NO142978B

NO142978B - GASSTETT ACCUMULATOR.

Info

Publication number: NO142978B
Application number: NO753332A
Authority: NO
Inventors: August Winsel; Ernst Voss
Original assignee: Varta Batterie
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1980-08-11
Also published as: FR2287113A1; DE2447381A1; ATA671275A; DE2447381C3; AT348607B; DK139090C; IT1042762B; GB1484433A; FR2287113B3; DK427175A; NO753332L; NL7511514A; NO142978C; DK139090B; ES441453A1; DE2447381B2; CH619813A5; SE7510970L

Description

Varmebestandige titan- og aluminiumholdige nikkel-krom-kobolt-molybden- legeringer. Heat-resistant titanium and aluminium-containing nickel-chromium-cobalt-molybdenum alloys.

I hovedpatentet er beskrevet varmebestandige titan- og aluminiumholdige nikkel-krom-kobolt-molybden-legeringer for The main patent describes heat-resistant titanium- and aluminium-containing nickel-chromium-cobalt-molybdenum alloys for

fremstilling av smidde eller delvis smidde production of forged or partially forged

artikler, hvor forholdet mellom titan og articles, where the relationship between titanium and

aluminium er fra 0,7 til 1,0 og summen av aluminum is from 0.7 to 1.0 and the sum of

titan- og aluminiuminnholdet ligger mellom x og y, hvor the titanium and aluminum content lies between x and y, where

x = Mo(0,15% Cr—2,7) + (25,6—0,9% Cr), x = Mo(0.15% Cr—2.7) + (25.6—0.9% Cr),

og and

y = Mo(0,15% Cr— 2,7) + (23,5—0,9% Cr), y = Mo(0.15% Cr— 2.7) + (23.5—0.9% Cr),

og summen av molybdeninholdet, 2 ganger and the sum of the molybdenum content, 2 times

aluminiuminnholdet og 4 ganger titaninn-holdet er større enn 22, og legeringene inneholder foruten kobolt, carbon og zirkonium 11—16% krom, 1,5—7% molybden the aluminum content and 4 times the titanium content is greater than 22, and the alloys contain, in addition to cobalt, carbon and zirconium, 11-16% chromium, 1.5-7% molybdenum

og 0,005—0,05 % bor, mens resten bortsett and 0.005-0.05% boron, while the rest apart

fra forurensninger består av nikkel. from pollutants consists of nickel.

De hetebestandige legeringer i henhold til foreliggende oppfinnelse er av lignende art som legeringene i henhold til det ovennevnte patent, men i visse hense-ender atskiller legeringene seg fra de tidligere foreslåtte, idet det har vist seg at The heat-resistant alloys according to the present invention are of a similar nature to the alloys according to the above-mentioned patent, but in certain respects the alloys differ from those previously proposed, as it has been shown that

relativt små avvikelser medfører uventede relatively small deviations lead to unexpected events

vesentlige forbedringer. significant improvements.

Legeringene som beskrevet i patenthaverens ovennevnte norske patent er nu i The alloys as described in the patentee's above-mentioned Norwegian patent are now i

henhold til foreliggende oppfinnelse endret according to the present invention changed

ved at de oppviser et carboninnhold av fra 0,005 til 0,1 % og et koboltinnhold fra 10 til in that they exhibit a carbon content of from 0.005 to 0.1% and a cobalt content of from 10 to

25 % og et zirkoniuminnhold fra 0,01 til 25% and a zirconium content from 0.01 to

0,2 %. Den vesentlige endring like overfor 0.2%. The significant change just opposite

patenthaverens tidligere foreslåtte legerin- the patentee's previously proposed alloy

ger er således at carboninnholdet i legeringene er nedsatt til mindre enn 0,1 vektprosent og fortrinnsvis er carboninnholdet mindre enn 0,08 vektprosent eller endog 0,05 vektprosent. Med et slikt redusert carboninnhold kan kobolt og zirkoniuminnholdet endres til de foran angitte verdier. Fortrinnsvis inneholder legeringene 10—20 % kobolt og 0,01—0,10 % zirkonium. ger is thus that the carbon content in the alloys is reduced to less than 0.1 weight percent and preferably the carbon content is less than 0.08 weight percent or even 0.05 weight percent. With such a reduced carbon content, the cobalt and zirconium content can be changed to the values stated above. Preferably, the alloys contain 10-20% cobalt and 0.01-0.10% zirconium.

Det er upraktisk å fjerne carbon full-stendig og i ethvert tilfelle antas det at noe carbon må være til stede. Carboninnholdet bør derfor være minst 0,005 % og fortrinnsvis minst 0,01 %. It is impractical to remove carbon completely and in any case it is assumed that some carbon must be present. The carbon content should therefore be at least 0.005% and preferably at least 0.01%.

Det er funnet at ved denne nedsettelse av carboninnholdet øker høytemperatur-slagstyrken av legeringene vesentlig, uten noen merkbar nedsettelse av spennings-bruddlevetiden ved temperaturer fra 900 til 1000° C. Dette er overraskende, da det på grunnlag av tidligere erfaring med andre nikkel-krom-kobolt-legeringer var antatt at et carboninnhold på minst 0,1 % var nødvendig for å oppnå nyttige spennings-bruddlevetider sammen med tilstrekkelig bøyelighet ved høye temperaturer. I en rekke tidligere legeringer med sammenset-ningen 18,7 % krom, 16,0 % kobolt, 2,6 % titan, 1,3% aluminium, 0,003 % bor og 0,05 % zirkonium, resten var nikkel og forurensninger, ble således både spennings-bruddlevetiden og forlengelsen ved brudd nedsatt ettersom carboninnholdet ble min-sket, som vist i tabell 1 nedenfor. Hver legering ble prøvet etter oppløsningsopp-varmning ved 1080° C i 8 timer, luftav-kjøling og henstand ved 700° C i 16 timer, og prøven ble utført ved å bruke en spenning på 33 kg/mm- ved 750° C. It has been found that with this reduction in the carbon content, the high temperature impact strength of the alloys increases significantly, without any noticeable reduction in the stress-rupture life at temperatures from 900 to 1000° C. This is surprising, since on the basis of previous experience with other nickel-chromium -cobalt alloys, it was believed that a carbon content of at least 0.1% was necessary to achieve useful stress fracture lives together with sufficient ductility at high temperatures. In a series of earlier alloys with the composition 18.7% chromium, 16.0% cobalt, 2.6% titanium, 1.3% aluminium, 0.003% boron and 0.05% zirconium, the rest being nickel and impurities, thus both the stress fracture life and the elongation at fracture decreased as the carbon content was reduced, as shown in table 1 below. Each alloy was tested after solution heating at 1080°C for 8 hours, air cooling and resting at 700°C for 16 hours, and the test was performed using a stress of 33 kg/mm- at 750°C.

Høytemperaturslagstyrken er av be-traktelig viktighet når legeringene anvendes til fremstilling av rotorblader for gass-turbinmotorer, hvor det er en fare for at bladet kommer i berøring med turbinhuset eller med fremmede legemer som kan pas-sere gjennom maskinen. Forbedringer av denne slagstyrke er derfor fordelaktig. The high-temperature impact strength is of considerable importance when the alloys are used to manufacture rotor blades for gas turbine engines, where there is a danger of the blade coming into contact with the turbine housing or with foreign bodies that can pass through the machine. Improvements in this impact strength are therefore beneficial.

Legeringene i henhold til oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis fra 14,2—15,8 % krom, fra 14—20 % kobolt, fra 3,5—5,5 % molybden, fra 3—4,6 % titan samt 4—5,4 % aluminium, hvorunder summen av titan-og aluminiuminnholdene er fra 7,75—9,5 %. En særlig fordelaktig legering inneholder 14,2—15,8% krom, 14—16 % kobolt, 3,5— 4,5 % molybden, 0,01—0,10 % zirkonium, 3—4,1 % titan samt 4—5,1 % aluminium, hvorunder summen av titan- og aluminiuminnholdet er 7,75—9,2 %. En annen særlig fordelaktig legering inneholder 14,2— 15,8 % krom, 0,01—0,08 % carbon, 14—16 % kobolt, 3,5—4,5 % molybden, 0,03—0,06 % zirkonium, 0,005—0,02 % bor, 3—4,1 % titan samt 4—5,1 % aluminium, hvorunder summen av titan- og aluminiuminnholdet er 8,2—8,7 %. The alloys according to the invention preferably contain from 14.2-15.8% chromium, from 14-20% cobalt, from 3.5-5.5% molybdenum, from 3-4.6% titanium and 4-5.4 % aluminium, under which the sum of the titanium and aluminum contents is from 7.75-9.5%. A particularly advantageous alloy contains 14.2-15.8% chromium, 14-16% cobalt, 3.5-4.5% molybdenum, 0.01-0.10% zirconium, 3-4.1% titanium and 4 —5.1% aluminium, under which the sum of the titanium and aluminum content is 7.75-9.2%. Another particularly advantageous alloy contains 14.2-15.8% chromium, 0.01-0.08% carbon, 14-16% cobalt, 3.5-4.5% molybdenum, 0.03-0.06% zirconium, 0.005-0.02% boron, 3-4.1% titanium and 4-5.1% aluminium, under which the sum of the titanium and aluminum content is 8.2-8.7%.

De mengder silicium, mangan og jern som er til stede som forurensninger, bør være så små som mulig, silicium- og man-ganinnholdene bør fordelaktig ikke overstige 0,5 % hver, og jerninnholdet bør fortrinnsvis ikke overstige 1 %. The amounts of silicon, manganese and iron present as impurities should be as small as possible, the silicon and manganese contents preferably not exceeding 0.5% each, and the iron content preferably not exceeding 1%.

Et mer begrenset område av sammen-setninger som kan anvendes er følgende: Fra 0,005 til mindre enn 0,1 % carbon, fra 14,2—15,8% krom, fra 14 til 16% kobolt, fra 3,5 til 4,5 % molybden, fra 3 til 4,1 % titan og fra 4 til 5,1 % aluminium (summen av titan- og aluminiuminnholdene er fra 8,2 til 8,7 % og titan- til aluminiumforhol-det er fra 0,7 : 1 til 1 : 1), fra 0,01 til 0,1 % zirkonium og fra 0,005 til 0,02 % bor, resten er nikkel, bortset fra forurensninger. A more limited range of compositions that can be used is the following: From 0.005 to less than 0.1% carbon, from 14.2-15.8% chromium, from 14 to 16% cobalt, from 3.5 to 4, 5% molybdenum, from 3 to 4.1% titanium and from 4 to 5.1% aluminum (the sum of the titanium and aluminum contents is from 8.2 to 8.7% and the titanium to aluminum ratio is from 0.7 : 1 to 1 : 1), from 0.01 to 0.1% zirconium and from 0.005 to 0.02% boron, the rest being nickel, excluding impurities.

Legeringene blir fortrinnsvis smeltet, og eventuelt også støpt, i høyt vakuum, f. eks. ca. 1 mikron Hg. The alloys are preferably melted, and possibly also cast, in a high vacuum, e.g. about. 1 micron Hg.

Enten de er vakuumsmeltet eller ikke, utsettes legeringene med fordel for en vakuum-raffineringsbehandling som består i at de holdes i smeltet tilstand under høyt vakuum i minst 5 minutter. En egnet vakuum-raffineringsbehandling består i å holde den smeltede legering ved 1500° C under et trykk som ikke overstiger 200 mikron i 90 minutter. Whether they are vacuum melted or not, the alloys are advantageously subjected to a vacuum refining treatment which consists of keeping them in a molten state under high vacuum for at least 5 minutes. A suitable vacuum refining treatment consists of holding the molten alloy at 1500°C under a pressure not exceeding 200 microns for 90 minutes.

Legeringene er særlig egnet til bruk i The alloys are particularly suitable for use in

smidd form. forged form.

De forbedrete slagegenskaper av en lav-carbonlegering i henhold til oppfinnelsen sammenlignet med slagegenskapene for en ellers lignende legering med høyere carboninnhold, vises ved den følgende sam-menlignende prøve. The improved impact properties of a low-carbon alloy according to the invention compared to the impact properties of an otherwise similar alloy with a higher carbon content are shown by the following comparative sample.

To legeringer ble fremstilt med sam-mensetninger som angitt i Tabell II neden-under. Resten utgjorde i hvert tilfelle nikkel og forurensninger. Two alloys were prepared with compositions as indicated in Table II below. The rest in each case consisted of nickel and impurities.

Prøvestykker ble bearbeidet fra en smidd stang av hver legering som hadde vært utsatt for en varmebehandling be-stående av oppvarming i iy2 time ved 1200° C, luftavkjøling, oppvarming i 6 timer ved 1050° Cogluftavkjøling igjen.Det ble funnet a,t legering nr. 1 hadde en slagstyrke ved Specimens were machined from a forged bar of each alloy which had been subjected to a heat treatment consisting of heating for 12 hours at 1200° C, air cooling, heating for 6 hours at 1050° Co air cooling again. It was found that alloy no. .1 had a strike force of

900° C (Charpy V-notch test) på 0,61 kg/m sammenlignet med en verdi på 0,45 kg/m for legering nr. 2. I en spennings-brudd-prøve med en spenning på 11 kg/mm<2> ved 980° C hadde legering nr. 1 en levetid inn-til brudd på 186 timer og en forlengelse ved brudd på 6 %, mens legering nr. 2 hadde 900° C (Charpy V-notch test) of 0.61 kg/m compared to a value of 0.45 kg/m for Alloy No. 2. In a stress-rupture test with a stress of 11 kg/mm< 2> at 980° C, alloy no. 1 had a life-to-break of 186 hours and an elongation at break of 6%, while alloy no. 2 had

en levetid på 161 timer og en forlengelse på 9 %. Ved andre varmebehandlinger opp-nås enda større forbedringer. Det ble således fremstilt legeringer med sammenset- a lifetime of 161 hours and an extension of 9%. With other heat treatments, even greater improvements are achieved. Alloys were thus produced with compo-

ningene som er angitt i Tabell III. Resten var i hvert tilfelle nikkel og forurensninger. the nings indicated in Table III. The rest was in each case nickel and impurities.

Det vil sees at det er par med sammen-lignbare legeringer, og den første i hvert par er i henhold til foreliggende oppfinnelse, og den andre i henhold til patenthaverens tidligere oppfinnelse. De verdier som ble oppnådd etter varmebehandling er angitt i tabell IV. It will be seen that there are pairs of comparable alloys, and the first in each pair is according to the present invention, and the second according to the patentee's previous invention. The values obtained after heat treatment are given in table IV.

Det er også funnet at for legeringer som har carboninnhold på mindre enn 0,1 % i henhold til oppfinnelsen, forbedres slagstyrken ytterligere ved å øke koboltinnholdet til over 20 %. Spenningsbrudd-levetiden nedsettes imidlertid samtidig, og koboltinnholdet må derfor ikke overstige 25 %. It has also been found that for alloys having a carbon content of less than 0.1% according to the invention, the impact strength is further improved by increasing the cobalt content to over 20%. However, the voltage breakdown life is reduced at the same time, and the cobalt content must therefore not exceed 25%.

Virkningen av å øke koboltinnholdet på slagstyrken og spenningsbrudd-leve-tiden vises ved resultatene i Tabell V, som angår varmebehandlete legeringer som inneholder, bortsett fra kobolt: The effect of increasing the cobalt content on impact strength and stress-rupture life is shown by the results in Table V, which relate to heat-treated alloys containing, apart from cobalt:

0,05 % C, 15% Cr, 4% Mo, 3,8% Ti, 4,7 % Al, 0,05 % Zr, 0,01 % B, resten nikkel og forurensninger. 0.05% C, 15% Cr, 4% Mo, 3.8% Ti, 4.7% Al, 0.05% Zr, 0.01% B, the rest nickel and impurities.

Claims

1. Heat-resistant titanium and aluminum-containing nickel-chromium-cobalt-molybdenum alloys for the production of forged or partially forged articles according to patent no. 100 715, in which alloys the ratio between the titanium and aluminum content is from 0.7 to 1, 0 and the sum of the titanium and aluminum content lies between x and y, where x = Mo(0.15% Cr — 2.7) + (25.6—0.9% Cr), and y = Mo(0.15% Cr — 2.7) + (23.5—0.9% Cr), and the sum of the molybdenum content, 2 times the aluminum content and 4 times the titanium content is greater than 22, and the alloys also contain cobalt, carbon and zirconium 11-16% chromium, 1.5-7% molybdenum and 0.005-0.05% boron, while the rest apart from impurities consists of nickel, characterized by the carbon content being between 0.005 and 0.1%, the cobalt content between 10 and 25% and the zirconium content between 0.01 and 0.20%.

2. Alloy as stated in claim 1, characterized by the fact that it contained where 10-20% cobalt and 0.01-0.10% zirconium.

3. Alloy as stated in claim 1, characterized in that it contains 14.2-15.8% chromium, 14-20% cobalt, 3.5-5.5% molybdenum, 3-4.6% titanium and 4- 5.4% aluminium, under which the sum of the titanium and aluminum content is 7.75-9.5%.

4. Alloy as stated in claim 1 and 2, characterized in that it contains 14.2-15.8% chromium, 14-16% cobalt, 3.5-4.5% molybdenum, 0.01-0.10% zirconium, 3-4.1% titanium and 4-5.1% aluminium, under which the sum of the titanium and aluminum content is 7.75-9.2%.

5. Alloy as stated in claims 1 and 2, characterized in that it contains 14.2-15.8% chromium, 0.01-0.08% carbon, 14-16% cobalt, 3.5-4.5% molybdenum, 0.03-0.06% zirconium, 0.005-0.02% boron, 3-4.1% titanium and 4-5.1% aluminium, under which the sum of the titanium and aluminum content is 8.2-8 .7%.