NO143431B - Stoepelegering paa nikkelbasis. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår støpelegeringer på nikkelbasis med høy bibeholdt duktilitet og høy termisk stabilitet ved eldning, samtidig med en lav varmeekspansjon og god motstandsdyktighet mot oxydasjon.

Oppfinnelsen angår således varmestabile, varmefaste støpe-legeringer på nikkelbasis, og mer spesielt en legering på nikkelbasis i det vesentlige av ikke-jerntypen, av den faste oppløs-ningstype og av typen Ni-Cr-Mo og som har høy varmestabilitet, høy varmefasthet, høy oxydasjonsmotstandsdyktighet opp til ca. 760°C, lav varmeekspansjon og høy bibeholdt duktilitet ved eldning.

Stor vekt er i de senere år for fast oppløsningsf orsterkede-iegeringer på nikkelbasis blitt lagt på forsøk på å tilveiebringe et forbedret konstruksjonsmateriale for anvendelse i utstyr som utsettes for høye temperaturer på ca. 870°C og derover. Fremstilling av jetmotorer er bare ett av de områder hvor det har vært en stadig tendens henimot høyere, arbeidstemperaturer for å oppnå bedre bruksegenskaper.. For disse tidligere forsøk er hovedvekten blitt lagt på smilegeringer.

De støpelegeringer som generelt er beregnet for anvendelse

ved noe lavere temperaturer, dvs. 760°C, er i det vesentlige blitt latt ute av betraktning, eller de mer varmefaste legeringer er blitt anvendt. Dette medfører selvfølgelig at et meget kostbart materi-ale anvendes for et formål hvor det ikke virkelig er nødvendig. Foruten de ovennevnte problemer i forbindelse med smilegeringer

er dessuten støpelegeringer forbundet med det problem at det for disse må unngås tap av duktilitet ved eldning, spesielt for legeringer som utsettes for temperaturer av 537-871°C.

Selv om således en rekke forsøk er blitt gjort for å for-bedre brukstiden for legeringer på nikkelbasis ved temperaturer over 871°C, er det så vidt det kjennes til ikke blitt utviklet legeringer for anvendelse innen temperaturområdet 537-871°C og som har en kombinasjon av sterkt forbedret motstandsdyktighet overfor oxydasjon og korrosjon, en varig varmfasthet, termisk stabilitet og varig duktilitet ved eldning.

I vest-tysk offentliggjort patentsøknad 2405373 er beskrevet en nikkellegering som i glødet, sveiset og termisk eldnet tilstand har god korrosjonsbestandighet både overfor oxyderende og reduser-ende omgivelser. Den vest-tyske patentsøknad angår smidde leger-ingsprodukter, og legeringen består i det vesentlige av 12-18

vekt% Cr, 10-18 vekt% Mo, 0-3 vekt% Fe, 0-7 vekt% W, under 0,5

vekt% Al, høyst 0,02 vekt% C, høyst 0,08 vekt% Si, under 2 vekt%

Co, opp til 0,75 vekt% Ti, Zr og/eller Hf, opp til 0,75 vekt% W og/eller Ta, rest nikkel, med vanlig, på grunn av fremstillingen betingede forurensninger i vilkårlige mengder. Dessuten kan Mn være tilstede i en mengde under 0,5 vekt%.

Ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes imidlertid

som nevnt støpelegeringer på nikkelbasis, og det har vist seg at støpelegeringen ifølge oppfinnelsen og støpestykker fremstilt fra denne for første gang tilfredsstiller alle de ovennevnte krav. Det har ifølge oppfinnelsen vist seg at disse krav kan til-fredsstilles ved samtidig å regulere legeringens sammensetning innen visse grenser og det atomære elektronfeilstedstall (N^)

("electron vacancy number") innen snevre grenser. En forutsibar-het angående varmefaste legeringers termiske stabilitet ved eldning på basis av elektronfeilstedstallet (Nv) er omtalt av C.T. Sims i Journal of Metals, oktober 1966„ s. 1119-1130.

Oppfinnelsen angår således en støpelegering med høy termisk stabilitet og motstandsdyktighet overfor oxydasjon ved temperaturer opp til ca. 870°C og med sterkt bibeholdt duktilitet ved

•-eldning, og støpelegeringen er særpreget ved at den inneholder

i vekt% 13,7-15,5% Mo, 14,7-16,5% Cr, 0,3-1,0% Mn, 0,2-0,75% Si, 0,1-0,5% Al og eventuelt opp til 0,015% B, idet legeringen også kan inneholde høyst 0,02% C, høyst 2,0% Co, høyst 3,0% Fe, høyst 1,0% W, høyst 0,02% P og høyst 0,015% S, rest Ni, og idet legeringen har N -tall på 2,23-2,31.

En foretrukken støpelegering ifølge oppfinnelsen er særpreget ved at den inneholder i vekt% 14,0% Mo, 15,5% Cr, 0,01% B, 0,5% Mn,. 0,4% Si, 0,25% Al og den lavest mulige mengde C, Co, Fe, W, P og S, rest Ni, idet legeringen har et N -tall så nær 2,28 som mulig.

De særpregede egenskaper for denne støpelegering og for støpe-stykker fremstilt fra denne vil bli nærmere beskrevet i de neden-stående eksempler.

Eksempel 1

En 9 kg charge som var blitt smeltet fra en forsmelte, ble under vakuum støpt i former for fremstilling av stenger. De kjemiske analyser for støpestykkene er gjengitt i tabell 1. Med hver form ble det fremstilt 10 stenger med en diameter på 1,27 cm og en lengde på ca. 10,2 cm, hvorfra strekkfasthetsstenger ble fremstilt maskinelt for undersøkelse. Prøver av hvert støpestykke ble (1) undersøkt metallografisk, (2) strekkfasthetsprøvet ved værelsetemperatur (VT) og ved 760°C og (3) sigefasthetsprøvet ved 760°C ved en belastning på 1758 kg/cm<2>. Dessuten ble strekkfast-heten for to prøver av hvert støpestykke undersøkt ved værelsetemperatur efter eldning i 1000 timer ved 871°C. Egnede prøve-stykker ble også fremstilt maskinelt fra bunnstøpeinnløpet og oxydasjonsprøvet som følger: Statisk oxydasjon; Utsatt for tørr, strømmende luft (0,2 m<3 >pr. time) ved 871°C i 500 timer.

Dynamisk oxydasjon; Utsatt for forbrenningsgasser (brensel-olje nr. 2) ved høy hastighet i 300 timer ved 871°C. Prøvestykker ble tatt ut av den varme sone hvert 30 minutt.

at disse ikke hadde uønskede strukturer.

I tabell II er de mekaniske egenskaper for legeringen ifølge eksempel 1 oppsummert.

I tabell III er støpestykkenes motstandsdyktighet overfor omgivelsene gjengitt.

Eksempel 2

Legeringen ifølge oppfinnelsen ble sammenlignet for å fastslå dens forlengelse i forhold til forlengelsen av to velkjente handels-tilgjengelige støpelegeringer på nikkelbasis med gode egenskaper, dvs. Hastelloy®-iegering B og Hastello}@-legering C. Legeringene hadde de i tabell IV angitte sammensetninger.

Støpte stenger av den i eksempel 2 angitte legering ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved vakuumsmelting og utstøping. Stengene ble eldnet isotermisk i forskjellige tider og derefter maskinelt behandlet for fremstilling av strekkfasthetsprøvestenger.

De mekaniske egenskaper er sammenlignet i tabell V.

De ovenstående resultater viser den usedvanlig sterke forlengelse som særpreger legeringen ifølge oppfinnelsen i som støpt tilstand og efter eldning.

Claims (2)

1. Støpelegering med høy varmestabilitet og motstandsdyktighet overfor oxydasjon ved temperaturer opp til ca. 370°C og med sterkt bibeholdt duktilitet ved eldning, karakterisert ved at legeringen inneholder i vekt% 13,7-15,5% Mo, 14,7-16,5% Cr, 0,3-1,0% Mn, 0,2-0,75% Si, 0,1-0,5% Al og eventuelt opp til 0,015% B, idet legeringen også kan inneholde høyst 0,02% C, høyst 2,0% Co, høyst 3,0% Fe, høyst 1,0% W, høyst 0,02% P og høyst 0,015% S, rest Ni, og idet legeringen har ti v-tall på 2,23-2,31.

2. Støpelegering ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder i vekt% 14,0% Mo, 15,5% Cr, 0,01% B,

0,5% Mn, 0,4% Si, 0,25% Al og den lavest mulige mengde C, Co, Fe, W, P og S, rest Ni, idet legeringen har et Nv~tall så nær 2,28 som mulig.