WO2019020145A1 - Hochtemperatur-nickelbasislegierung - Google Patents

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WO2019020145A1
WO2019020145A1 PCT/DE2018/100663 DE2018100663W WO2019020145A1 WO 2019020145 A1 WO2019020145 A1 WO 2019020145A1 DE 2018100663 W DE2018100663 W DE 2018100663W WO 2019020145 A1 WO2019020145 A1 WO 2019020145A1
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nickel
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Jürgen Kiese
Nicole De Boer
Heike Hattendorf
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Vdm Metals International Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • 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
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature nickel-based alloy.
  • the material C263 (Nicrofer 5120 CoTi) is used, among other things, as a material for heat shields in turbochargers or car engines.
  • the heat shield separates the compressors from the turbine side inside the turbocharger and is directly supplied by the hot exhaust gas. Since the exhaust gas temperatures, especially in gasoline engines, are getting higher, it can lead to failure of the components, for example in the form of deformations, resulting in a considerable performance drop of the turbocharger.
  • the exhaust gas temperatures can be up to 1 .050 ° C, with the temperatures arriving at the heat shield at about 900 to 950 ° C. At these temperatures, the C263 material is no longer creep resistant.
  • the general composition of the material C263 is reproduced as follows (in% by weight): Cr 19.0 - 21, 0%, Fe max. 0.7%, C 0.04-0.08%, Mn max. 0.6%, Si max. 0.4%, Cu max. 0.2%, Mo 5.6-6.1%, Co 19.0-21, 0%, Al 0.3-0.6%, Ti 1, 9-2.4%, P max. 0.015%, S max. 0.007%, B max. 0.005%.
  • DE 100 52 023 C1 discloses an austenitic nickel-chromium-cobalt-molybdenum-tungsten alloy comprising (in mass%) C 0.05-0.10%, Cr 21-23%, Co 10 -15 %, Mo 10 - 1 1%, Al 1, 0 - 1, 5%, W 5.1 - 8.0%, Y 0.01 - 0.1%, B 0.001 - 0.01%, Ti max. 0.5%, Si max. 0.5%, Fe max. 2%, Mn max. 0.5%, Ni remainder including unavoidable melting impurities.
  • the material can be used for compressors and turbochargers of internal combustion engines, components of steam turbines, components of gas and steam turbine power plants.
  • EP 1 466 027 B1 discloses a high temperature resistant and corrosion resistant Ni-Co-Cr alloy including (in wt%): Cr 23.5-25.5%, Co 15.0-22.0%, Al 0 , 2 - 2.0%, Ti 0.5 - 2.5%, Nb 0.5 - 2.5%, up to 2.0% Mo, up to 1.0% Mn, Si 0.3 - 1 , 0%, to 3.0% Fe, up to 0.3% Ta, to 0.3% W, C 0.005-0.08%, Zr 0.01-0.3%, B 0.001-0.01%, up to 0.05% rare earths as mischmetal, Mg + Ca 0.005-0.025%, optional up to 0.05% Y, balance Ni and impurities.
  • the material can be used in the temperature range between 530 and 820 ° C as an exhaust valve for diesel engines as well as pipes for steam boilers.
  • No. 6,258,317 B1 describes an alloy which can be used for components of gas turbines for temperatures up to 750 ° C., comprising (in% by weight): Co 10-24%, Cr 23.5-30%, Mo 2.4-6 %, Fe 0 - 9%, Al 0.2 - 3.2%, Ti 0.2 - 2.8%, Nb 0.1 - 2.5%, Mn 0 - 2%, to 0.1% Si , Zr 0.01 - 0.3%, B 0.001 - 0.01%, C 0.005 - 0.3%, W 0 - 0.8%, Ta 0 - 1%, balance Ni and unavoidable impurities.
  • the invention has for its object to change a material based on C263 in terms of its composition so that the stability of the strength-increasing phase is shifted towards higher temperatures. At the same time, care must be taken that the stability limits of other phases (e.g., Eta phase) are shifted to lower temperatures. Furthermore, attempts should be made to activate additional hardening mechanisms.
  • the nickel-based alloy according to the invention should preferably be usable for components which are exposed to component temperatures above 700 ° C., preferably> 900 ° C., in particular> 950 ° C.
  • the goal of shifting the gamma prime phase to higher temperatures is achieved, while at the same time the stability of other phases, lower than gamma prime, and towards lower temperatures can also be realized.
  • the alloy of the present invention has high hot and creep rupture strength while also having high temperature corrosion resistance (e.g., exhaust gases).
  • the alloy according to the invention is fatigue-resistant at high temperatures, in particular above 900 ° C.
  • Powders for additive manufacturing e.g., 3D printing
  • classical powders e.g., sintering
  • the ratio Ti / Al should, according to another idea of the invention, max. 3.5, in particular max. 2,0, amount.
  • the high-temperature nickel-based alloy according to the invention is preferably usable for large-scale production (> 1 t).
  • the advantages of the alloy according to the invention are explained in greater detail on the basis of examples:
  • Table 1 compares the state of the art (Nicrofer 5120 CoTi - produced on a large scale) to a similar reference batch (laboratory) and to several alloy compositions according to the invention.
  • Table 2 compares the state of the art (Nicrofer 5120 CoTi - produced on an industrial scale) with several industrially produced batches.
  • Nicrofer 5120 Charge Charge Charge Charge Charge Charge CoTi 335449 334549 334547 334547
  • the solution annealing was carried out at 1 .150 ° C for 30 min. Followed by water quenching.
  • Precipitation hardening was carried out at temperatures of 800, 850, 900 or 950 ° C for 4/8/16 h with subsequent water quenching.
  • Variants 250575 to 250577 showed a very high level of hardness compared with the state of the art, respectively variants 250573 and 250574. This means that the strength-enhancing phase (here Gamma- Prime) is still stable.
  • the material is produced in a medium-frequency induction furnace, then poured as a continuous casting in slab form. Subsequently, the slabs are remelted in the electroslag remelting furnace to further slabs (respectively rods). Thereafter, the respective slab is hot rolled, for the production of strip material to thicknesses of about 6 mm. This is followed by a cold rolling process of the strip material to final thickness of about 0.4 mm.
  • thermoformed or stamped products there is now a starting material for thermoformed or stamped products. If necessary, depending on the product, a thermal process can be carried out.
  • VIM - VAR The product form after the VAR may be a slab or a rod.
  • the forming can be done by rolling or forging.
  • Figure 1 shows the creep strain of various materials as a function of time at a typical application temperature of 900 ° C and a load of 60 Mpa. Shown are the materials C-263 standard (Nicrofer 5120 CoTi), C-264 variant 76 (batch 250576) and C-264 variant 77 (batch 250577).
  • the two other variants both show service lives of approx. 400 h and approx. 550 h, respectively.
  • the variants 76 and 77 show improved service lives, which lead to a higher creep resistance in the operating state and thus to significantly lower component deformation.

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Abstract

Hochtemperatur-Nickelbasislegierung bestehend aus (in Gew.-%): C 0,04-0,1 %, S max. 0,01 %, N max. 0,05 %, Cr 24 - 28 %, Mn max. 0,3 %, Si max. 0,3 %, Mo 1 - 6 %, Ti 0,5 - 3 %, Nb 0,001 - 0,1 %, Cu max. 0,2 %, Fe 0,1 - 0,7 %, P max. 0,015 %, AI 0,5 - 2 %, Mg max. 0,01 %, Ca max. 0,01 %, V 0,01 - 0,5 %, Zr max. 0,1 %, W 0,2 - 2 %, Co 17 - 21 %, B max. 0,01 %, O max. 0,01 %, Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Description

Hochtemperatur-Nickelbasislegierung
Die Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Nickelbasislegierung.
Der Werkstoff C263 (Nicrofer 5120 CoTi) kommt unter anderem als Werkstoff für Hitzeschilde in Turboladern oder Automotoren zur Anwendung. Der Hitzeschild trennt innerhalb des Turboladers die Verdichte- von der Turbinenseite und wird direkt vom heißen Abgas angeströmt. Da die Abgastemperaturen, insbesondere in den Otto-Motoren, immer höher werden, kann es zum Versagen der Bauteile, beispielsweise in Form von Deformationen kommen, was zu einem beträchtlichen Leistungsabfall des Turboladers führt.
Die Abgastemperaturen können bis zu 1 .050°C betragen, wobei die am Hitzeschild ankommenden Temperaturen bei etwa 900 bis 950°C liegen. Bei diesen Temperaturen ist der C263-Werkstoff nicht mehr kriechfest. Die allgemeine Zusammensetzung des Werkstoffs C263 wird wie folgt (in Gew.-%) widergegeben: Cr 19,0 - 21 ,0 %, Fe max. 0,7 %, C 0,04 - 0,08 %, Mn max. 0,6 %, Si max. 0,4 %, Cu max. 0,2 %, Mo 5,6 - 6,1 %, Co 19,0 - 21 ,0 %, AI 0,3 - 0,6 %, Ti 1 ,9 - 2,4 %, P max. 0,015 %, S max. 0,007 %, B max. 0,005 %.
Der DE 100 52 023 C1 ist eine austenitische Nickel-Chrom-Kobalt-Molybdän- Wolfram-Legierung zu entnehmen, beinhaltend (in Masse-%) C 0,05 - 0,10 %, Cr 21 - 23 %, Co 10 - 15 %, Mo 10 - 1 1 %, AI 1 ,0 - 1 ,5 %, W 5,1 - 8,0 %, Y 0,01 - 0,1 %, B 0,001 - 0,01 %, Ti max. 0,5 %, Si max. 0,5 %, Fe max. 2 %, Mn max. 0,5 %, Ni Rest einschließlich unvermeidbarer erschmelzungsbedingter Verunreinigungen. Der Werkstoff kann eingesetzt werden für Verdichter und Turbolader von Verbrennungskraftmaschinen, Bauteilen von Dampfturbinen, Bauteilen von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken.
Die EP 1 466 027 B1 offenbart eine hochtemperaturfeste und korrosionsbeständige Ni-Co-Cr-Legierung, beinhaltend (in Gew.-%): Cr 23,5 - 25,5 %, Co 15,0 - 22,0 %, AI 0,2 - 2,0 %, Ti 0,5 - 2,5 %, Nb 0,5 - 2,5 %, bis zu 2,0 % Mo, bis zu 1 ,0 % Mn, Si 0,3 - 1 ,0 %, bis 3,0 % Fe, bis zu 0,3 % Ta, bis 0,3 % W, C 0,005 - 0,08 %, Zr 0,01 - 0,3 %, B 0,001 bis 0,01 %, bis zu 0,05 % Seltene Erden als Mischmetall, Mg + Ca 0,005 - 0,025 %, optional bis 0,05 % Y, Rest Ni und Verunreinigungen. Der Werkstoff ist im Temperaturbereich zwischen 530 und 820°C einsetzbar als Auspuffventil für Dieselmotoren sowie Rohre für Dampfkessel.
In der US 6,258,317 B1 wird eine für Bauteile von Gasturbinen für Temperaturen bis 750°C einsetzbare Legierung beschrieben, beinhaltend (in Gew.-%): Co 10 - 24 %, Cr 23,5 - 30 %, Mo 2,4 - 6 %, Fe 0 - 9 %, AI 0,2 - 3,2 %, Ti 0,2 - 2,8 %, Nb 0,1 - 2,5 %, Mn 0 - 2 %, bis 0,1 % Si, Zr 0,01 - 0,3 %, B 0,001 - 0,01 %, C 0,005 - 0,3 %, W 0 - 0,8 %, Ta 0 - 1 %, Rest Ni und unvermeidbare Verunreinigungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff auf Basis von C263 hinsichtlich seiner Zusammensetzung so zu verändern, dass die Stabilität der festigkeitssteigernden Phase zu höheren Temperaturen hin verschoben wird. Gleichzeitig ist darauf zu achten, dass die Stabilitätsgrenzen anderer Phasen (z.B. Eta-Phase) zu geringeren Temperaturen verschoben wird. Des Weiteren soll versucht werden, zusätzliche Härtungsmechanismen zu aktivieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochtemperatur-Nickelbasislegierung bestehend aus (in Gew.-%):
C 0,04 - 0,1 %
S max. 0,01 %
N max. 0,05 %
Cr 24 - 28 %
Mn max. 0,3 %
Si max. 0,3 %
Mo 1 - 6 %
Ti 0,5 - 3 %
Nb 0,001 - 0,1 %
Cu max. 0,2 %
Fe 0,1 - 0,7 % P max. 0,015 %
AI 0,5 - 2 %
Mg max. 0,01 %
Ca max. 0,01 %
V 0,01 - 0,5 %
Zr max. 0,1 %
W 0,2 - 2 %
Co 17 - 21 %
B max. 0,01 %
O max. 0,01 %
Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Legierung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Nickelbasislegierung soll bevorzugt einsetzbar sein für Bauteile, die Bauteiltemperaturen oberhalb von 700°C, vorzugsweise > 900°C, insbesondere > 950°C, ausgesetzt sind. Das Ziel, nämlich die Gamma-Prime- Phase hin zu höheren Temperaturen zu verschieben, wird erreicht, wobei gleichzeitig die Stabilität anderer Phasen, geringer als Gamma-Prime, und hin zu niedrigen Temperaturen ebenfalls realisiert werden kann.
Im Folgenden werden wesentliche Anwendungsfälle der Legierung angesprochen:
Automotive
Abgasanlagen
Turbolader
Sonden
Ventile
Rohre
Hochtemperatur-Filter oder Teile davon
Dichtungen Federelemente
Fliegende oder stationäre Turbinen
Schaufeln
Leitflächen
Sonden
Rohre
Cones
Gehäuse
Kraftwerke
Rohre
Sonden
Ventile
Schmiedeteile
Turbinen
Turbinengehäuse
Die genannten Bauteile werden samt und sonders in heißen und hochbelasteten Atmosphären eingesetzt, wobei dauerhafte Bauteiltemperaturen, zum Teil oberhalb von 900°C, gegeben sind. Darüber hinaus sind sauerstoffhaltige Atmosphären, beispielsweise aus Pkw- oder Lkw-Motoren, Triebwerken oder Gasturbinen, gegeben.
Die erfindungsgemäße Legierung hat eine hohe Warm- und Zeitstandsfestigkeit, wobei gleichzeitig auch eine hohe Temperaturkorrosionsbeständigkeit (z.B. bei Abgasen) gegeben ist.
Die erfindungsgemäße Legierung ist darüber hinaus ermüdungsfest bei hohen Temperaturen, insbesondere oberhalb von 900°C.
Mögliche Produktformen sind:
Band Blech
Draht
Stange
Schmiedeteile
Pulver für additive Fertigung (z.B. 3D-Druck) und klassische Pulver (z.B. Sintern)
Rohre (geschweißt oder nahtlos)
Folgende Elemente können zur Optimierung der gewünschten Parameter, wie nachstehend angegeben, variiert werden (in Gew.-%):
Cr 24 - 26 %
Mo 2 - 6 %, insbesondere 4 - 6 %
Mo 1 ,5 - 2,5 %
Ti 0,5 - 2,5 %, insbesondere 1 ,5 - 2,5 %
AI 0,5 - 1 ,5 %
V 0,01 - 0,2 %
W 0,2 - 1 ,5 %, insbesondere 0,5 - 1 ,5 %
Co 18,5 - 21 %
Von Vorteil ist, wenn die Summe Ti + AI (in Gew.-%) min. 1 % beträgt. In bestimmten Einsatzfällen kann es zweckmäßig sein, wenn die Summe Ti + AI (in Gew.-%) min. 1 ,5 %, insbesondere min. 2 %, beträgt.
Das Verhältnis Ti/Al soll, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, max. 3,5, insbesondere max. 2,0, betragen.
Durch Reduzierung des Ti/Al-Verhältnisses kann sich kein oder nur wenig Eta- Ni3Ti bilden.
Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Nickelbasislegierung ist bevorzugt für die großtechnische Erzeugung (> 1 t) einsetzbar. Anhand von Beispielen werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Legierung näher erläutert:
In Tabelle 1 ist der Stand der Technik (Nicrofer 5120 CoTi - großtechnisch erzeugt) einer gleichartigen Referenzcharge (Labor) sowie mehreren erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen gegenübergestellt.
In Tabelle 2 ist der Stand der Technik (Nicrofer 5120 CoTi - großtechnisch erzeugt) mehreren großtechnisch erzeugten Chargen gegenübergestellt.
Tabelle 1
250573 250574
Nicrofer 5120
CoTi New Design New Design
Charge 413297 wor <0 workl großtechn.
erzeugt Soll Ist Soll Ist
C 0,049 0,055 0,051 0,055 0,061 s 0,002 0,002 0,0027 0,002 0,0027
N 0,004 0,004 0,005 0,004 0,006
Cr 19,99 25,00 24,46 25,00 25,00
Ni
Rest 51 ,3313 Rest 46,6903 Rest 51 ,5683
Mn 0,07 0,07 0,01 0,07 0,01
Si 0,04 0,04 0,02 0,04 0,05
Mo 5,85 5,85 5,79 3,00 2,73
Ti 2,09 1 ,60 1 ,56 1 ,20 1 ,16
Nb 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02
Cu 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Fe 0,23 0,23 0,25 0,23 0,23
P 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002
AI 0,46 0,53 0,51 0,70 0,65
Mg 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002
Pb 0,0002
Sn 0,001
Ca 0,01
V 0,01 0,05 0,01 0,05 0,05
Zr 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
W 0,01 0,50 0,47 0,50 0,50
Co 19,81 20,00 20,13 18,00 17,93
B 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003
As 0,001
SE 0,0003
Te 0,0001
Bi o,
Ag 0,0001
0 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005
Ti + AI 2,55 2,13 2,07 1 ,90 1 ,81
Ti/Al 4,5435 3,0189 3,0588 1 ,7143 1 ,7846 Tabelle 1 (Fortsetzung)
250575 250576 250577
Nicrofer 5120
CoTi New Design New Design New Design
Charge 413297 work2 work3 work4 großtechn.
erzeugt Soll Ist Soll Ist Soll Ist
C 0,049 0,055 0,058 0,055 0,056 0,055 0,056 s 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,003
N 0,004 0,004 0,005 0,004 0,006 0,004 0,004
Cr 19,99 25,00 24,57 25,00 24,52 25,00 24,83
Ni
Rest 51 ,3313 Rest 51 ,796 Rest 51 ,885 Rest 46,298 Mn 0,07 0,07 0,01 0,07 0,01 0,07 0,01
Si 0,04 0,04 0,02 0,04 0,04 0,04 0,03
Mo 5,85 2,008 1 ,96 2,00 1 ,92 5,85 5,58
Ti 2,09 1 ,68 1 ,62 1 ,78 1 ,77 1 ,60 1 ,69
Nb 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 Cu 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Fe 0,23 0,23 0,23 0,23 0,24 0,23 0,23 P 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002
AI 0,46 0,95 0,96 1 ,00 0,98 0,95 1 ,04
Mg 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Pb 0,0002
Sn 0,001
Ca 0,01
V 0,01 0,05 0,08 0,05 0,08 0,05 0,04
Zr 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
W 0,01 1 ,00 0,92 1 ,00 0,94 0,50 0,54
Co 19,81 18,00 17,73 18,00 17,51 20,00 19,60
B 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,003 0,002 As 0,001
SE 0,0003
Te 0,0001
Bi o,
Ag 0,0001
0 0,005 0,005 0,003 0,005 0,005 0,005 0,004
Ti + AI 2,55 2,63 2,58 2,78 2,75 2,55 2,73
Ti/Al 4,5435 1 ,7684 1 ,6875 1 ,78 1 ,8061 1 ,6842 1 ,625 Tabelle 2
Analyse Warmband
Nicrofer 5120 Charge Charge Charge Charge CoTi 335449 334549 334547 334547
Charge 413297 Analyse Kopf Analyse Fuß Analyse Kopf Analyse Fuß großtechn. 5200 5200 5100 5100 erzeugt
C 0,049 0,051 0,05 0,051 0,051 s 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002
N 0,004 0,008 0,009 0,008 0,01
Cr 19,99 24,9 24,9 24,9 24,9
Ni
Rest 51 ,3313 45,1 1 45,07 45,12 45,09 Mn 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Si 0,04 0,06 0,07 0,06 0,05
Mo 5,85 5,82 5,83 5,81 5,83
Ti 2,09 1 ,69 1 ,69 1 ,69 1 ,69
Nb 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 Cu 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Fe 0,23 0,53 0,53 0,53 0,53 P 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002
AI 0,46 1 ,08 1 ,08 1 ,08 1 ,08
Mg 0,001 0,003 0,003 0,003 0,003 Pb 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 Sn 0,001 0,01 0,01 0,01 0,01 Ca 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
V 0,01 0,07 0,07 0,07 0,07
Zr 0,01 0,02 0,01 0,02 0,02
W 0,01 0,58 0,59 0,59 0,58
Co 19,81 20,01 20,03 20,00 20,03
B 0,003 0,004 0,004 0,004 0,004 As 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 SE 0,0003
Te 0,0001
Bi o, 0,00003 0,00003 0,00003 0,00003
Ag 0,0001
0 0,005
Ti + AI 2,55 2,77 2,77 2,77 2,77
Ti/Al 4,5435 1 ,565 1 ,565 1 ,565 1 ,565 Es wurden jeweils 8 kg pro Schmelze an Ausgangsmaterialien eingesetzt (Tabelle 1 ). Nach dem Abgießen wurden an den Proben Spektralanalysen vorgenommen. Die Proben wurden anschließend auf 6 mm Dicke gewalzt. Durch weiteres Walzen (mit Zwischenglühung) auf einer Laborwalze wurden die Proben auf 0,4 mm Enddicke gewalzt.
Die Lösungsglühung erfolgte bei 1 .150°C für 30 Min. mit anschließendem Wasserabschrecken.
Eine Ausscheidungshärtung wurde bei Temperaturen von 800, 850, 900 bzw. 950°C für 4/8/16 h mit anschließendem Wasserabschrecken durchgeführt.
Die Varianten 250575 bis 250577 zeigten hierbei gegenüber dem Stand der Technik, respektive den Varianten 250573 und 250574, ein sehr hohes Härteniveau. Das bedeutet, dass die festigkeitssteigernde Phase (hier Gamma- Prime) noch stabil ist.
Für großtechnische Anwendungen (Tabelle 2) wird der Werkstoff in einem Mittelfrequenz-Induktionsofen erzeugt, dann als Strangguss in Brammenform abgegossen. Anschließend werden die Brammen im Elektroschlacke- Umschmelzofen zu weiteren Brammen (respektive Stangen) umgeschmolzen. Danach wird die jeweilige Bramme warmgewalzt, zur Erzeugung von Bandmaterial an Dicken von ca. 6 mm. Daran schließt sich ein Kaltwalzvorgang des Bandmaterials an Enddicke von ca. 0,4 mm an.
Somit liegt nun ein Ausgangsmaterial für Tiefzieh- oder Stanzprodukte vor. Bedarfsweise kann noch produktabhängig ein thermischer Prozess vorgenommen werden.
Zur Erzeugung von Bauteilen für die Luftfahrt bietet sich folgender Herstellungsweg an:
VIM - VAR Die Produktform nach dem VAR kann eine Bramme oder eine Stange sein.
Die Umformung kann durch Walzen oder Schmieden erfolgen.
Zur Erzeugung von Bauteilen für Kraftwerke oder Automobile bietet sich auch folgender Herstellweg an:
VIM - ESU
Auch hier sind Umformungen durch Schmieden oder Walzen denkbar.
Abbildung 1 zeigt die Kriechdehnung verschiedener Werkstoffe in Abhängigkeit von der Zeit bei einer typischen Anwendungstemperatur von 900°C sowie einer Belastung von 60 Mpa. Dargestellt sind die Werkstoffe C-263 Standard (Nicrofer 5120 CoTi), C-264 Variante 76 (Charge 250576) sowie C-264 Variante 77 (Charge 250577).
Bei der Standardversion ist erkennbar, dass bei vorgegebener Temperatur und Belastung der Werkstoff nach weniger als 100 h versagt.
Die beiden anderen Varianten zeigen beide Standzeiten von ca. 400 h, respektive ca. 550 h.
Die Varianten 76 und 77 zeigen verbesserte Standzeiten, die im Betriebszustand zu einem höheren Kriechwiderstand und somit zu wesentlich geringerer Bauteilverformung führen.

Claims

Patentansprüche
1 . Hochtemperatur-Nickelbasislegierung bestehend aus (in Gew.-%):
c 0,04 - 0,1 %
s max. 0,01 %
N max. 0,05 %
Cr 24 - 28 %
Mn max. 0,3 %
Si max. 0,3 %
Mo 1 - 6 %
Ti 0,5 - 3 %
Nb 0,001 - 0,1 %
Cu max. 0,2 %
Fe 0,1 - 0,7 %
P max. 0,015 %
AI 0,5 - 2 %
Mg max. 0,01 %
Ca max. 0,01 %
V 0,01 - 0,5 %
Zr max. 0,1 %
W 0,2 - 2 %
Co 17 - 21 %
B max. 0,01 %
O max. 0,01 %
Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
2. Nickelbasislegierung nach Anspruch 1 , mit (in Gew.-%) Cr 24 - 26 %.
3. Nickelbasislegierung nach Anspruch 1 oder 2, mit (in Gew.-%) Mo 2 - 6 %.
4. Nickelbasislegierung nach Anspruch 1 oder 2, mit (in Gew.-%) Mo 1 ,5 - 2,5 %.
5. Nickelbasislegierung nach Anspruch 1 oder 2, mit (in Gew.-%) Mo 4 - 6 %.
6. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit (in Gew.-%) Ti 0,5 - 2,5 %.
7. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit (in Gew.-%) Ti 1 ,5 - 2,5 %.
8. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit (in Gew.-%) AI 0,5 - 1 ,5 %.
9. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit (in Gew.-%) V 0,01 - 0,2 %.
10. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit (in Gew.-%) W 0,5 - 1 ,5 %.
1 1 . Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Summe Ti + AI (in Gew.-%) min. 1 % beträgt.
12. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Summe Ti + AI (in Gew.-%) min. 1 ,5 %, insbesondere min. 2 %, beträgt.
13. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verhältnis Ti/Al max. 3,5, insbesondere max. 2,0, beträgt.
14. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, einsetzbar für Bauteile, die Bauteiltemperaturen > 700°C, insbesondere > 900°C, respektive > 950°C, ausgesetzt sind.
15. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, einsetzbar für Bauteile in Verbrennungskraftmaschinen.
16. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, einsetzbar als Bauteile von Turboladern.
17. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, einsetzbar für Bauteile in fliegenden oder stationären Turbinen, insbesondere Gasturbinen.
18. Nickelbasislegierung nach Anspruch 17, einsetzbar für Schaufeln oder Leiterelemente in fliegenden oder stationären Turbinen, insbesondere Gasturbinen.
19. Nickelbasislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, einsetzbar für Bauteile in Kraftwerken.
20. Nickelbasislegierung nach Anspruch 19, einsetzbar für Rohre oder Sonden in Kraftwerken.
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