4 wt.% Aluminum, 16.1 wt.% Iron, 0.05 wt.% Boron and 860257-8-4- the balance of nickel. The other alloys additionally contain 0.25 to 0.5 atomic% Hf or Zr and optionally still Ce and C. The table shows the composition in% by weight.

5:5:

TABEL ATABLE A

IC-47 Ni-10,4 Al-16,1 Fe-0,05 BIC-47 Ni-10.4 Al-16.1 Fe-0.05 B

10 IC-105 Ni-10,0 Al-15,9 Fe-1,7 Hf-0,02 B10 IC-105 Ni-10.0 Al-15.9 Fe-1.7 Hf-0.02 B

IC-124 N1-10.,2 Al-16,0 Fe-0,9 Hf-0,02 BIC-124 N1-10., 2 Al-16.0 Fe-0.9 Hf-0.02 B

IC-126 N1-10^2 Al-16,0 Fe-0,9 Hf-0,02 B-0,005 Ce IC-159 Ni-10,2 Al-16,6 Fe-0,9 Hf-0,015 B-0,005 Ce 15 IC-165 Ni-10,2 Al-16,6 Fe-0.4 Zr-0,015 B-0,005IC-126 N1-10 ^ 2 Al-16.0 Fe-0.9 Hf-0.02 B-0.005 Ce IC-159 Ni-10.2 Al-16.6 Fe-0.9 Hf-0.015 B- 0.005 Ce 15 IC-165 Ni-10.2 Al-16.6 Fe-0.4 Zr-0.015 B-0.005

Ce-0,03 CCe-0.03 C

IC-166 Ni-10,2 Al-16,3 Fe-0,9 Ze-0,015 B-0,005 Ce-0,03 CIC-166 Ni-10.2 Al-16.3 Fe-0.9 Ze-0.015 B-0.005 Ce-0.03 C.

2020

Na heetwalsen bij 1200 °C met drie doorgangen (12% per doorgang) was de toestand van deze legeringen als volgt: 25 IC-47 vele scheurtjes in het oppervlak IC-105 vele scheurtjes in oppervlak en randen IC-124 enkele scheurtjes in het oppervlak maar niet in de randen IC-126 twee scheuren in het oppervlak. Geen 30 scheuren in de randen IC-159 geen scheurenAfter hot rolling at 1200 ° C with three passes (12% per pass), the condition of these alloys was as follows: 25 IC-47 many surface cracks IC-105 many surface cracks and edges IC-124 some surface cracks but not in the edges IC-126 two cracks in the surface. No 30 cracks in the edges IC-159 no cracks

IC-165 geen scheuren na heetwalsen bij 1100 °CIC-165 no cracks after hot rolling at 1100 ° C

maar kleine scheurtjes in het oppervlak na heetwalsen bij 1200 °Conly small cracks in the surface after hot rolling at 1200 ° C

35 IC-166 enkele scheuren in oppervlak35 IC-166 some surface cracks

Hafnium of zirconium wordt toegevoegd ter verbetering van de sterkte van de legering bij hoge 8602578 -5- temperatuur. De hoeveelheid hafnium en zirconium moet echter worden beperkt tot minder dan 1 gew.% (of 0r5 atoom%) aangezien anders de hete vervormbaarheid van de legering achteruit gaat. Verrassend genoeg 5 wordt de vervorming van de legering door een kleine hoeveelheid cerium (0,002 tot 0,007 gew.%) aanzienlijk verbeterd. De legering IC-159 met 0,005 gew.% cerium en 16,6 gew.% ijzer was het beste heet vervormbaar, aangezien na heetwalsen bij 1200 °C geen scheuren .j q optraden.Hafnium or zirconium is added to improve the strength of the alloy at high temperature 8602578-5. However, the amount of hafnium and zirconium should be limited to less than 1 wt% (or 0r5 atom%), otherwise the hot formability of the alloy will deteriorate. Surprisingly, the deformation of the alloy by a small amount of cerium (0.002 to 0.007 wt%) is significantly improved. The alloy IC-159 with 0.005 wt.% Cerium and 16.6 wt.% Iron was best hot-deformable, since no cracks occurred after hot-rolling at 1200 ° C.

In tabel B vindt men nog een andere reeks legeringen, betrokken op de legering IC-47 door toevoeging van hafnium, cerium, molybdeen en/of koolstof.Table B shows yet another series of alloys based on the alloy IC-47 by adding hafnium, cerium, molybdenum and / or carbon.

15 TABEL B15 TABLE B

IC-47 Ni-10,4 Al-16,1 Fe-0,05 BIC-47 Ni-10.4 Al-16.1 Fe-0.05 B

IC-109 Ni-9,8 Al-13,8 Fe-1,7 Hf-3,7 Mo-0,025 BIC-109 Ni-9.8 Al-13.8 Fe-1.7 Hf-3.7 Mo-0.025 B

20 IC-117 Ni-10,0 Al-13,9 Fe-0,9 Hf-3,7IC-117 Ni-10.0 Al-13.9 Fe-0.9 Hf-3.7

Mo-0,025 BMo-0.025 B

IC-123 Ni-10,0 Al-15,8 Fe-0,9 Hf-3.7IC-123 Ni-10.0 Al-15.8 Fe-0.9 Hf-3.7

Mo-0,02 BMo-0.02 B

IC-152 Ni-10,0 Al-15,8 Fe-0,9 Hf-3,7IC-152 Ni-10.0 Al-15.8 Fe-0.9 Hf-3.7

25 Mo-0,015 B-0,005 Ce-0,06 C25 Mo-0.015 B-0.005 Ce-0.06 C

IC-157 Ni-10,0 Al-15,8 Fe-0,9 Hf-3,7 Mo-0,015 B-0,005 Ce IC-158 Ni-10,1 Al-16,4 Fe-0,9 Hf-2,7 Mo-0,015 B-0,005 Ce 30 ---IC-157 Ni-10.0 Al-15.8 Fe-0.9 Hf-3.7 Mo-0.015 B-0.005 Ce IC-158 Ni-10.1 Al-16.4 Fe-0.9 Hf- 2.7 Mo-0.015 B-0.005 Ce 30 ---

Na heetwalsen bij 1200 °C met drie doorgangen (12% reductie per doorgang) was de toestand 35 van deze legeringen als volgt: IC-47 vele scheuren in het oppervlak IC-109 vele scheuren in oppervlak en randen IC-117 vele scheuren in oppervlak maar niet in randen 8602578 * -βίοι 23 enkele scheuren in oppervlak maar niet in randen 10152 geen scheuren 10157 drie scheuren in oppervlak, geen in de 5 randen.After hot rolling at 1200 ° C with three passes (12% reduction per pass), the condition of these alloys was as follows: IC-47 many surface cracks IC-109 many surface cracks and edges IC-117 many surface cracks but not in edges 8602578 * -βίοι 23 some cracks in surface but not in edges 10152 no cracks 10157 three cracks in surface, none in the 5 edges.

10158 één scheurtje in oppervlak, geen scheuren in randen.10158 one crack in surface, no cracks in edges.

Het molybdeen werd toegevoegd ter verbetering van de oxidatievastheid. Bij een 10 molybdeenconcentratie van 3,7 gew.% was de hete vervormbaarheid van de legering sterk afhankelijk van kleine wijzigingen in de samenstelling. Bij een ijzerconcentratie minder dan 14,5 gew.% trad bij het heetvervormen veel scheurvorming op. Een combinatie 15 van 0,005 gew.% cerium en 0,06 gew.% koolstof bij een ijzergehalte van 15,8 gew.% was echter voldoende om de scheurvorming geheel te onderdrukken, zodat de samenstelling van deze legering (10152) de voorkeur geniet. Het ijzergehalte in de legeringen is beperkt 20 tot minder dan 17,5 % want anders kunnen de legeringen iets van hun sterkte bij hoge temperatuur verliezen.The molybdenum was added to improve the oxidation resistance. At a molybdenum concentration of 3.7% by weight, the hot formability of the alloy was highly dependent on minor composition changes. At an iron concentration of less than 14.5% by weight, a lot of cracking occurred during hot-forming. However, a combination of 0.005 wt% cerium and 0.06 wt% carbon at an iron content of 15.8 wt% was sufficient to completely suppress cracking, so that the composition of this alloy (10152) is preferred. The iron content in the alloys is limited to less than 17.5%, otherwise the alloys may lose some of their strength at high temperature.

Dit zijn voorbeelden van twee legeringen van het type nikkel-ijzeraluminide, die gemakkelijk door heetwalsen of smeden bij 1200 °C kunnen worden 25 vervormd. Daarentegen kunnen de nikkelaluminide-legeringen uit de handel niet worden vervormd door heetwalsen of smeden bij temperaturen boven 700 °C.These are examples of two alloys of the nickel iron aluminide type, which can be easily deformed by hot rolling or forging at 1200 ° C. In contrast, the commercial nickel aluminide alloys cannot be deformed by hot rolling or forging at temperatures above 700 ° C.

Bij metallografisch onderzoek van de twee 30 legeringen werd na afschrikken met water vanaf 1200 °C een aanmerkelijke hoeveelheid (20-30 volume%) van een tweede fase gevonden, die waarschijnlijk van het type B2 (een geordende BCC-fase gelijkend op FeAl) is.In metallographic examination of the two alloys, after quenching with water from 1200 ° C, a significant amount (20-30 volume%) of a second phase was found, which is probably of the type B2 (an ordered BCC phase similar to FeAl) .

De volumefractie van de B2-fase neemt af bij lagere 35 gloeitemperatuur, zodat na 16 uur gloeien bij 1800 °CThe volume fraction of the B2 phase decreases at a lower annealing temperature, so that after 16 hours of annealing at 1800 ° C

minder dan 2% van de B2-fase aanwezig is. Bij vergelijking van de microstructuren van de legeringen blijkt verder dat een toevoeging van molybdeen 8602578 ........m >2 -7- de vorming van de ongeordende fase in de legeringen doet verminderen.less than 2% of the B2 phase is present. A comparison of the microstructures of the alloys furthermore shows that addition of molybdenum 8602578 ....... m> 2 -7- reduces the formation of the disordered phase in the alloys.

In tabel C vindt men de waarden van de vloeigrens, treksterkte en rek bij breuk voor de 5 legeringen uit de tabellen A en B, bepaald bij diverse temperaturen tot 1200 °C. De proefmonsters waren plaatvormig met een meetsectie van 12,7 x 0,8 mm en de kruiskopsnelheid was 25 mm/min in vacuum.Table C contains the yield strength, tensile strength and elongation at break values for the 5 alloys from Tables A and B, determined at various temperatures up to 1200 ° C. The test samples were plate-shaped with a measuring section of 12.7 x 0.8 mm and the crosshead speed was 25 mm / min in vacuum.

Gebruikt werden de legeringen IC-152 en IC-159 met Ί0 daarnaast een legering IC-136 van de samenstelling: 11,9 gew.% aluminium, 1,7 gew.% hafnium, 0,015 gew.% borium en voor de rest nikkel.Alloys IC-152 and IC-159 with Ί0 additionally used were an alloy IC-136 of the composition: 11.9 wt% aluminum, 1.7 wt% hafnium, 0.015 wt% boron and the balance nickel.

TABEL CTABLE C

Legering Vloeigrens TreJ[Üilfikte ReJc breukAlloy yield strength TreJ [Ulfikt ReJc fracture

Kamertemperatuur IC-136 52,0 195,3 38,1 IC-159 77,4 195,0 40,3 IC-152 97,5 222,0 29,0Room temperature IC-136 52.0 195.3 38.1 IC-159 77.4 195.0 40.3 IC-152 97.5 222.0 29.0

600°C600 ° C

IC-136 92,6 158,8 50,6 IC-159 94,9 140,0 47,9 IC-152 112,0 150,0 26,8IC-136 92.6 158.8 50.6 IC-159 94.9 140.0 47.9 IC-152 112.0 150.0 26.8

850°C850 ° C

IC-136 86,2 111,9 18,6 IC-159 68,0 72,2 29,8 IC-152 78,1 84,2 26,4IC-136 86.2 111.9 18.6 IC-159 68.0 72.2 29.8 IC-152 78.1 84.2 26.4

1,000°C1,000 ° C

IC-136 46,2 52,2 16,2 IC-159 26,6 28,6 40,6 IC-152 27,1 33.9 48,1IC-136 46.2 52.2 16.2 IC-159 26.6 28.6 40.6 IC-152 27.1 33.9 48.1

1,200°C1,200 ° C

IC-136 21,2 22,3 25,0 IC-159 2,5 2,8 152,5 IC-152 2,2 2,2 199,5 8602578 * -8- üit tabel C blijkt dat de vloeigrens van de beide legeringen volgens de uitvinding hoger ligt dan die van IC-136 bij kamertemperatuur en bij 600 °C. Bij hogere temperaturen daalt de vloeigrens 5 echter zodat de beide legeringen boven 850 °c minder sterk worden dan IC-136. Daarentegen zijn de twee legeringen volgens de uitvinding veel ductieler dan IC-136 bij 1000 °C en bij 1200°C, terwijl ze bij 1200 oc een superplastisch gedrag vertonen met een rek 10 bij breuk van meer dan 150%. De hoge ductiliteit van de twee legeringen komt overeen met hun uitstekende hete vervormbaarheid bij 1200 °C.IC-136 21.2 22.3 25.0 IC-159 2.5 2.8 152.5 IC-152 2.2 2.2 199.5 8602578 * -8 - Table C shows that the yield strength of the both alloys of the invention are higher than those of IC-136 at room temperature and at 600 ° C. At higher temperatures, however, the yield point 5 drops so that both alloys above 850 ° c become less strong than IC-136. In contrast, the two alloys of the invention are much more ductile than IC-136 at 1000 ° C and at 1200 ° C, while at 1200 oc they exhibit superplastic behavior with elongation at break of greater than 150%. The high ductility of the two alloys corresponds to their excellent hot formability at 1200 ° C.

Verder zijn de kruipeigenschappen van de legering IC-159 volgens de uitvinding bepaald bij 15 760°C. De tijdsduur tot breuk was resp. 300 bij 138 MPa en 12 bij 276 MPa. Dit is aanzienlijk minder dan bij legeringen van het type nikkel-aluminide (zonder ijzer) die resp. waarden van meer dan 2000 en van 300 tot meer dan 800 (afhankelijk van het Hf gehalte in de 20 legeringen) hebben. Ter vergelijking werden nog de bekende legeringen Hastelloy-X en Waspalloy gebruikt. Hastelloy-X is een nikkellegering uit de handel met 21,8 gew.% Cr, 2,5 gew.% Co, 9,0 gew.% Mo, 0,6 gew.% W, 18,5 gew.% Pe en voor de rest nikkel en heeft 25 een kruipwaarde van 200. Waspalloy is een nikkellegering uit de handel met beperkte vervormbaarheid, bestaande uit 19,5 gew.% Cr, 13,5 gew.% Co, 4,3 gew.% Mo, 3,0 gew.% Ti, 1,4 gew.% Al, 2,0 gew.% Pe, 0,0006 gew.% B, 0,07 gew.% Zr, 0,07 30 gew.% C en voor de rest nikkel. Dit Waspalloy had een kruipwaarde van 1000.Furthermore, the creep properties of the alloy IC-159 according to the invention have been determined at 15 760 ° C. The time to break was resp. 300 at 138 MPa and 12 at 276 MPa. This is considerably less than with alloys of the nickel-aluminide (without iron) type which respectively. values of more than 2000 and from 300 to more than 800 (depending on the Hf content in the 20 alloys). For comparison, the known alloys Hastelloy-X and Waspalloy were used. Hastelloy-X is a commercial nickel alloy with 21.8 wt% Cr, 2.5 wt% Co, 9.0 wt% Mo, 0.6 wt% W, 18.5 wt% Pe and the remainder is nickel and has a creep value of 200. Waspalloy is a commercial nickel alloy with limited ductility, consisting of 19.5 wt% Cr, 13.5 wt% Co, 4.3 wt% Mo, 3 .0 wt% Ti, 1.4 wt% Al, 2.0 wt% Pe, 0.0006 wt% B, 0.07 wt% Zr, 0.07 30 wt% C and for the rest nickel. This Waspalloy had a creep value of 1000.

Ter bepaling van de oxidatievastheid werden monsters van de legeringen gedurende 1 uur bij 1050 °C in een oven geherkristalliseerd en daarna aan 35 de lucht blootgesteld. De monsters werden periodiek (elke 1 tot 3 dagen) uit de oven genomen ter visuele inspectie en meting van het gewicht. Zij vertoonden een samenhangende gewichtstoename tijdens de 8602578 -9- cyclische oxidatie bij 800 Oc en 1000 °C. De oxidatiesnelheid van de molybdeenhoudende nikkel-ijze'raluminiden was vergelijkbaar bij 800 °C en 1000 °Cr terwijl de oxidatiesnelheid van de 5 molybdeenvrije nikkel-ijzeraluminiden bij 1000°C lager dan bij 800 °C was. Deze lagere snelheid geeft aan dat de aluminiumatomen bij 1000 °C snel vanuit het inwendige naar het oppervlak diffunderen, zodat aan het oppervlak een film van aluminiumoxide ontstaat die 10 het basismetaal tegen verdere oxidatie beschermt. De legeringen vertoonden een oxidatievastheid die vergelijkbaar was met die van nikkelaluminide-legeringen bij 1000 °C.To determine the oxidation stability, alloys samples were recrystallized in an oven at 1050 ° C for 1 hour and then exposed to air. The samples were taken periodically (every 1 to 3 days) from the oven for visual inspection and weight measurement. They showed a coherent weight gain during the 8602578-9 cyclic oxidation at 800 OC and 1000 ° C. The oxidation rate of the molybdenum-containing nickel-iron aluminum aluminides was comparable at 800 ° C and 1000 ° C, while the oxidation rate of the 5 molybdenum-free nickel iron aluminides was lower at 1000 ° C than at 800 ° C. This slower rate indicates that the aluminum atoms at 1000 ° C quickly diffuse from the interior to the surface, so that an aluminum oxide film is formed on the surface which protects the base metal from further oxidation. The alloys exhibited an oxidation resistance comparable to that of nickel aluminide alloys at 1000 ° C.

Hieruit blijkt dat de legeringen volgens 15 de uitvinding (nikkel-ijzeraluminiden) een goede combinatie vertonen van ductiliteit, hete vervormbaarheid, sterkte en oxidatievastheid.This shows that the alloys according to the invention (nickel iron aluminides) show a good combination of ductility, hot formability, strength and oxidation resistance.

Bovendien hebben zij het voordeel van een geringe dichtheid en lage kosten bij vergelijking met de 20 bekende superlegeringen uit de handel. De dichtheid van de legeringen volgens de uitvinding is 10-15% minder dan die van een nikkelhoudende superlegering.In addition, they have the advantage of low density and low cost compared to the known commercial superalloys. The density of the alloys of the invention is 10-15% less than that of a nickel-containing superalloy.

Een belangrijk verschil van de legeringen volgens de uitvinding met vroegere legeringen is dat de 25 ijzerconcentratie is toegenomen bij aanwezigheid van hafnium en borium. De toevoeging van kleine hoeveelheden andere elementen zoals cerium, molybdeen en koolstof resulteert in een legering met sterk verbeterde vervormbaarheid bij hoge temperatuur.An important difference of the alloys according to the invention with earlier alloys is that the iron concentration has increased in the presence of hafnium and boron. The addition of small amounts of other elements such as cerium, molybdenum and carbon results in an alloy with greatly improved high temperature formability.

86025788602578

Claims (9)

1. Nikkel-aluminiumlegering op basis van N13AI, gekenmerkt door een voldoende concentratie aan elementen van de groep IVB ter verhoging van de sterkte bij hoge temperatuur, een voldoende 5 concentratie aan ijzer en zeldzame aarden ter verhoging van de hete vervormbaarheid, en een voldoende concentratie aan borium ter verhoging van de ductiliteit. .1. Nickel-aluminum alloy based on N13AI, characterized by a sufficient concentration of elements of the group IVB to increase the strength at high temperature, a sufficient concentration of iron and rare earths to increase the hot formability, and a sufficient concentration boron to increase ductility. . 2. Legering volgens conclusie 1, met het 10 kenmerk, dat de ijzerconcentratie tussen 14,5 en 17,5 gew.% ligt.2. Alloy according to claim 1, characterized in that the iron concentration is between 14.5 and 17.5% by weight. 3. Legering volgens conclusie 1 of 2, met een voldoende hoeveelheid molybdeen ter vermindering van de oxidatiesnelheid en een voldoende hoeveelheid 15 koolstof ter vermindering van de scheurvorming door molybdeentoevoeging.Alloy according to claim 1 or 2, with a sufficient amount of molybdenum to reduce the oxidation rate and a sufficient amount of carbon to reduce cracking by molybdenum addition. 4. Legering volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de elementen uit de groep IVB bestaan uit hafnium, zirconium of mengsels daarvan en aanwezig 20 zijn in een hoeveelheid van minder dan 1 gew.%.Alloy according to claims 1-3, characterized in that the elements of the group IVB consist of hafnium, zirconium or mixtures thereof and are present in an amount of less than 1% by weight. 5. Legering volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat de zeldzame aarden bestaan uit cerium in een hoeveelheid van niet meer dan 0,01 gew.%.Alloy according to claims 1-4, characterized in that the rare earths consist of cerium in an amount of not more than 0.01% by weight. 6. Legering volgens conclusie 1-5, met het 25 kenmerk, dat borium aanwezig is in een hoeveelheid van 0,01 tot 0,05 gew.%.6. Alloy according to claims 1-5, characterized in that boron is present in an amount of 0.01 to 0.05% by weight. 7. Legering volgens conclusie 1-6, met het kenmerk, dat zij de volgende samenstelling heeft: 10,2 gew.% aluminium, 16,6 gew.% ijzer, 0,9 gew.% 30 hafnium, 0,015 gew.% borium, 0,005 gew.% cerium en voor de rest nikkel.Alloy according to claims 1-6, characterized in that it has the following composition: 10.2 wt% aluminum, 16.6 wt% iron, 0.9 wt% hafnium, 0.015 wt% boron 0.005 wt.% Cerium and the remainder nickel. 8. Legering volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het molybdeen aanwezig is in een hoeveelheid van niet meer dan 4 gew.% en de koolstof 35 in een hoeveelheid van niet meer dan 0,01 gew.%. __ 8602578 -11- « *Alloy according to claim 3, characterized in that the molybdenum is present in an amount of not more than 4% by weight and the carbon 35 in an amount of not more than 0.01% by weight. __ 8602578 -11- «* 9. Legering volgens conclusie 1-8, met het kenmerk, dat zij de volgende samenstelling heeft: 10,0 gew% aluminium, 15,8 gew.% ijzer, 0,9 gew.% hafnium, 3,7 gew.% molybdeen, 0,015 gew.% borium, 5 0,005 gew.% cerium, 0,06 gew.% koolstof en voor de rest nikkel. 8602578Alloy according to claims 1-8, characterized in that it has the following composition: 10.0 wt% aluminum, 15.8 wt% iron, 0.9 wt% hafnium, 3.7 wt% molybdenum 0.015 wt% boron, 0.005 wt% cerium, 0.06 wt% carbon and the balance nickel. 8602578
NL8602578A 1986-09-01 1986-10-14 NICKEL ALUMINUM ALLOY. NL8602578A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8621082A GB2194549B (en) 1986-09-01 1986-09-01 High temperature fabricable nickel-iron aluminides
GB8621082 1986-09-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8602578A true NL8602578A (en) 1988-05-02

Family

ID=10603508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8602578A NL8602578A (en) 1986-09-01 1986-10-14 NICKEL ALUMINUM ALLOY.

Country Status (4)

Country Link
DE (1) DE3630328C2 (en)
FR (1) FR2603902B1 (en)
GB (1) GB2194549B (en)
NL (1) NL8602578A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH699930A1 (en) 2008-11-26 2010-05-31 Alstom Technology Ltd High temperature and oxidation resistant material.

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2033925B (en) * 1978-09-25 1983-07-20 Johnson Matthey Co Ltd Nickel based superalloys
US4478791A (en) * 1982-11-29 1984-10-23 General Electric Company Method for imparting strength and ductility to intermetallic phases
US4612165A (en) * 1983-12-21 1986-09-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Ductile aluminide alloys for high temperature applications
IL75695A (en) * 1984-09-04 1988-09-30 Gen Electric Tri-nickel aluminide alloy
US4731221A (en) * 1985-05-06 1988-03-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Nickel aluminides and nickel-iron aluminides for use in oxidizing environments

Also Published As

Publication number Publication date
DE3630328C2 (en) 1995-11-23
GB2194549A (en) 1988-03-09
GB8621082D0 (en) 1986-10-08
GB2194549B (en) 1990-11-21
FR2603902B1 (en) 1991-01-04
FR2603902A1 (en) 1988-03-18
DE3630328A1 (en) 1988-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2599263B2 (en) Nickeloo iron aluminide alloy capable of high temperature processing
Ishida et al. Ductility enhancement in NiAl (B2)-base alloys by microstructural control
US8734716B2 (en) Heat-resistant superalloy
US4737205A (en) Platinum group metal-containing alloy
US5084109A (en) Ordered iron aluminide alloys having an improved room-temperature ductility and method thereof
US20110268989A1 (en) Cobalt-nickel superalloys, and related articles
EP0433072A1 (en) Oxidation resistant low expansion superalloys
Stoloff Ordered alloys for high temperature applications
JPH05230568A (en) High-temperature alloy based on contaminated tial for machine part
US4916028A (en) Gamma titanium aluminum alloys modified by carbon, chromium and niobium
EP0518590A1 (en) Oxidation resistant coatings of gamma titanium aluminum alloys modified by chromium and tantalum
JPH0261018A (en) Fatique and crack-resistant nickel base superalloy
JPH0730419B2 (en) Chromium and silicon modified .GAMMA.-titanium-aluminum alloys and methods for their production
US5158744A (en) Oxidation- and corrosion-resistant alloy for components for a medium temperature range based on doped iron aluminide, Fe3 Al
Fujii et al. Titanium alloys developed by Nippon steel & Sumitomo metal corporation
US5049211A (en) Rapid solidification route aluminium alloys containing chromium
JP3076697B2 (en) α + β type titanium alloy
US4613480A (en) Tri-nickel aluminide composition processing to increase strength
US5026522A (en) Nb-Ti-Hf high temperature alloys
US5213635A (en) Gamma titanium aluminide rendered castable by low chromium and high niobium additives
NL8602578A (en) NICKEL ALUMINUM ALLOY.
US4194909A (en) Forgeable nickel-base super alloy
US2864697A (en) Titanium-vanadium-aluminum alloys
US4931254A (en) Nb-Ti-Al-Hf-Cr alloy
EP0476043A4 (en) Improved nickel aluminide alloy for high temperature structural use

Legal Events

Date Code Title Description
CNR Transfer of rights (patent application after its laying open for public inspection)

Free format text: MARTIN MARIETTA ENERGY SYSTEMS, INC.

BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
BN A decision not to publish the application has become irrevocable