NO138952B - Fremgangsmaate ved fremstilling av en nikkelholdig sulfidmatte med forbedrede utlutingsegenskaper ved atmosfaeretrykk - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved fremstilling av nikkelholdig sulfidmatte med forbedrede utlutingsegenskaper ved atmosfæretrykk.

Description

Støpelegering på nikkel-kobolt-krom-basis.

Oppfinnelsen angår legeringer som egner seg til fremstilling av støpte gjenstander og artikler som under bruk blir utsatt for sterk påkjenning ved høye temperaturer, og særlig til fremstilling av gass-turbindeler, såsom rotor- og statorblad,

styreskovler og rotorer for dyser.

Det er kjent å bruke for dette formål

nikkelkrom og nikkel-kobolt-krom legeringer som inneholder titan og aluminium, og

i den nyeste tid ble det fremstilt legeringer

som inneholder ett eller flere av elemen-tene molybden, wolfram og nob som styrke-økende tilsetninger. De wolframholdige legeringer er sterkest ved høye temperaturer,

men deres spesifikke vekt er også vesentlig

høyere enn den av wolframfrie legeringer.

Derfor blir i slike deler som gassturbinblad,

hvor spenningene skyldes sentrifugalkraf-ten bg hvor de øker med massen av selve

delen, den fordel som erholdes ved opp-nåelsen av større styrke mere enn oppveiet

av de økede spenninger forårsaket av de-lens større masse.

Selv om disse legeringer har meget

gode egenskaper ved høye temperaturer,

finnes det et behov for støpelegeringer

som har en enda større fasthet og sigemot-standsevne ved temperaturer på 923° C og

høyere og samtidig en tilstrekkelig strekkbarhet og lav spesifikk vekt.

Det er nu funnet at visse legeringer

på nikkel-kobolt-krom basis som er fri for

wolfram, men inneholder begrensete mengder av vanadium, oppviser særlig gode

egenskaper ved høye temperaturer.

Støpelegeringene i henhold til oppfin-

nelsen, som er særlig egnet for fremstilling av artikler som ved bruk utsettes for sterk påkjenning ved høye temperaturer, inneholder som i og for seg kjent, 6 til 12 pst. krom, 5 til 30 pst. kobolt, 1 til 8 pst. molybden, 4 til 9 pst. aluminium, 0,5 til 6,5 pst. titan, idet summen av aluminium- og titaninnholdet er 8 til 12 pst., 0,001 til 0,1 pst. bor og 0 til 4 pst. tantal, og legeringene er karakterisert ved at de dessuten inneholder vanadium i en mengde av 0,2 til 2 pst., idet resten bortsett fra uunngåelige forurensninger utgjøres av nikkel.

Uttrykket «resten består vesentlig av nikkel utelukker således ikke nærværet av forurensninger og resterende desoksyde-ringsmidler som vanligvis finnes i disse legeringer, i mengder som ikke forringer deres egenskaper.

Mengden av forurensninger skal fortrinnsvis være så lav som mulig, og silici-uminnholdet bør ikke overskride 0,5 pst., manganinnholdet 0,5 pst., jerninnholdet 1 pst. og kopperinnholdet 0,5 pst. og fortrinnsvis 0,25 pst. Opp til 0,2 pst. kalsium kan være til stede som resterende desoksy-deringsmiddel.

Legeringene har den fordel at de bare behøver å inneholde de ovenfor nevnte lett tilgjengelige elementer.

Legeringene er av den art hvor en herdningsfase blir utskilt ved eldning etter en oppløsningsopphetning.

Det er viktig at sammensetningen av legeringene holdes innenfor de ovenfor nevnte grenser. Med lavere mengder av krom, titan og aluminium blir motstandsevnen av legeringene mot oksydasjon for-ringet. Med høyere krominnhold enn 12 pst. synker betydelig deres bruddfasthet ved høye temperaturer, og hvis der i legeringene finnes mere enn 12 pst. titan og aluminium, har legeringene en to-fase struktur hvor den utskilte fase er massiv og er meget mindre virksom under herd-ningen av legeringen, og fastheten ved høye temperaturer synker igjen. Hvis legeringene inneholder for lite kobolt, er de ikke strekkbare ved høye temperaturer. En økning av koboltinnholdet øker strekkbar-heten, men hvis der er tilstede for meget kobolt, vil bruddfastheten synke. Nærværet av bor og zirkonium i de angitte mengder er også vesentlig for å bevirke en pas-sende strekkbarhet. Molybden er et opp-løsningsherdnende element, men hvis der finnes for meget molybden vil fastheten av legeringene nedsettes. For å oppnå de beste egenskaper bør innholdet av molybden og krom samordnes, idet mengden av molybden økes når mengden av krom senkes, og omvendt. Overdrevne mengder av kullstoff forårsaker en sprøhet av legeringené. Vanadium øker styrken av legeringer, men hvis der finnes for meget vanadium vil motstandsevnen av legeringene mot oksydasjon betraktelig synke.

Det foretrekkes å holde sammensetningen av legeringene innenfor de følgende grenser:

Aluminium-innholdet er mest fordelaktig innenfor grenser av 5—6 pst. og titaninnholdet innenfor grenser av 4,5—6 pst., og det er fordelaktig at vanadium-innholdet er dobbelt så stort som kullstoff-innholdet. Det antas at det da vil dannes en vana-diumrik karbidfase.

Legeringene kan lett støpes og de gir

■utmerkete gjengivelser av støpeformen, og de egner seg derfor særlig for fremstilling av presisjonsstøpestykker. Legeringene kan brukes i støpt tilstand, men de kan fordelaktig behandles ved opphetning i y2 til 4 timer til en temperatur på 1150°—1205° C under inert atmosfære, f. eks. helium eller

argon, etterfulgt av en temmelig hurtig kjøling i inert atmosfære til en temperatur på under 925° C. Legeringene og de derav dannete gjenstander kan eldnes under bruk eller før de brukes ved at de opphetes i 1—20 timer til en temperatur mel-lom ca. 760° C og 925° C.

Som eksempel er der i den følgende tabell angitt sammensetninger av 13 legeringer i henhold til oppfinnelsen som legeringer 1—13, og for sammenlignings skyld sammensetningen av to legeringer X og Y som ikke er fremstilt ifølge oppfinnelsen. Sammensetningene av legeringer 1—9, X og Y er nominelle.

Resultater av bruddfasthetsforsøk ved handlingsmetode. Ved disse forsøk ble der høye temperaturer utført på prøver støpt brukt standardprøver med en diameter på av legeringer 1—9 i tabell I, er angitt i 6,35 mm og med en lengde på 25,4 mm, og tabell II, idet der i hvert tilfelle er angitt eldningen skjedde i begynnelsesstadium av smeltemetoden og den eventuelle varmebe- hvert forsøk.

Bruddfastheten i 100 timer av prøver støpt av legeringer 10—13 er angitt i tabell III. Hver av disse legeringer ble vakuum-smeltet, og prøvestykkene ble varmebe-handlet ved 1175° C i 2 timer før forsøket. I vedlagte tegning er de belastninger som forårsaker et brudd etter 100 timer angitt som ordinater, og temperaturen som abscisse. På tegningen viser den med 4 be-tegnete kurve de faktiske verdier for 100 timers bruddfasthet bestemt for legeringen nr. 4 ved forskjellige forsøkstempera-turer. For sammenlignings skyld er der også angitt tilsvarende kurver på grunnlag av publiserte resultater av forsøk utført på et antall av de beste presisjonsstøpte legeringer, betegnet med P, Q, R, S og T. Sammensetningen og den spesifikke vekt av disse legeringer er angitt i den følgende tabell IV. Den spesifikke vekt av legeringen nr. 4 og av de andre legeringer ifølge oppfinnelsen er ca. 7,9, og der hvor dette var nødvendig, ble også fastheten av andre legeringer korrigert på denne basis for å gi en riktig sammenligning.

Det er karakteristisk for legeringene ifølge oppfinnelsen at de ved siden av en stor fasthet ved høye temperaturer oppviser en god motstand mot varmesjokk. Når de blir undersøkt ved å utsette strøm-linjeformede turbinbladdeler for intermit-terende opphetning og kjøling, ved hvilken der opphetes i en flamme i 1 minutt til 980° C og deretter kjøles i luft i 1 minutt, tåler de mange tusener av slike behand-lingssykluser uten å svikte. F. eks. tålte en legering 5850 sykluser før den sviktet, hvil-ket kunne merkes ved dannelsen av den første sprekk med en lengde på 3,2 mm. Under de samme betingelser svikter de kjente legeringer allerede etter tusen til to tusen sykluser.

Ved siden av stor bruddfasthet oppviser legeringene ifølge oppfinnelsen også utmerkete kortvarige strekkbarhetsegen-skaper ved temperaturer fra romtempera-tur til og med 980° C. Den kortvarige strekkbarhet av legeringen nr. 1 er angitt i tabell V.

Legeringene i henhold til oppfinnelsen

egner seg særlig for fremstilling av gass-turbindeler, f. eks. rotorblad, statorblad,

styrevinger og rotorer for dysene, utpres-singsstanser, ventiler og ventilseter. Når

de skal brukes ved temperaturer over ca.

950° C, blir gjenstander og deler fremstilt

fra disse legeringer fortrinnsvis forsynt

med et oksydasjonsmotstandsdyktig belegg,

f. eks. av krom eller oksydert aluminium.

Claims (3)

1. Støpelegering på nikkel-kobolt-krom basis for fremstilling av artikler som

ved bruk utsettes for sterk påkjenning ved høye temperaturer, med 6—12 pst. krom, 5—30 pst. kobolt, 1—8 pst. molybden, 4—9 pst. aluminium, 0,5—6,5 pst. titan, idet summen av aluminium- og titan-innholdet er fra 8—12 pst., 0,001—0,1 pst. bor, 0,01—0,25 pst. zirkonium, 0,01—0,5 pst. kullstoff, 0—5 pst. niob og 0—4 pst. tantal, karakteri sert ved at den inneholder vanadium i en mengde av 0,2—2 pst., idet resten bortsett fra uunngåelige forurensninger utgjø-res av nikkel.

2. Støpelegering som angitt i påstand 1, med 8—12 pst. krom, 10—20 pst. kobolt, 2—5 pst. molybden, 5—8 pst. og fortrinsvis 5—6 pst. aluminium, 1—6 pst. og fortrinsvis 4,5—6 pst. titan, idet summen av aluminium- og titaninnholdet er fra 9—11 pst., 0,005—0,05 pst. bor, 0,05—0,1 pst. zirkonium og 0,1—0,3 pst. kullstoff, karakterisert ved at vanadiuminnholdet er 0,25—1,5 pst.

3. Støpelegering som angitt i påstand 1—2, karakterisert ved at vanadiuminnholdet er minst dobbelt så høyt som kullstoff-innholdet.