SE447999B - Forfarande for vermebehandling av en aldringsherdbar jern-nickel-kromlegering - Google Patents

Description

447 999 hänvisning till de bifogade ritningarna, där fig. 1 visar ett diagram över strukturen för järn-nickel-kromlegeringar värme- behandlade enligt uppfinningen som en funktion av åldringstid och temperatur, fig. 2 visar en kurva över tid till brott som funktion av âldringstid hos järn-nickel-kromlegeringar värme- behandlade enligt uppfinningen vid 650°C och vid en provpåkän- ning av 621 MPa, och fig. 3 visar en kurva över procent sväll- ning som funktion av temperatur.

Legeringarna behandlade enligt'uppfinningen hade följande före- dragna kompositionsområden: ' TABELL I Föredragna procenttal Nickel 43-67 Krom 8-12 Niob 3-3,8 Kisel 0,3-0,4 zirkonium 0-0,05 Titan 1,5-2 Aluminium 0,2-0,3 Xol 0,02-0,05 Bor '0,002~0,006 Molybden 0-2 Järn Rest.

Dessutom kan små mängder av mangan och magnesium tillsättas för att minska korngränseffekter._En särskilt lämplig komposition -av legeringen innehåller 45% nickel, Ã2% krom, 3,5% niob, 0,35% kisel, O,2% mangan, 0,01% magnesium, 0,05% zirkonium, 1,7% titan, 0,3% aluminium, 0,03% kol, 0,005% bor och återstoden väsentligen blott järn.

För att komma fram till den optimala värmebehandlingen enligt uppfinningen värmebehandlades ett antal prover för transmis- sionselektronmikroskopi i de ovan angivna kompositionsomradena för att identifiera de resulterande faserna och deras åldrings- egenskaper. Resultaten visas i fig§ 1. Tre styrkeökningar iden- tifierades. Den första är en högtemperaturdeltafas (Ö ), som 447 999 tenderade att bilda kärna och växa i korngränserna. Den andra är den sfäroidiska förstärkande gammaprimfasen (1 '), och den tredje är_den plattformiga förstärkande gammabisfasen ( 7"). De svarta prickarna i fig. 1 representerar en undersökning av provexemplar vid den angivna temperaturen och åldringstiden. Utfällningskine- tikerna hos de tre faserna är representerade i form av C-kurvor.

Det torde bemärkas att deltafasen utfälles vid höga temperaturer, över 775°C,_medan gammaprim- och gammabisfaserna utfälls nästan samtidigt vid lägre temperaturer, i området av ca 500°C till 8S0°C. Det är möjligt att åstadkomma blott deltafasens utfäll- ning genom åldring vid 900°C, eller att åstadkomma blott gamma- prim- och gammabisfaserna genom åldring vid mellan 650°C och 75090, eller att åstadkomma alla faserna genom åldring vid ca I soo°c. D .

En upplösningsbehandling av 1.050°C är tillräckligt hög för att sätta alla sekundära faser i lösning. Såsom,visas i fig. 1, ut- fälles deltafasen i området från 775°C till 975°C.~Utfällning 'sker genom kärnbildning vid korngränserna och inväxning i grän- serna. Deltafasen betraktas vanligen vara oönskad; men, såsom_ skall ses, föredrages en viss mängd deltafas för att erhålla optimala resultat. Det är av denna orsak som en värmebehandling via aoo°c 1 srä11er för 7so°c, r.ex. valdes för bästa resultat.

Mikrofoton visar att vid 800°C kärnbildas deltaplattorna vid korngränserna och är omgivna av små sfäriska gammaprimfällning- ar, utan några gammabispartiklar i det närliggande grannskapet.

Denna zon, som är fri från gammabisfas, är ett resultat av niob- rik deltafas, som absorberar niobet från grundmassan, som för- hindrar bildandet av de niobrika plattorna av gammabisfas.

Längre bort från korngränserna, samexisterar både gammaprim- och gammabisfaserna och i många fall är de samhörande. Vid tem- peraturer av 750°C eller lägre, bildar gammaprimfasen kärna först, följt av gammabisfasen mycket snabbt.

Resultaten av värmebehandling av legeringen enligt uppfinningen vid 750°C visas i fig. 2. Märk att en värmebehandling vid 750°C, visad av den heldragna kurvan, ger mycket bättre resultat än värmebehandling vid lägre temperaturer, såsom 700°C eller 60Ö°C.

Detta beror på att vid dessa lägre temperaturer, gammaprimlgamma- bisstrukturen icke har åldrats tillräckligt. Således kan en enda 447 999 .temperatur i sig själv icke åstadkomma den erforderliga styrkan.

Vid en åldringstemperatur av 750°C är den optimala tiden, såsom visas i fig. 2, 8 timmar. Denna åstadkommer en brottid av ca 175 timmar vid 650°C och en provningspâkänning av 621 MPa. värdena, varifrån kurvan i fig. 2 närleddes, visas i den följan- de tabell II, där det kan ses att de flesta provexemplaren åld- rade vid 750°C under 24 timmar, t.ex. har mycket sämre brcttpâ- känningsegenskaper än samma legering âldrad under 8 timmar vid 7s0°c.

TABELL II mvetenp- narmgs+ Aiatingstia ' s- -ria til; brott larrm' amp. Fb) tnmar pädüming wwa) tfimar * _ 6801 750 ' 1 621 1,3 6802 750, 8 621 178,4 6803 750 V 24 _ 758 0,9 6804 750 24 - 586 207,6 6805 600 24 621 ' 1,0 6808 700 _ 24 ~ 621 1,1 6810 775 24 621_ 47,5 6811 800 24 621 ' 53.0 6813 800 2 621 279,9 + Fc till * 625 12 6814 800 2 724 2,9 + Fc till * 8 625 12 '681s 750 : 521 ' 2,3 + Fc till * _ 625 ' 12 *Ytterligare timmar 1MPa (megapascal) = 10 kg/cmz , k* _' o Vid 650 C Provexemplar nr 6810 var åldrat vid 775°C under 24 timmar. Det torde bemärkas att vid en provningspåkänning av 621 MPa, tiden till brott är avsevärt ökad över det fall, där temperaturen är 750°C under samma åldringstid av 24 timmar. Provexemplar nr 6811 å» 447 999 5 var âldrat vid 800°C under 24 timmar och provat under samma för- hållanden som provekemplar nr 6810. Bemärk att ökningen i tempe- ratur till 800°C vid en âldringstemperatur av 24 timmar avsevärt ökar tiden till brott från 47,5 timmar till 53,0 timmar.

Provexemplar nr 6813 var åldrat vid 800°C under 2 timmar följt av en ugnskylning till 625°C, där det hölls under 12 timmar. Det- ta åstadkommer de optimala brottpâkänningsegenskaperna av 279,9 timmar till brott vid 650°C och 621 MPa provningspâkänning. Vid. 1 en provningspåkänning av 724 MPa (provexemplar nr 6814) är ti- den till brott 2,9 timmar. Emellertid var i fallet med provexemp- lar nr 6815 som hade samma vârmebehandling som provexemplar nr 6813 utom att åldringstemperaturen var 7§0°C i stället för 800° , tiden till brott blott 2,3 timmar i stället för 279,9 timmar vid sso°c och 621 MPa. V ' ' Värmebehandlaren enligt uppfinningen åstadkommer icke blott opti- mala högtemperaturegenskaper, utan den resulterar även i ett ma- terial, som är extremt svällningsbeständigt som svar på besüéflning.' Detta visas i fig. 3, där procent svällning visas som funktion av temperatur vid en bestrålningsdos av 30 dpae. Den undre kurvan 10 representerar svällningsmotståndet för legeringen enligt upp- finningen, som blott är upplösningsbehandlad vid ca 1.050°C under en halv timme. Den övre kurvan 12 representerar procent svällning för upplösningsbehandlad legering, som var åldrad vid 800°C under 2 timmar följt av ugnskylning vid 625°C under 12 timmar. Det tor- de bemärkas att både de upplösningsbehandlade och upplösningsbe- handlade plus åldrade tillstånden är extremt svällningsbeständi- ga._Sâlunda är legeringen beskriven ovan, värmebehandlad enligt förfarandet enligt uppfinningen, både stark och svällningsbestän- _dig. Det torde inses att medan åldring vid 800°C under 2 timmar är det optimala förhållandet, förbättrade resultat även kan åstad- kommas denom upphettning i området av 750°C till 850°C under 1,5 till 2,5 timmar om man inser att legeringens egenskaper vid de övre och undre ändarna av områdena icke kommer att bli optimala.

Claims (8)

447 999 PATENTKRAV

1. Förfarande för värmebehandling av en åldringshärdbar järn-nickel-kromlegering, bestående väsentligen av från 40 till 50% nickel, 7,5 till 14% krom, 1,5 till 4% niob, 0,25 till 0,75% kisel, 1 till 3% titan, 0,1 till 0,5% aluminium, 0,02 till 0,1% kol, 0,002 till 0,015% bor, 0 till 0,1% zirkonium, 0 till 3% mo- lybden, och resten järn, k ä n n e t e c k n a t av stegen att kallbearbeta legeringen 20 till 60% följt av upphettning i områ- aet av 1.ooo°ë till 1.1oo°c under upp till 1 timme med en_1uft- kylning, och sedan upphetta legeringen i området av 750°C till ßso°c under 1,5 till 2,5 timmer. '

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av steget att slutligen härda legeringen i området 600°C till 650°C under ca 12 timmar, följt av en luftkylning.

3. Förfarande enligt krav 2,. k ä n n^e t e c'k n a d 'av att efter steget med kallbearbetning utföres upplösningsbehand- ling av legeringen vid en temperatur av ca 1.050°C följt av åld- ring av legeringen vid ca 800°C under ca 2 timmar med en ugnskyl- ning till ca 625°C och slutligen härdning av legeringen vid ca s2s°c.

4. I Förfarande enligt krav 3,' k ä n n e t e c k n a t av att legeringen upplösningsbehandlas under cirka en halv timme.

5. Förfarande enligt något av krav 1-4, k ä n n e - t e c k n a t av att legeringen består väsentligen av 43~47% nickel, 8.12% krom, 3-3,0% niob, 0,3 till 0,4% kisel, 0 till 0,05% zirkonium, 1,5 till 2% titan, 0,2 till 0,3% aluminium, 0,02 till 0,05% kol, 0,002 till 0,006% bor, 0 till 2% molybden och resten järn.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att legeringen består väsentligen av 45% nickel, 12% krom, 3,6% niob, 0,353 kisel, 0,05% zirkonium, 1,7% titan, 0,3% aluminium, 0,03% kol, 0,005% bor och resten järn. LU; 447 999 7

7. Förfarande enligt krav 5 eller 6, k ä.n n e t e c k - n a t av att legeringen även innehåller mängder av mangan och magnesium tillräckliga att'minska korngränseffekter.

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att mangan finns i en mängd av 0,2% och magnesium i en mängd av 0,01%.'