WO2014139490A1 - Nickelbasislegierung mit silizium, aluminium und chrom - Google Patents

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WO2014139490A1
WO2014139490A1 PCT/DE2014/000034 DE2014000034W WO2014139490A1 WO 2014139490 A1 WO2014139490 A1 WO 2014139490A1 DE 2014000034 W DE2014000034 W DE 2014000034W WO 2014139490 A1 WO2014139490 A1 WO 2014139490A1
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Heike Hattendorf
Frank Scheide
Larry Paul
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VDM Metals GmbH
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    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Definitions

  • the invention relates to a nickel-based alloy with silicon, aluminum, chromium and reactive elements as alloying constituents.
  • Nickel-base alloys are used inter alia to produce electrodes of ignition elements for internal combustion engines. These electrodes are exposed to temperatures between 400 ° C and 950 ° C. In addition, the atmosphere changes between reducing and oxidizing conditions. This produces a material destruction or loss due to high-temperature corrosion in the surface region of the electrodes. The generation of the spark leads to a further load (spark erosion). Temperatures of several 1000 ° C occur at the base of the spark, and currents of up to 100 A flow in the first nanosecond during a breakthrough. With each flashover, a limited volume of material in the electrodes is melted and partially evaporated, causing a loss of material.
  • An electrode material should have the following properties:
  • the material should not be sensitive to thermal shocks and heat-resistant. Furthermore, the material should have a good thermal conductivity, a good electrical conductivity and a sufficiently high melting point. He should be easy to work with and cheap.
  • nickel alloys have a good potential to fulfill this property spectrum. They are inexpensive compared to precious metals, show no phase transformations to the melting point, such as Cobalt or iron, are comparatively insensitive to carburizing and nitriding, have good heat resistance, good corrosion resistance, and are readily formable and weldable.
  • a nickel alloy has become known, consisting of about 0.2 to 3% Si, about 0.5% or less Mn, at least two metals selected from the group consisting of about 0.2 to 3% Cr, about 0.2 to 3% Al and about 0.01 to 1% Y, balance nickel.
  • EP 1 867 739 A1 proposes a nickel-based alloy containing 1, 5 to 2.5% silicon, 1 to 5 to 3% aluminum, 0 to 0.5% manganese, 0.05 to 0.2% titanium in Combination with 0.1 to 0.3% zirconium, wherein Zr can be replaced wholly or partly by the double mass hafnium.
  • DE 10 2006 035 1111 A1 proposes a nickel-based alloy containing 1, 2 to 2.0% aluminum, 1, 2 to 1, 8% silicon, 0.001 to 0.1% carbon, 0.001 to 0.1% Sulfur, maximum 0.1% chromium, maximum 0.01% manganese, maximum 0.1% Cu, maximum 0.2% iron, 0.005 to 0.06% magnesium, maximum 0.005% lead 0.05 to 0.15% Y and 0.05 to 0.10% hafnium or lanthanum or in each case 0.05 to 0, 10% hafnium and lanthanum, remainder contains nickel and manufacturing-related impurities.
  • the aim of the subject invention is to provide a nickel-based alloy by which it comes to an increase in the life of components made therefrom, which by raising the spark erosion and corrosion resistance at the same time sufficient formability and weldability (workability) can be brought.
  • the alloy should in particular have a high corrosion resistance and even with very corrosive acting fuels such. B. with a proportion of ethanol, have a sufficiently high corrosion resistance.
  • the goal is achieved by a nickel base alloy containing (in% by mass)
  • the silicon content is between 1, 5 and 3.0%, wherein preferably defined contents can be set within the spreading ranges:
  • the alloy yttrium with a content of 0.01% to 0.20% and 0.001 to 0.20% of one or more of the elements Hf, Zr, La, Ce, Ti,
  • Carbon is similarly adjusted in the alloy at levels between 0.001-0.10%.
  • contents can be adjusted in the alloy as follows:
  • nitrogen is set in the alloy at levels between 0.0005-0.10%.
  • contents can be adjusted in the alloy as follows:
  • the element Mn may be given in the alloy as follows:
  • Magnesium is set at levels of 0.0001 to 0.08%. It is preferably possible to adjust this element in the alloy as follows:
  • the alloy may further include calcium in amounts between 0.0001 and 0.06%, as needed.
  • the sulfur content is limited to max. 0.015% limited.
  • Preferred contents can be given as follows:
  • the oxygen content is set in the alloy at a content of 0.0001 to 0.010%.
  • the following content can be adjusted:
  • the copper content is limited to max. 0.80% limited.
  • a restriction occurs
  • impurities may still have the following elements:
  • the alloy of the invention is preferably melted open, followed by treatment in a VOD or VLF plant. But also a melting and pouring in a vacuum is possible. Thereafter, the alloy is poured in blocks or as a continuous casting. If necessary, the block / continuous casting is then annealed at temperatures between 800 ° C and 1270 ° C for 0.1 h to 70 h. Furthermore, it is possible to remelt the alloy additionally with ESU and / or VAR. Thereafter, the alloy is brought into the desired semifinished product.
  • annealed at temperatures between 700 ° C and 1270 ° C for 0.1 h to 70 h then hot formed, possibly with intermediate anneals between 700 ° C and 1270 ° C for 0.05 h to 70 h.
  • the surface of the material can optionally (also several times) be removed chemically and / or mechanically in between and / or after the hot forming for cleaning.
  • one or more cold forming with degrees of deformation up to 99% in the desired semi-finished mold optionally with intermediate anneals between 700 ° C and 1250 ° C for 0.1 to 70 h, if necessary under inert gas such.
  • the alloy of the invention is well in the product forms band, in particular in thicknesses of 100 ⁇ to 4 mm, sheet metal, in particular in thicknesses of 1 mm to 70 mm, rod, in particular in thicknesses of 10 mm to 500 mm, and wire in particular in thicknesses from 0, 1 mm to 15 mm, pipes, in particular in the wall thickness 0, 10 mm to 70 mm and the diameters 0.2 mm to 3000 mm and use.
  • These product forms are produced with an average particle size of 4 ⁇ m to 600 ⁇ m.
  • the preferred range is between 10 [im and 200 [im.
  • the nickel-based alloy according to the invention is preferably usable as a material for electrodes of spark plugs for gasoline engines.
  • the oxidation resistance increases with increasing Si content.
  • a minimum content of 1.5% Si is necessary in order to obtain a sufficiently high oxidation resistance.
  • the upper limit is therefore set to 3.0 wt% Si.
  • Iron is limited to 0.20% because this element reduces the oxidation resistance. Too low an Fe content increases the cost of producing the alloy. The Fe content is therefore greater than or equal to 0.005%.
  • a minimum content of 0.01% Y is necessary to obtain the oxidation resistance-enhancing effect of Y.
  • the upper limit is set at 0.20% for cost reasons.
  • Oxidation resistance further increases upon addition of at least 0.001% of one or more of the elements Hf, Zr, La, Ce, Ti, where Y + 0.5 * Hf + Zr + 1, 8 * Ti + 0.6 * (La + Ce) must be greater than or equal to 0.02 in order to obtain the desired oxidation resistance.
  • the addition of at least one or more of the elements Hf, Zr, La, Ce, Ti of more than 0.20% increases the cost, where Y + 0.5 * Hf + Zr +1, 8 * Ti + 0.6 * ( La + Ce) is additionally restricted to less than or equal to 0.30 (with the contents of Y, Hf, Zr, La, Ce, Ti in%).
  • the carbon content should be less than 0.10% to ensure processability. Too small C contents cause increased costs in the production of the alloy. The carbon content should therefore be greater than 0.001%. Nitrogen is limited to 0.10% because this element reduces oxidation resistance. Too small N contents cause increased costs in the production of the alloy. The nitrogen content should therefore be greater than 0.0005%.
  • Manganese is limited to 0.20% because this element reduces oxidation resistance. Too small Mn contents cause increased costs in the production of the alloy. The manganese content should therefore be greater than 0.001%
  • Mg manganese-based nickel-semiconductor
  • a minimum content of 0.0001% is required.
  • Excessively high levels can lead to intermetallic Ni-Mg phases, which significantly impair processability.
  • the Mg content is therefore limited to 0.08% by weight.
  • the oxygen content must be less than 0.010% to ensure the manufacturability of the alloy. Too small oxygen levels cause increased costs. The oxygen content should therefore be greater than 0.0001%.
  • the levels of sulfur should be kept as low as possible, since this surfactant affects the oxidation resistance. It will therefore max. 0.015% S set.
  • Copper is limited to 0.80% as this element reduces the oxidation resistance.
  • Molybdenum is reduced to max. 0.20% limited because this element reduces the oxidation resistance. The same applies to tungsten, niobium and vanadium.
  • the content of phosphorus should be less than 0.050%, since this surfactant affects the oxidation resistance.
  • the content of boron should be kept as low as possible because this surfactant affects the oxidation resistance. It will therefore max. 0.020% B is set.
  • Pb is set to max. 0.005%. limited because this element reduces the oxidation resistance.
  • Zn, Sn and Bi The same applies to Zn, Sn and Bi.

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Abstract

Nickelbasislegierung, bestehend aus (in Masse-%) 1,5 - 3,0 % Si, 1,5 - 3,0 % AI, > 0,1 - 3,0 % Cr, wobei 4,0 ≤ AI + Si + Cr ≤ 8,0 mit den Gehalten von Si, AI und Cr in % erfüllt ist, Fe 0,005 bis 0,20 % Fe, 0,01 - 0,20% Y, < 0,001 bis 0,20% eines oder mehrerer der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti, wobei 0,02 ≤ Y+ 0,5*Hf + Zr +1,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) ≤ 0,30 mit den Gehalten von Y, Hf, Zr, La, Ce, Ti in % erfüllt ist, 0,001 - 0, 10 % C, 0,0005 - 0,10 % N, 0,001 - 0,20 % Mn, 0,0001 - 0,08 % Mg, 0,0001 bis 0,010% 0, max. 0,015 % S, max. 0,80 % Cu, Ni Rest und den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen

Description

Nickelbasislegierung mit Silizium, Aluminium und Chrom
Die Erfindung betrifft eine Nickelbasislegierung mit Silizium, Aluminium, Chrom und reaktiven Elementen als Legierungsbestandteile.
Nickelbasislegierungen werden unter anderem dazu eingesetzt, Elektroden von Zündelementen für Verbrennungskraftmaschinen zu erzeugen. Diese Elektroden sind Temperaturen zwischen 400°C und 950°C ausgesetzt. Zusätzlich wechselt die Atmosphäre zwischen reduzierenden und oxidierenden Bedingungen. Dies erzeugt eine Materialzerstörung bzw. einen Materialverlust durch Hochtemperaturkorrosion im Oberflächenbereich der Elektroden. Die Erzeugung des Zündfunkens führt zu einer weiteren Belastung (Funkenerosion). Am Fußpunkt des Zündfunkens entstehen Temperaturen von mehreren 1000°C und bei einem Durchbruch fließen in den ersten Nanosekunden Ströme von bis zu 100 A. Bei jedem Funkenüberschlag wird ein begrenztes Materialvolumen in den Elektroden geschmolzen und teilweise verdampft, was einen Materialverlust erzeugt.
Zusätzlich erhöhen Schwingungen vom Motor die mechanischen Belastungen.
Ein Elektrodenwerkstoff sollte die folgenden Eigenschaften haben:
Eine gute Beständigkeit gegen Hochtemperaturkorrosion, insbesondere Oxidation, aber auch Sulfidierung, Aufkohlung und Nitrierung. Sodann ist eine Beständigkeit gegen die durch den Zündfunken entstehende Erosion erforderlich. Zusätzlich sollte der Werkstoff nicht empfindlich gegen Thermoschocks und warmfest sein. Des Weiteren sollte der Werkstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine gute elektrische Leitfähigkeit und einen ausreichend hohen Schmelzpunkt haben. Er sollte sich gut verarbeiten lassen und preisgünstig sein.
Insbesondere haben Nickellegierungen ein gutes Potenzial dieses Eigenschaftsspektrum zu erfüllen. Sie sind im Vergleich zu Edelmetallen preisgünstig, zeigen keine Phasenumwandlungen bis zum Schmelzpunkt, wie Kobalt oder Eisen, sind vergleichweise unempfindlich gegen Aufkohlung und Nitrierung, haben eine gute Warmfestigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit und sind gut umformbar und schweißbar.
Für beide Schadensmechanismen, nämlich die Hochtemperaturkorrosion und die Funkenerosion, ist die Art der Oxidschichtausbildung von besonderer Bedeutung.
Um eine optimale Oxidschichtausbildung für den konkreten Anwendungsfall zu erreichen, sind bei Nickelbasislegierungen verschiedene Legierungselemente bekannt.
Im Folgenden sind alle Konzentrationsangeben in Masse-%, wenn nicht ausdrücklich anders vermerkt.
Durch die DE 29 36 312 A1 ist eine Nickellegierung bekannt geworden, bestehend aus etwa 0,2 bis 3 % Si, etwa 0,5 % oder weniger Mn, wenigstens zwei Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus etwa 0,2 bis 3 % Cr, etwa 0,2 bis 3 % AI und etwa 0,01 bis 1 % Y, Rest Nickel.
In der DE-A 102 24 891 wird eine Legierung auf Nickelbasis vorgeschlagen, welche 1 ,8 bis 2,2 % Silizium, 0,05 bis 0,1 % Yttrium und/oder Hafnium und/oder Zirkonium, 2 bis 2,4 % Aluminium, Rest Nickel aufweist.
In EP 1 867 739 A1 wird eine Legierung auf Nickelbasis vorgeschlagen, die 1 ,5 bis 2,5 % Silizium, 1 ,5 bis 3 % Aluminium, 0 bis 0,5 % Mangan, 0,05 bis 0,2 % Titan in Kombination mit 0,1 bis 0,3 % Zirkon beinhaltet, wobei Zr ganz oder teilweise durch die doppelte Masse Hafnium ersetzt werden kann.
In DE 10 2006 035 1 11 A1 wird eine Legierung auf Nickelbasis vorgeschlagen, die 1 ,2 bis 2,0 % Aluminium, 1 ,2 bis 1 ,8 % Silizium, 0,001 bis 0,1 % Kohlenstoff, 0,001 bis 0,1 % Schwefel, maximal 0,1 % Chrom, maximal 0,01 % Mangan, maximal 0,1 % Cu, maximal 0,2 % Eisen, 0,005 bis 0,06 % Magnesium, maximal 0,005% Blei 0,05 bis 0,15 % Y und 0,05 bis 0,10% Hafnium oder Lanthan oder jeweils 0,05 bis 0, 10% Hafnium und Lanthan, Rest Nickel und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält.
In der Broschüre„Drähte von ThyssenKrupp VDM Automobilindustrie", Ausgabe 01/2006, wird auf Seite 18 eine Legierung nach dem Stand der Technik - NiCr2MnSi mit 1 ,4 bis 1 ,8 % Cr, max. 0,3 % Fe, max. 0,5 % C, 1 ,3 bis 1 ,8 % Mn, 0,4 bis 0,65 % Si, max. 0,15% Cu und max. 0,15 % Ti beschrieben.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Nickelbasislegierung bereitzustellen, durch welche es zu einer Erhöhung der Lebensdauer von daraus hergestellten Bauteilen kommt, was durch Erhöhung der Funkenerosions- und Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig ausreichender Umformbarkeit und Schweißbarkeit (Verarbeitbarkeit) herbeiführbar ist. Die Legierung soll insbesondere eine hohe Korrosionsbeständigkeit haben und auch bei sehr korrosiv wirkenden Kraftstoffen, wie z. B. mit einem Anteil an Ethanol, eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Das Ziel wird erreicht wird durch eine Nickelbasislegierung, beinhaltend (in Masse- %)
Si 1 ,5 - 3,0 %
AI 1 ,5 - 3,0 %
Cr >0,1 - 3,0 %, wobei 4,0 < AI + Si + Cr < 8,0 mit den Gehalten von Si, AI und
Cr in % erfüllt ist,
Fe 0,005 bis 0,20 %,
Y 0,01 - 0,20%,
0,001 bis 0,20% eines oder mehrerer der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti, wobei
0,02 < Y+ 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,30 mit den Gehalten von Y,
Hf, Zr, La, Ce, Ti in % erfüllt ist,
C 0,001 - 0,10 %
N 0,0005 - 0,10 % Mn 0,001 - 0,20 %
Mg 0,0001 - 0,08 %
O 0,0001 bis 0,010%
S max. 0,015 %
Cu max. 0,80 %
Ni Rest und den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Siliziumgehalt liegt zwischen 1 ,5 und 3,0 %, wobei bevorzugt definierte Gehalte innerhalb der Spreizungsbereiche eingestellt werden können:
1 .8 bis 3,0 %
1.9 bis 2,5 %
Dies gilt in gleicher Weise für das Element Aluminium, das in Gehalten zwischen 1 ,5 bis 3,0 % eingestellt wird. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
1.5 bis 2,5 %
1 .6 bis 2,5 %
1 ,6 bis 2,2 %
1 ,6 bis 2,0 %
Dies gilt in gleicher Weise für das Element Chrom, das in Gehalten zwischen >0,1 bis 3,0 % eingestellt wird. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein: 0,8 bis 3,0 %
1 ,2 bis 3,0 %
1 ,9 bis 3,0 %
1 ,9 bis 2,5 %
Für die Elemente AI, Si und Cr muss die Formel 4,0 < AI + Si + Cr < 8,0 mit den Gehalten von Si, AI und Cr in % erfüllt sein. Bevorzugte Bereiche ergeben sich für 4,5 < AI + Si + Cr < 7,5 % 5,5 < AI + Si + Cr < 6,8 %
Ebenso gilt das für das Element Eisen, das in Gehalten zwischen 0,005 bis 0,20 % % eingestellt wird. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
0,005 bis 0,10 %
0,005 bis 0,05 %
Des Weiteren ist es günstig, der Legierung Yttrium mit einem Gehalt von 0,01 % bis 0,20 % zuzugeben und 0,001 bis 0,20% eines oder mehrerer der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti,
wobei 0,02 < Y + 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,30 mit den Gehalten von Y, Hf, Zr, La, Ce, Ti in % erfüllt ist. Bevorzugte Bereiche sind dabei wie folgt gegeben:
Y 0,01 bis 0,15 %
Y 0,02 bis 0,10 %
Hf, Zr, La, Ce, Ti jeweils 0,001 bis 0,15 %
mit 0,02 < Y+ 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,25
Hf, Zr, La, Ce, Ti jeweils 0,001 bis 0, 10 %
mit 0,02 < Y+ 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,20
Hf, Zr, Ti jeweils 0,01 bis 0,05% bzw. La, Ce jeweils 0,001 bis 0,10 %
mit 0,02 < Y+ 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,20
Kohlenstoff wird in der Legierung in gleicher Weise eingestellt, und zwar in Gehalten zwischen 0,001 - 0,10 %. Bevorzugt können Gehalte wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
0,001 bis 0,05 % Ebenso wird Stickstoff in der Legierung eingestellt, und zwar in Gehalten zwischen 0,0005 - 0,10 %. Bevorzugt können Gehalte wie folgt in der Legierung eingestellt werden:
0,001 bis 0,05 %
Das Elemente Mn kann in der Legierung wie folgt gegeben sein:
Mn 0,001 bis 0,20 %
wobei bevorzugt die folgenden Bereiche gegeben sind:
Mn 0,001 bis 0, 10 %
Mn 0,001 bis 0,08 %
Magnesium wird in Gehalten 0,0001 bis 0,08 % eingestellt. Bevorzugt besteht die Möglichkeit, dieses Element wie folgt in der Legierung einzustellen:
0,001 bis 0,08 %
Die Legierung kann bedarfsweise des Weiteren Kalzium in Gehalten zwischen 0,0001 und 0,06% beinhalten.
Der Schwefel-Gehalt ist auf max. 0,015 % beschränkt. Bevorzugte Gehalte können wie folgt gegeben sein:
S max. 0,010 %
Der Sauerstoffgehalt wird in der Legierung mit einem Gehalt von 0,0001 bis 0,010% eingestellt. Bevorzugt kann der folgende Gehalt eingestellt werden:
0,0001 bis 0,008 %
Der Kupfer-Gehalt ist auf max. 0,80 % beschränkt. Bevorzugt erfolgt eine Beschränkung auf
max. 0,50 %
max. 0,20 % Schließlich können an Verunreinigungen noch die folgenden Elemente wie folgt gegeben sein:
Co max.0,50 %
W max. 0,02 % (max. 0,10 %)
Mo max. 0,02 % (max. 0,10 %)
Nb max. 0,02 % (max. 0,10 %)
V max. 0,02 % (max. 0,10 %)
Ta max. 0,02 % (max. 0,10 %)
Pb max. 0,005 %
Zn max. 0,005 %
Sn max. 0,005 %
Bi max. 0,005 %
P max. 0,050 % (max. 0,020 %)
B max. 0,020 % (max. 0,010 %)
Die erfindungsgemäße Legierung wird bevorzugt offen erschmolzen, gefolgt von einer Behandlung in einer VOD oder VLF Anlage. Aber auch ein Erschmelzen und Abgießen im Vakuum ist möglich. Danach wird die Legierung in Blöcken oder als Strangguss abgegossen. Ggf wird der Block/Strangguss dann bei Temperaturen zwischen 800°C und 1270°C für 0,1 h bis 70 h geglüht. Des Weiteren ist es möglich die Legierung zusätzlich mit ESU und/oder VAR umzuschmelzen. Danach wird die Legierung in die gewünschte Halbzeugform gebracht. Dafür wird ggf. bei Temperaturen zwischen 700°C und 1270°C für 0,1 h bis 70 h geglüht, danach warm umgeformt, ggf. mit Zwischenglühungen zwischen 700°C und 1270°C für 0,05 h bis 70 h. Die Oberfläche des Materials kann ggf. (auch mehrmals) zwischendurch und/oder nach der Warmformgebung zur Säuberung chemisch und/oder mechanisch abgetragen werden. Danach kann ggf. eine oder mehrere Kaltformgebungen mit Umformgraden bis zu 99% in die gewünschte Halbzeugform, ggf. mit Zwischenglühungen zwischen 700°C und 1250°C für 0,1 min bis 70 h, ggf. unter Schutzgas, wie z. B. Argon oder Wasserstoff, gefolgt von einer Abkühlung an Luft, in der bewegten Glühatmosphäre oder im Wasserbad durchgeführt werden. Sodann findet eine Lösungsglühung im Temperaturbereich von 700°C bis 1250°C für 0, 1 min bis 70 h, ggf. unter Schutzgas, wie z. B. Argon oder Wasserstoff, gefolgt von einer Abkühlung an Luft, in der bewegten Glühatmosphäre oder im Wasserbad statt. Ggf. können zwischendurch und/oder nach der letzten Glühung chemische und/oder mechanische Reinigungen der Materialoberfläche erfolgen.
Die erfindungsgemäße Legierung lässt sich gut in den Produktformen Band, insbesondere in Dicken von 100 μηι bis 4 mm, Blech, insbesondere in Dicken von 1 mm bis 70 mm, Stange, insbesondere in Dicken von 10 mm bis 500 mm, und Draht insbesondere in Dicken von 0, 1 mm bis 15 mm, Rohren, insbesondere in den Wanddicken 0, 10 mm bis 70 mm und den Durchmessern 0,2 mm bis 3000 mm herstellen und verwenden.
Diese Produktformen werden mit einer mittleren Korngröße von 4 μηι bis 600 [im hergestellt. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 10 [im und 200 [im.
Die erfindungsgemäße Nickelbasislegierung ist bevorzugt einsetzbar als Werkstoff für Elektroden von Zündkerzen für Benzinmotoren.
Die beanspruchten Grenzen für die Legierung lassen sich daher im Einzelnen wie folgt begründen:
Die Oxidationsbeständigkeit steigt mit zunehmendem Si-Gehalt. Es ist ein Mindestgehalt von 1 ,5 % Si notwendig, um eine ausreichend große Oxidationsbeständigkeit zu erhalten. Bei größeren Si-Gehalten verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit. Die Obergrenze wird deshalb auf 3,0 Gew.-% Si gelegt.
Bei ausreichend hohem Si-Gehalt erhöht ein Aluminiumgehalt von mindestens 1 ,5 % die Oxidationsbeständigkeit weiter. Bei größeren AI-Gehalten verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit. Die Obergrenze wird deshalb auf 3,0 Gew.-% Si gelegt. Bei ausreichend hohem Si-Gehalt und AI-Gehalt erhöht ein Chromgehalt von mindestens 0,1 % die Oxidationsbeständigkeit weiter. Bei größeren Cr-Gehalten verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit. Die Obergrenze wird deshalb auf 3,0 Gew.-% Cr gelegt.
Für einen gute Oxidationsbeständigkeit ist es erforderlich, dass die Summe AI + Si + Cr größer 4,0 % ist, um einen ausreichend gute Oxidationsbeständigkeit zu gewährleisten. Ist die Summe AI + Si + Cr größer als 8,0 % verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit.
Eisen wird auf 0,20 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Ein zu niedriger Fe - Gehalt erhöht die Kosten bei der Herstellung der Legierung. Der Fe-Gehalt ist deshalb größer gleich 0,005 %.
Es ist ein Mindestgehalt von 0,01 % Y notwendig, um die die Oxidationsbeständigkeit steigernde Wirkung des Y zu erhalten. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,20 % gelegt.
Die Oxidationsbeständigkeit erhöht sich weiter, bei Zugabe von mindestens 0,001 % eines oder mehrerer der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti, wobei Y+ 0,5*Hf + Zr + 1 ,8*Ti + 0,6*(La + Ce) größer gleich 0,02 sein muss, um die gewünschte Oxidationsbeständigkeit zu erhalten. Die Zugabe von mindestens einem oder mehreren der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti, von mehr als 0,20% erhöht die Kosten, wobei Y+ 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) zusätzlich auf kleiner gleich 0,30 beschränkt ist (mit den Gehalten von Y, Hf, Zr, La, Ce, Ti in %).
Der Kohlenstoffgehalt sollte kleiner 0,10 % sein um die Verarbeitbarkeit zu gewährleisten. Zu kleine C-Gehalte verursachen erhöhte Kosten bei der Herstellung der Legierung. Der Kohlenstoffgehalt sollte deshalb größer 0,001 % sein. Stickstoff wird auf 0,10 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Zu kleine N-Gehalte verursachen erhöhte Kosten bei der Herstellung der Legierung. Der Stickstoffgehalt sollte deshalb größer 0,0005 % sein.
Mangan wird auf 0,20 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Zu kleine Mn-Gehalte verursachen erhöhte Kosten bei der Herstellung der Legierung. Der Mangangehalt sollte deshalb größer 0,001 % sein
Schon sehr geringe Mg-Gehalte verbessern durch das Abbinden von Schwefel die Verarbeitung, wodurch das Auftreten von niedrig schmelzenden NiS-Eutektika vermieden wird. Für Mg ist deshalb ein Mindestgehalt von 0,0001 % erforderlich. Bei zu hohen Gehalten können intermetallische Ni-Mg-Phasen auftreten, die die Verarbeitbarkeit wieder deutlich verschlechtern. Der Mg-Gehalt wird deshalb auf 0,08 Gew % begrenzt.
Der Sauerstoffgehalt muss kleiner 0,010 % sein, um die Herstellbarkeit der Legierung zu gewährleisten. Zu kleine Sauerstoff-Gehalte verursachen erhöhte Kosten. Der Sauerstoffgehalt sollte deshalb größer 0,0001 % sein.
Die Gehalte an Schwefel sollten so gering wie möglich gehalten werden, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt. Es werden deshalb max. 0,015 % S festgelegt.
Kupfer wird auf 0,80 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.
Genauso wie Mg verbessern auch schon sehr geringe Ca-Gehalte die Verarbeitung durch das Abbinden von Schwefel, wodurch das Auftreten von niedrig schmelzenden NiS-Eutektika vermieden wird. Für Ca ist deshalb ein Mindestgehalt von 0,0001 % erforderlich. Bei zu hohen Gehalten können intermetallische Ni-Ca-Phasen auftreten, die die Verarbeitbarkeit wieder deutlich verschlechtern. Der Ca-Gehalt wird deshalb auf 0,06 Gew.-% begrenzt. Kobalt wird auf max. 0,50 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.
Molybdän wird auf max. 0,20 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Das Gleiche gilt für Wolfram, Niob und auch für Vanadium.
Der Gehalt an Phosphor sollte kleiner 0,050 % sein, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt.
Der Gehalt an Bor sollte so gering wie möglich gehalten werden, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt. Es werden deshalb max. 0,020 % B festgelegt.
Pb wird auf max. 0,005 % . begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Das Gleiche gilt für Zn, Sn und Bi.

Claims

Patentansprüche
1. Nickelbasislegierung, bestehend aus (in Masse-%)
Si 1,5-3,0%
AI 1,5-3,0%
Cr >0,1 - 3,0 %, wobei 4,0 < AI + Si + Cr < 8,0 mit den Gehalten von Si,
AI und Cr in % erfüllt ist,
Fe 0,005 bis 0,20 %,
Y 0,01 - 0,20 %, 0,001 bis 0,20 % eines oder mehrerer der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti, wobei 0,02 <Y+ 0,5*Hf + Zr +1,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,30 mit den Gehalten von Y, Hf, Zr, La, Ce, Ti in % erfüllt ist.
C 0,001 -0,10%
N 0,0005-0,10%
Mn 0,001 -0,20%
Mg 0,0001 - 0,08 %
O 0,0001 bis 0,010%
S max.0,015%
Cu max.0,80 %
Ni Rest und den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen.
2. Legierung nach Anspruch 1 mit einem Si-Gehalt (in Masse-%) von 1,8 bis 3,0 %.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Si-Gehalt (in Masse-%) von 1,9 bis 2,5%.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem AI-Gehalt (in Masse-%) von 1 ,5 bis 2,5 %.
5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einem AI- Gehalt (in Masse-%) von 1,6 bis 2,5%.
6. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 mit einem AI- Gehalt (in Masse-%) von 1,6 bis 2,2%, insbesondere 1,6 bis 2,0 %.
7. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Cr- Gehalt (in Masse-%) 0,8 bis 3,0 %.
8. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Cr- Gehalt (in Masse-%) 1 ,2 bis 3,0 %.
9. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Cr- Gehalt (in Masse-%) von 1 ,9 bis 3,0 %, bevorzugt 1 ,9 bis 2,5 %.
10. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 bei der die Formel 4,5 < AI + Si + Cr < 7,5 mit den Gehalten von Si, AI und Cr in % erfüllt ist.
1 1. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Fe- Gehalt (in Masse-%) von 0,005 bis 0,10 %.
12. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 mit einem Y- Gehalt (in Masse-%) von 0,01 bis 0,15 %.
13. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 mit einem Y- Gehalt (in Masse-%) von 0,01 bis 0,15 % und 0,001 bis 0,15 % eines oder mehrerer der Elemente Hf, Zr, La, Ce, Ti, wobei 0,02 < Y+ 0,5*Hf + Zr +1 ,8*Ti+ 0,6*(La + Ce) < 0,25 mit den Gehalten von Y, Hf, Zr, La, Ce, Ti in % erfüllt ist
14. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 mit einem C- Gehalt (in Masse-%) von 0,001 bis 0,05 % und mit einem N-Gehalt (in Masse-%) von 0,001 bis 0,05 %.
15. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 mit einem Mn-Gehalt (in Masse-%) 0,001 bis 0, 10 %.
16. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Mg-Gehalt (in Masse-%) von 0,001 bis 0,08 %.
17. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 mit einem Ca- Gehalt (in Masse-%) von 0,0001 bis 0,06 %.
18. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 mit einem Co- Gehalt von max. 0,50 %, mit einem W-Gehalt von max. 0,20 %, mit einem Mo-Gehalt von max. 0,20 %, mit einem Nb-Gehalt von max. 0,20 %, mit einem V-Gehalt von max. 0,20 %, mit einem Ta-Gehalt von max. 0,20 % einem Pb-Gehalt von max. 0,005 %, einem Zn-Gehalt von max. 0,005 %, einem Sn-Gehalt von max. 0,005 %, einem Bi-Gehalt von max. 0,005 %, einem P-Gehalt von max. 0,050 % und einem B-Gehalt von max. 0,020 %,.
19. Verwendung der Nickelbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 als Elektrodenwerkstoff für Zündelemente von Verbrennungskraftmaschinen.
20. Verwendung nach Anspruch 19 als Elektrodenwerkstoff für Zündelemente von Benzinmotoren.
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