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DE1801594C3 - High-temperature anisotropically solidified cast body with aligned filamentary or lamellar carbide precipitations - Google Patents

High-temperature anisotropically solidified cast body with aligned filamentary or lamellar carbide precipitations

Info

Publication number
DE1801594C3
DE1801594C3 DE1801594A DE1801594A DE1801594C3 DE 1801594 C3 DE1801594 C3 DE 1801594C3 DE 1801594 A DE1801594 A DE 1801594A DE 1801594 A DE1801594 A DE 1801594A DE 1801594 C3 DE1801594 C3 DE 1801594C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
alloys
nickel
eutectic
alloy
nbc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE1801594A
Other languages
German (de)
Other versions
DE1801594B2 (en
DE1801594A1 (en
Inventor
Franklin David Lemkey
Earl Ryan Thompson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RTX Corp
Original Assignee
United Aircraft Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Aircraft Corp filed Critical United Aircraft Corp
Publication of DE1801594A1 publication Critical patent/DE1801594A1/en
Publication of DE1801594B2 publication Critical patent/DE1801594B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1801594C3 publication Critical patent/DE1801594C3/en
Expired legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B21/00Unidirectional solidification of eutectic materials
    • C30B21/02Unidirectional solidification of eutectic materials by normal casting or gradient freezing

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

großem Maße von dem Volumenanteil und den Eigenschaften der in einer Richtung verlaufenden faserartigen Verstärkung ab, wobei die kontinuierliche Metallmatrix als BelastungsübertragungsYnedium dient und dem Verbundstoff Zähigkeit verleiht. Beträchtliehe Festigkeiten bei hohen Temperaturen werden erzielt, wenn die Verstärkungsphase stark ist und die MikroStruktur des Verbundstoffes bei erhöhten Temperaturen stabil ist.depends largely on the volume fraction and properties of the unidirectional fibrous Reinforcement, with the continuous metal matrix serving as a stress transmission medium and imparts toughness to the composite. Considerable Strengths at high temperatures are achieved when the reinforcement phase is strong and the The microstructure of the composite is stable at elevated temperatures.

Die Einbettung einer Verstärkung mit hohem Elastizitätsmodul in eine Metallmatrix mit niedrigerem Elastizitätsmodul ergibt einen Gußkörper höherer Festigkeit, insbesondere was Ermüdungsbrüche angeht, wie es beispielsweise auch bei mit Borfasern verstärkten Aluminiumtegierungen beobachtet wurde.The embedding of a reinforcement with a high modulus of elasticity in a metal matrix with a lower The modulus of elasticity results in a cast body of higher strength, especially with regard to fatigue fractures, as has also been observed, for example, with aluminum alloys reinforced with boron fibers.

Es ist bekannt, daß Systeme aus besonderem Material, einschließlich bestimmter einseitig gerichtet erstarrter Eutektika, geordnete Mikrostrukturen bilden, in welchen eine Phase aus der Schmelze in Form paralleler Stäbchen erstarrt, die in eine Matrixphase so eingebettet sind. Wenn die faserartige Phase des auf diese Weise erstarrten geregelten Eutektikums so ausgewählt wird, daß die gewünschte Verstärkung mit hoher Festigkeit und hohem Modul in der Matrix mit niedrigerem Modul erhalten wird, können die sich as ergebenden Verbundstoffe sofortige Verwendung finden. Es ist bekannt, daß die vorstehend erwähnten geregelten Eutektika bevorzugte kristallografische Grenzschichten mit niedriger freier Energie und somit stabile Mikrostrukturen aufweisen. Wenn daher diese Mikrostrukturen während langer Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ergibt sich keine wesentliche Vergröberung. Da sich ferner alle Phasen im Gleichgewicht befinden, sind die Eutektika nicht der chemischen Unverträglichkeit ausgesetzt, die bei nach anderen Verfahren hergestellten Verbindungen auftreten, was zu einer starken Beeinträchtigung ihrer mechanischen Eigenschaften führen kann.It is known that systems are made of particular material, including certain unidirectional solidified eutectics that form ordered microstructures in which a phase is formed from the melt parallel rods that solidify in a matrix phase like that are embedded. When the fibrous phase of the regulated eutectic solidified in this way is so selected will have the desired high strength, high modulus reinforcement in the matrix lower modulus is obtained, the resulting composites can be used immediately. It is known that the aforementioned regulated eutectics are preferred crystallographic ones Have boundary layers with low free energy and thus stable microstructures. Therefore, if this Exposing microstructures to high temperatures for long periods of time does not result substantial coarsening. Furthermore, since all phases are in equilibrium, the eutectics are not exposed to chemical incompatibility with compounds produced by other processes occur, which can lead to a severe impairment of their mechanical properties.

Um die wünschenswerte ausgerichtete MikroStruktur durch eine geregelte Erstarrung des Eutektikums zu erhalten, muß die Erstarrung längs einer ebenen Front erzielt werden. Überraschenderweise wurde gefunden, daß dies bei den Legierungen, aus denen die erfindungsgemäßen Gußkörper bestehen, eintritt. Bei diesen Legierungen dienen Carbide als Verstärkungsmedium, obwohl sie thermodynamisch weniger stabil sind als die Oxide. Die Schmelzpunkte der Carbide sind im allgemeinen die höch^en aller in Betracht kommenden Verbindungen, und Carbide können durch Schmelzverfahren leicht in die obenerwähnte Metallmatrix eingebettet werden, so daß die Schwierigkeiten vermieden werden, die sich bei der für Oxide üblichen Pulververarbeitung ergeben.In order to obtain the desirable aligned microstructure through a regulated solidification of the eutectic, solidification must be achieved along a flat front. Surprisingly, it was found that this is the case with the alloys from which the invention Cast body exist, occurs. In these alloys, carbides serve as a reinforcement medium, although they are thermodynamically less stable than the oxides. The melting points of the carbides are im generally the highest of all possible compounds, and carbides can be obtained by melting processes can easily be embedded in the above-mentioned metal matrix, so that the troubles are avoided resulting from the powder processing customary for oxides.

Die relativen thermodynami-schen Stabilitäten der Carbide sind sehr wichtig, und die normalen freien Energien der Bildung einiger Carbide sind in F i g. 3 als eine Funktion der Temperatur in einem Diagramm eingezeichnet. Es wurde beobachtet, daß die Carbide mit den kleinsten negativen freien Bildung>>energien in Nickel und Kobalt graphitisieren. Siliciumcarbid graphitisiert beispielsweise mit Nickel, Kobalt oder Chrom, und Bormonocarbid graphitisiert entweder mit Nickel oder Kobalt. Die anderen in F i g. 3 angegebenen Monocarbide sind jedoch sowohl in Nickel als auch in Kobalt thermodynamisch stabil, und es gibt Eutektika zwischen diesen Metallen und diesen Monocarbiden.The relative thermodynamic stabilities of the Carbides are very important, and the normal free energies of formation of some carbides are shown in FIG. 3 plotted as a function of temperature in a diagram. It was observed that the carbides with the smallest negative free education >> energies in Graphitize nickel and cobalt. Silicon carbide graphitizes, for example, with nickel, cobalt or Chromium and boronocarbide are graphitized with either nickel or cobalt. The others in Fig. 3 specified However, monocarbides are thermodynamically stable in both nickel and cobalt, and so is it gives eutectics between these metals and these monocarbides.

Verschiedene Forscher haben die Eutektika nach bestimmten Faktoren klassifiziert, einschließlich der Schmelzentropie. Geht man von den latenten Schmelzwärmen der Carbide und ihren Schmelzpunkten aus, insbesondere des Niobcarbids, Titancarbids, Tantal« carbids und Zirkoniumcarbids, kann eine ebene Ers'arrung an der Front der aus Metall und Monocarbid bestehenden Eutektika nicht erwartet werden und die gewünschte feinfaserige Struktur erscheint daher unerreichbar. Trotz der theoretischen Erwägungen wurde jedoch ebenes Wachstum an der Front der beschriebenen Systeme durchgeführt und eine Anzahl von anisotropen Gegenständen aus diesen Systemen hergestellt. Various researchers have classified the eutectics based on certain factors, including the Entropy of fusion. If one proceeds from the latent heats of fusion of the carbides and their melting points, In particular of niobium carbide, titanium carbide, tantalum carbide and zirconium carbide, flat solidification can occur at the front of the eutectics consisting of metal and monocarbide are not expected and which the desired fine-fiber structure therefore appears unattainable. Despite the theoretical considerations, it was however, even growth is carried out at the front of the systems described and a number of anisotropic objects made from these systems.

Die erfindungsgemäß untersuchten Systeme sind in der nachstehenden Tabelle I angegeben.The systems investigated according to the invention are given in Table I below.

Tabelle ITable I.

VolumVolume SchmelzEnamel Zugfestigkeittensile strenght C)C) Systemsystem prozentpercent temperaturtemperature C)C) Verstärkeramplifier kp/cm= (T )kp / cm = (T) C)C) Ni-TiCNi-TiC 5,55.5 12541254 __ Ni - NbCNi - NbC 1111th Ί33ΟΊ33Ο (9000 (24°(9000 (24 ° (1800(1093°(1800 (1093 ° Co-NbCCo-NbC 1212th 13661366 70:0 ( 24C 70: 0 (24 C. Co-VCCo-VC 2020th - -

In dem für eine Analyse ausgewählten Ni — NbC-System wurde, wie F i g. 4 zeigt, ein Eutektikum bei ungefähr 10 Gewichtsprozent (13 Volumprozent) NbC bei 1330° C gefunden. Bei einer Schmelze von Ni-0,5-12-Gewichtsprozent NbC wurde eine einseitig gerichtete Erstarrung mit Geschwindigkeiten von 1 bis 9,8 cm/h — wie in Tabelle II genauer angegeben ist — festgestellt. In the Ni - NbC system selected for analysis became, as Fig. Figure 4 shows a eutectic at about 10 weight percent (13 volume percent) NbC found at 1330 ° C. With a melt of Ni-0.5-12 percent by weight NbC underwent unidirectional solidification at speeds of 1 to 9.8 cm / h - as specified in more detail in Table II - found.

Tabelle IlTable Il

Erstarrungs-Solidification MikrostruklurMicrostructure Systemsystem geschwinspeed (GevN ichtsprozent)(GevN not percent) digkeitage (cm h)(cm h) teilweise geregeltpartially regulated Ni — 10 NbCNi - 10 NbC 3,03.0 eutektische Kolonieneutectic colonies Ni-10 NbCNi-10 NbC 5,25.2 geregeltes Eutektiregulated eutecti Ni- 10 NbCNi-10 NbC 2,82.8 kumcum geregeltesregulated Ni-10 NbCNi-10 NbC 2,82.8 EutektikumEutectic proeutektisches NbCproeutectic NbC Ni-11 NbCNi-11 NbC 2,82.8 proeutektisches NbCproeutectic NbC Ni-11 NbCNi-11 NbC 2.92.9 proeutektisches NbCproeutectic NbC Ni — 12 NbCNi - 12 NbC 2,82.8 proeutektisches NbCproeutectic NbC Ni-12NbCNi-12NbC 2,82.8 einphasiges Nisingle phase Ni Ni- 0,5NbCNi-0.5NbC 3,03.0 geregeltesregulated Ni-10 NbCNi-10 NbC 2,92.9 EutektikumEutectic geregeltesregulated Ni-10 NbCNi-10 NbC 2,82.8 EutektikumEutectic geregeltesregulated Ni-10 NbCNi-10 NbC 2,82.8 EutektikumEutectic geregeltesregulated Ni-10 NbCNi-10 NbC 2,82.8 EutektikumEutectic geregelte eutektischeregulated eutectic Ni- 10 NbCNi-10 NbC 1,91.9 KolonienColonies primäres NbCprimary NbC Ni-11 NbCNi-11 NbC 7,27.2 primäres NbCprimary NbC Ni-11 NbCNi-11 NbC 6,86.8

Von den Ni — NbC-Barren, die in Tonerdetiegeln mit geschlossenen Enden wuchsen, zeigten nur jeneOf the Ni - NbC ingots that grew in closed-ended alumina crucibles, only those showed

5 65 6

eine ausgerichtete MikroStruktur, die mit Geschwin- Bruchdehnungsversuche wurden ferner mit Eutek-an aligned microstructure, which was tested with speed and elongation at break with Eutek

digkeiten von weniger als 3 cm/h erstarrten. Ver- tika mit einem Faserabstand des Carbids von ungefährat a rate of less than 3 cm / h solidified. Vertica with a carbide fiber spacing of approximately

schiedene Barren wurden jedoch in einem einer direk- 7,5 Mikron ausgeführt; die Ergebnisse sind in F i g. 7however, several ingots were executed in one direct 7.5 micron; the results are shown in FIG. 7th

ten Wasserabkühlung unterworfenen Block erzeugt, dargestellt.th block subjected to water cooling generated, shown.

der ein ebenes, von der Front ausgehendes Wachstum 5 Im Ni — TiC-System wurde ein Eutektikum bei bei Geschwindigkeiten ermöglichte, die über jenen in ungefähr 11,3 Gewichtsprozent Titan und 0,9 GeTiegeln mit geschlossenem Ende lagen. wichtsprozent Kohlenstoff mit ternären Eutektika aufa flat growth starting from the front 5 In the Ni - TiC system, a eutectic became at at speeds above those in approximately 11.3 weight percent titanium and 0.9 Ge crucibles with the end closed. weight percent carbon with ternary eutectics

Der Faserabstand des Carbids in einem Barren, der jeder Seite des pseudobinären Eutektikums, das Gra-The fiber spacing of the carbide in an ingot, which is located on either side of the pseudobinary eutectic, the

mit 3 cm/h erstarrte, betrug ungefähr 7,3 Mikron, wo- phit bei 1271°C und Ni?Ti bei 1296°C mit TiC und Nisolidified at 3 cm / h was approximately 7.3 microns, whiphite at 1271 ° C and Ni ? Ti at 1296 ° C with TiC and Ni

bei der Abstand bei zunehmender Erstarrungs- io enthält, festgestellt. Bei der eutektischen Temperaturat the distance contains with increasing solidification io. At the eutectic temperature

geschwindigkeit abnahm. Es wurde gefunden, daß die besteht das pseuso-binäre Eutektikum aus einer anspeed decreased. It has been found that the pseuso-binary eutectic consists of an an

mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Le- Titanium reichen festen Lösungsmatrix aus Nickelmechanical properties of the fiber-reinforced Le-Titanium range from solid solution matrix of nickel

gierungen nicht nur von dem Volumenanteil der in der und ungefähr 5,5 Volumprozent Titaniumcarbid. EineAlloys not only from the volume fraction of in the and about 5.5 volume percent titanium carbide. One

Legierung vorhandenen Faserverstärkung, sondern einseitig gerichtete Erstarrung mit 2,3 cm/h war erfolg-Alloy existing fiber reinforcement, but unidirectional solidification at 2.3 cm / h was successful.

auch von dem Faserabstand abhängig sind. So wurde 15 reich, obwohl sich eine ausgeprägte Verästelung deralso depend on the fiber spacing. So 15 got rich, although there was a pronounced ramification of the

festgestellt, daß bei Verringerung des Faserabstandes faserartigen Struktur zeigte. Im allgemeinen kann je-found that when the fiber spacing was reduced, it showed a fibrous structure. In general, each

um den Faktor 2 durch eine Erhöhung der Erstarrungs- doch das gerichtet erstarrte Eutektikum trotz der ver-by a factor of 2 by increasing the solidification but the directionally solidified eutectic despite the

geschwindigkeit die Zeitstandfestigkeit bei 2500C und wickeiteren Geometrie als feinfaserig bezeichnetspeed, the creep rupture strength at 250 0 C and winding geometry referred to as fine-fiber

1050 kg/cm* von weniger als vier Stunden auf mehr als werden. Dieses Eutektikum scheint jedoch für die1050 kg / cm * from less than four hours to more than will be. However, this eutectic seems to be for the

54 Stunden zunahm, während die Mindestkriech- 20 Anwendung bei Turbinen wegen des niedrigen Vo-54 hours increased, while the minimum creep 20 application in turbines because of the low vol-

geschwindigkeit um mehr als zwei Stellenwerte ver- lumenanteils der dispergierten Phase weniger wertvollspeed is less valuable by more than two places, the lumen portion of the dispersed phase

mindert wurde. Eine Abnahme des Faserabstandes als das Ni — NbC-Eutektikum (13 Volumprozent) zuwas reduced. A decrease in fiber spacing as the Ni - NbC eutectic (13 percent by volume) increases

ergibt sich aus einer Zunahme der Erstarrungs- sein.arises from an increase in solidification.

geschwindigkeit. Die Erstarrungsgeschwindigkeit soll Das Co — NbC-Eutektikum mit ungefähr 11 Gedaher hoch sein. Die Erstarrungsgeschwindigkeit ist 25 wichtsprozent Carbid wurde bei 1366°C festgestellt, jedoch begrenzt durch die Neigung des Systems, von Eine aus Stäbchen und Plättchen bestehende auseiner planaren auf eine zellenförmige Grenzschicht gerichtete MikroStruktur wurde durch gerichtete Erzwischen Flüssigkeit und festem Metall überzugehen, starrung mit 2,9 cm/h erzeugt. Versuche zeigten ein wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist. Dies ist auf Verstärkungsverhalten der Fasern mit einer Festigkeit eine Zustandsunterkühlung der Flüssigkeit unmittelbar 30 von 7030 kp/cm2 und einer Dehnung von 0,65 %.
auf der Vorderseite der erstarrenden Grenzschicht Das Co — VC-Eutektikum mit ungefähr 10 Gezurückzuführen, die durch eine kombinierte Wirkung wichtsprozent Carbid hat einen 20% übersteigenden einer Anhäufung von Verunreinigungen und des nie- Volumenanteil an Vanadiumcarbid. Eine einseitig gedrigen Wärmegradienten in der Flüssigkeit verursacht richtete Erstarrung ergab primäres Kobalt. Im wird. 35 Co —- VC-System bestehen, wie festgestellt wurde,
speed. The rate of solidification of the Co - NbC eutectic is said to be about 11 degrees. The solidification rate is 25 percent by weight. Carbide was determined at 1366 ° C, but was limited by the tendency of the system to change from a microstructure consisting of rods and platelets to a planar to a cellular boundary layer directed between liquid and solid metal, rigidification with 2, 9 cm / h generated. Tests showed when the speed is too high. This is due to the reinforcement behavior of the fibers with a state of subcooling of the liquid immediately 30 of 7030 kg / cm 2 and an elongation of 0.65%.
on the front side of the solidifying boundary layer The Co-VC eutectic with about 10 attributed, by a combined effect, weight percent carbide has an accumulation of impurities exceeding 20% and the never-volume fraction of vanadium carbide. A one-sided thermal gradient caused directional solidification in the liquid resulted in primary cobalt. Im will. 35 Co-VC system exist, as has been established,

Die mechanischen Eigenschaften eines Ni — NbC- zwei Eutektika; das höher schmelzende EutektikumThe mechanical properties of a Ni - NbC- two eutectics; the higher melting eutectic

Eutektikums, das mit 3 cm/h gerichtet erstarrte, sind ist der pseudo-binäre Teil des ternären EutektikumsThe eutectic that solidified at a directional rate of 3 cm / h is the pseudo-binary part of the ternary eutectic

folgende: Zugfestigkeit 9000 kp/cm2, Elastizitätsmodul zwischen Co und VC mit 10 Gewichtsprozent Va-the following: tensile strength 9000 kp / cm 2 , modulus of elasticity between Co and VC with 10 percent by weight Va-

3,02 ■ 10" kp/cm2 und eine Bruchdehnung von mehr nadium und 1,7 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Aus3.02 · 10 "kp / cm 2 and an elongation at break of more nadium and 1.7 percent by weight carbon

als9°/0. 40 dem binären eutektischen Bereich des Barrens ent-than 9 ° / 0 . 40 the binary eutectic range of the bar

Unter der Annahme, daß die Festigkeit der Matrix nommene Fasern wurden durch Röntgenstrahlenungefähr 2460 kp/cm2 beträgt, vergleiche F i g. 5, untersuchung als Vanadiumcarbid identifiziert,
zeigt die Mischungsregel, daß die durchschnittliche Bei der Erstarrung der Proben wurden Muster-Beanspruchung der Carbidphase wenigstens 0,6 · gußstücke der eutektischen Systeme durch Induktions-10s kp/cm1 beträgt, wenn für die Carbidphase ein an- 45 Schmelzung der Komponenten unter einer Argongemessener Elastizitätsmodul von 3,52 · 10" kp/cm2 atmosphäre hergestellt. Für alle Eutektika wurden Tonangenommen wird. erdetiegel verwendet; jeder Barren wurde in kleinere
Assuming that the strength of the matrix taken fibers by X-rays is about 2460 kgf / cm 2 , see FIG. 5, investigation identified as vanadium carbide,
shows the mixing rule that the average load on the carbide phase when the samples were solidified is at least 0.6 castings of the eutectic systems by induction 10 s kp / cm 1 if the components for the carbide phase begin to melt An argon measured elastic modulus of 3.52 x 10 "kgf / cm 2 atmosphere was produced. All eutectics were assumed to be clay. Ground crucibles were used; each ingot was broken into smaller ones

Die Mischungsregel kann ausgedrückt werden durch: Stücke zerschnitten und in langen zylinderförmigenThe rule of mixing can be expressed by: pieces cut up and into long cylindrical pieces

Tiegeln angeordnet, in welchen die Eutektika wiederCrucibles arranged in which the eutectics again

"e = Kw + (1 — Vf)Om, 50 geschmolzen wurden und unter einer Argonatmo-"e = Kw + (1 - Vf) Om, 50 were melted and under an argon atmosphere

. Sphäre einseitig gerichtet erstarrten, indem der Tiegel. Sphere directed unilaterally solidified by the crucible

worin bedeutet: nach unten aus einer Hitzezone herangezogen wurde,wherein means: th to un was used from a heat zone,

δα die Zugfestigkeit der faserverstärkenden Legie- die wenn η°ι«& entweder durch Induktionsheizung δα the tensile strength of the fiber-reinforcing alloy - if η ° ι «& either by induction heating

rung oder in einem widerstandsbeheizten Graphitofen tion or in a resistance heated graphite furnace

Vf der Volumenanieil der faserartigen Phase, 55 erzeugt wurde. Vf is the volume of the fibrous phase that was generated.

if die durchschnittliche Festigkeit der faserartigen Die Zugprüfung der einseitig gerichtet erstarrten i f the average strength of the fibrous The tensile test of the unidirectional solidified

Phase und Legierungen wurde nut Probestucken durchgeführt,Phase and alloys were carried out using test pieces,

dm die Festigkeit der Matrix bei der Belastungs- die so bearbeitet waren, daß die Belastungsrichtung d m the strength of the matrix at the time of loading, which were machined in such a way that the loading direction

grenze der Legierung. zar Wachstumsnchtung parallel war. Die Probestuckelimit of the alloy. zar growth direction was parallel. The specimens

60 wurden unter Verwendung einer Tinios-Olsen-Ver-60 were made using a Tinios-Olsen method

Gerichtet erstarrte Ni — NbC-Eutektika und TD- suchsmaschine bis zum Bruch mit einer Belastungs-Nickel wurden auch unter Spannung bei erhöhten geschwindigkeit von 0,25 mm/Min, bei Raumtempe-Temperaturen in Luft untersucht; die Versuchsergeb- ratur und einer Geschwindigkeit von 1,78 mm/Min, nisse sind in F i g. 6 dargestellt, die zeigt, daß das bei erhöhter Temperatur belastet Die Kriechgrenze eutektische Material bei allen Versuchstemperaturen 65 wurde in einem Kriechbruchprüfer von Satec Modell D stärker als TD-Nickel ist und auch die Zugdehnung bei verschiedenen Belastungen unter dem Schutz von des Ni — NbC-Eutektikums viel größer als die des Argon gemessen und die Dehnung wurde durch K reuz-TD-Nickels bei erhöhten Temperaturen. kopfausschlag gemessen.Directionally solidified Ni - NbC eutectics and TD search engine to break with a stress nickel were also under tension at increased speed of 0.25 mm / min, at room temperature examined in air; the test result and a speed of 1.78 mm / min, nits are in Fig. 6, which shows that the stressed at elevated temperature The creep limit Eutectic material at all test temperatures 65 was tested in a Satec Model D creep rupture tester is stronger than TD-Nickel and also the tensile elongation at various loads under the protection of of the Ni - NbC eutectic was measured to be much larger than that of argon and the elongation was measured by K reuz-TD nickel at elevated temperatures. head rash measured.

Kontinuierliche Bestimmungen der Gewichtszunahme wurden an Plattenmustern in Sauerstoff unter atmosphärischem Druck im Bereich von 700 bis 950° C unter Verwendung einer Thermowaage von A i η s w ο r t h ausgeführt.Continuous determinations of weight gain were made on plate samples in oxygen atmospheric pressure in the range of 700 to 950 ° C using a thermal balance of A i η s w ο r t h carried out.

Die Festigkeit der Carbidfasern in den Legierungen nähert sich der theoretischen Zeitbruchdehnung. DieThe strength of the carbide fibers in the alloys approaches the theoretical elongation at break. the

Eutektika zeigen eine Reckspannung, die größer ist als die elastische Dehnungsfähigkeit der Carbidfasern. Die Mikrostrukturen sind '^ei den erhöhten Temperaturen stabil, die sowohl hinsichtlich der metallurgischen Verarbeitung wie auch der chemischen Verhaltens der Eutektika von praktischer Bedeutung sind.Eutectics show a stretching stress that is greater than the elastic extensibility of the carbide fibers. The microstructures are stable at the elevated temperatures, which are of practical importance both with regard to metallurgical processing and the chemical behavior of the eutectics.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

309 «9/2©309 «9/2 ©

Claims (2)

I 2 Wärmeaustauscherrohren geeignet sind, aber nicht an Patentansprüche: die Stelle von Superlegierungen treten können. Aus der deutschen Patentschrift 1061 520 sindI 2 heat exchanger tubes are suitable, but not patent claims: can take the place of superalloys. From the German patent specification 1061 520 are 1. Hochwarmfester anisotrop erstarrter Guß- Co — Ni — V-Legierungen mit einer Vickershärte und körper mit ausgerichteten faden- oder lamellen- 5 einem Ε-Modul, die bei Temperaturen oberhalb 5000C förmigen Carbidausscheidungen, bestehend aus mit der Zeit konstant bleiben, bekannt; ein Gußkörper· der Legierung des Nickels mit dem Monocarbid erfindungsgemäßer Struktur ist dieser Druckschrift des Titans oder des Niobs in quasibinärer eutek- jedoch nicht zu entnehmen.1. High-temperature anisotropically solidified cast Co - Ni - V alloys with a Vickers hardness and body with aligned filament or lamellar 5 a Ε module, which at temperatures above 500 0 C shaped carbide precipitates, consisting of remain constant over time, known; a cast body of the alloy of nickel with the monocarbide of the structure according to the invention can, however, not be inferred from this publication of titanium or niobium in quasi-binary eutek-. tischer Zusammensetzung. Die quasibinären Eutektika der Legierungen, austable composition. The quasi-binary eutectics of the alloys, from 2. Hochwarmfester anisotrop erstarrter Guß- io denen der erfindungsgemäße Gußkörper besteht, erkörper mit ausgerichteten faden- oder lamellen- starren in kubisch flächenzentrierter Struktur, und ihre förmigen Carbidausscheidungen, bestehend aus Erstarrung verläuft, wie aus der USA.-Patentschrift der Legierung des Kobalts mit dem Monocarbid 3 124 452 bekannt, in einer Richtung, so daß sich eine des Vanadiums oder des Niobs in quasibinärer geordnete Mikrostruktur bildet, die aus im allgemeinen eutektischer Zusammensetzung. 15 parallelen Stäbchen oder Lamellen der vorherrschenden Carbidphase besteht, welche in eine feste Lösungsmatrix des Metalls eingebettet sind. Eine geordnete 2. High-temperature anisotropically solidified castings which the cast body according to the invention consists of with aligned filamentary or lamellar rigid in a face-centered cubic structure, and their shaped carbide precipitates consisting of solidification runs, as from the USA patent specification the alloy of cobalt with the monocarbide 3 124 452 known, in one direction, so that a of vanadium or niobium in a quasi-binary ordered microstructure, which generally consists of eutectic composition. 15 parallel rods or lamellae of the predominant Carbide phase consists, which are embedded in a solid solution matrix of the metal. An orderly one Mikrostruktur dieser Art wird nachstehend als feinfaserig und die verstärkende Phase als faserartig toe-20 zeichnet.Microstructure of this type is hereinafter referred to as fine-fiber and the reinforcing phase as fiber-like toe-20 draws. Die erfindungsgemäßen Gußkörper weisen nicht nurThe cast bodies according to the invention not only have Um die Schub- und Leistungscharäkteristiken von Festigkeiten auf, die mit denen der TD-Nickel-In order to compare the thrust and performance characteristics of strengths with those of the TD nickel Gasturbinen zu erhöhen, sind die Turbineneinlaß- legierungen bei 1093:C vergleichbar sind, sondernTo increase gas turbines, the turbine inlet alloys at 1093 : C are rather comparable temperaturen schon über die Temperaturwiderstands- zeigen auch eine deutliche Überlegenheit gegenüberTemperatures above the temperature resistance also show a clear superiority over fähigkeit der üblichen Superlegierungen auf der Basis 25 diesen in den unter 982°C liegenden Temperatur-ability of the usual superalloys on the basis of 25 these in the temperature below 982 ° C von Nickel und Kobalt erhöht worden. Aus diesen bereichen.been increased by nickel and cobalt. From these areas. Legierungen hergestellte Maschinenteile erfordern Die Erfindung wird nachstehend an Hand derMachine parts made from alloys require the invention will be described below with reference to the deshalb bei diesen hohen Temperaturen eine Kühlung. Zeichnung weiter erläutert. Es zeigttherefore cooling at these high temperatures. Drawing further explained. It shows Obwohl aus der Verwendung feuerfester Metall- I i g. 1 eine Fotografie der Mikrostruktur einesAlthough from the use of refractory metal I i g. 1 is a photograph of the microstructure of a legierungen für ungekühlte Maschinenteile an sich 3° Ni NbC-Eutektikums, das einseitig gerichtet mitalloys for uncooled machine parts per se 3 ° Ni NbC eutectic, which is directed on one side with Fortschritte möglich sind, unterliegen diese Legie- einer Geschwindigkeit von 2,8 cm/h erstarrt ist; dieAdvances are possible, this alloy is subject to solidification at a rate of 2.8 cm / h; the rungen im allgemeinen einer raschen Oxydation und Aufnahme erfolgt quer zur Erstarrungsrichtung,In general, rapid oxidation and absorption occurs across the direction of solidification, Erosion. Überzüge für diese Legierungen, die einen F i g. 2 eine Fotografie der Mikrostruktur — imErosion. Coatings for these alloys which have a fig. 2 a photograph of the microstructure - im entsprechenden Widerstand gegenüber dem Angriff Längsschnitt — eines Ni V- NbC-Eutektikums, dascorresponding resistance to the attack longitudinal section - a Ni V- NbC eutectic, the von Gas auf das Metall in einer Strahlturbine erforder- 35 einseitig gerichtet mit einer Geschwindigkeit vonof gas on the metal in a jet turbine required- 35 directed unidirectionally at a speed of liehenfalls für tausende von Stunden bilden können, 2,5 cm h erstarrt ist; die faserartige Phase bestehtif necessary, can form for thousands of hours, has solidified 2.5 cm h; the fibrous phase consists sind zur Zeit nicht verfügbar. überwiegend aus Carbid.are currently not available. predominantly made of carbide. Durch Dispersion verstärkte Legierungen auf der F i g. ? ein Kurvenbild der normalen freien EnergienAlloys reinforced by dispersion on FIG. ? a graph of normal free energies Basis von Nickel und Kobalt, wie das TD-Nickel bei der Bildung einiger Carbide als Funktion der Tem·Base of nickel and cobalt, like the TD-nickel in the formation of some carbides as a function of the tem (98° „ Nickel, 2° „ Thoriumdioxid), sind den üblichen 40 peratur,(98 ° "nickel, 2 °" thorium dioxide), are the usual 40 temperature, Superlegierungen bei 1093 C und mehr eindeutig F i g. 4 ein als gegeben vorausgesetztes Zustands-Superalloys at 1093 C and more clearly F i g. 4 a given condition überlegen. Dieser Überlegenheit steht irdes eine Be- kurvenbild der Ni — NbC-Legierung,think. This superiority is represented by a curve diagram of the Ni - NbC alloy, einträchtigung der Festigkeit bei 9821C und weniger. F i g. 5 ein Kurvenbild des Spannungs-Dehnungs-Impairment of strength at 982 1 C and below. F i g. 5 a graph of the stress-strain der Biegsamkeit und der Korrosionsfestigkeit bei \erhaltens der Ni-- NoC-Legierungen,the flexibility and the corrosion resistance while maintaining the Ni-NoC alloys, erhöhten Temperaturen, sowie eine beschränkte Her- 45 F i g. 6 ein Kurvenbild der Zugfestigkeit deselevated temperatures, as well as a limited Her- 45 F i g. 6 is a graph showing the tensile strength of the stellbarkeit entgegen. Ni — NbC-Eutektikums und einer TD-Nickellegie-counteractability. Ni - NbC eutectic and a TD nickel alloy Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rung in Abhängigkeit von der Temperatur: dasThe present invention is based on the object, depending on the temperature: the diesem Nachteil abzuhelfen. Die Lösung dieser Auf- Ni NbC-Eutektikum versagte nicht während einesto remedy this disadvantage. The solution of this on-Ni NbC eutectic did not fail during one gäbe ermöglicht ein hochwarmfester anisotrop er- Zeitraums von 258 Stunden.would allow a highly heat-resistant anisotropic period of 258 hours. starrter Gußkörper mit ausgerichteten faden- oder 5° Fig.TeinenVergleichderZugfestigkeiteinerTD-Niklamellenförmigen Carbidausscheidungen, der gemäß kellegierung und des Ni — NbC-Eutektikums in Abvorliegender Erfindung aus Legierungen des Nickels hängigkeit \ on der Temperatur,
mit einem Monocarbid des Titans oder Niobs in Was mechanischen Beanspruchungen angeht, verquasibinärer eutektischer Zusammensetzung bzw. aus sagen die üblichen Legierungen auf der Basis von Legierungen des Kobalts mit einem Monocarbid des 55 Nickel und Kobalt häufig bei den Betriebsbedingungen Vanadiums oder Niobs in quasibinärer eutektischer der Gasturbinen, weil schon 93 C und weniger unter-Zusammenset/ung besteht. halb ihres Schmelzpunktes liegende Betriebstempe-
Rigid cast body with aligned filamentary or 5 ° Fig. A comparison of the tensile strength of a TD-Nik lamellar carbide precipitate, which according to the tapered alloy and the Ni - NbC eutectic in the present invention from alloys of nickel depends on the temperature,
With a monocarbide of titanium or niobium in a quasi-binary eutectic composition or from say the usual alloys based on alloys of cobalt with a monocarbide of nickel and cobalt often with the operating conditions of vanadium or niobium in a quasi-binary eutectic gas turbine , because there is already 93 C and less under-composition. operating temperature half of its melting point
Aus der deutschen Patentschrift 1 225 394 sind raturen die Mikrostrukturen der Legierungen schäddurch Niobcarbidausscheidungen verstärkte Nickel- lieh beeinflussen. Die Wirksamkeit einer Teilchenlegierungen bekannt. Diese Entgegenhaltung offenbart 60 verstärkung und einer Verstärkung der festen Lösung indes weder eine Legierung aus Nickel und Niobium- wird ebenfalls wesentlich beeinträchtigt, weil eine carbid in eutektischer Zusammensetzung noch eine thermische Aktivierung zu einer unerwünschten pla-Nickellegierung, die durch Fasern aus Niobiumcarbid stischen Verformung führt.From the German patent specification 1,225,394, the microstructures of the alloys are damaging Niobium carbide precipitates affect reinforced nickel borrowed. The effectiveness of a particle alloy known. This reference discloses 60 reinforcement and solid solution reinforcement however, neither an alloy of nickel and niobium is also significantly affected because a carbide in eutectic composition still a thermal activation to an undesirable pla-nickel alloy, which leads to elastic deformation through fibers made of niobium carbide. verstärkt ist. Auf eine Faserverstärkung kommt es bei Zur Herstellung von erhöhten Temperaturen aus-is reinforced. A fiber reinforcement is important for the production of elevated temperatures der bekannten Legierung auch gar nicht an; diese 65 gesetzten Bauteilen haben sich die metallfaserverstärk-the well-known alloy does not appear at all; these 65 set components have the metal fiber reinforced Legierung soll sich durch eine gute Leitfähigkeit und ten Metallmatrix-Verbundstoffe als Erfolg versprechendAlloy is said to be promising due to its good conductivity and ten metal matrix composites hohe Festigkeit auszeichnen, so daß Legierungen gezeigt,characterized by high strength, so that alloys are shown dieser Art zur Herstellung von Kondensator- und Die mechanische Festigkeit dieser Stoffe hängt inthis type for the production of capacitor and The mechanical strength of these substances depends in
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