DE2052252A1 - Nickellegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ausscheidungshärtbare Nickellegierung mit hoher Zähigkeit.

Bei hochwarmfesten Legierungen, wie sie beispielsweise als Werkstoff für Dampf- oder Gasturbinen zur Verwendung kommen, ergab sich bislang stets die Schwierigkeit, eine angemessene Duktilität sicherzustellen, ohne die übrigen Werkstoffeigenschaften wie die Zeitstandfestigkeit, Kriechfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu beeinträchtigen. Dies gilt insbesondere für Legierungen mit niedrigem Chromgehalt. So wurde festgestellt, daB derartige Legierungen bei 600 bis 900⁰C einem Zähigkeitsabfall unterliegen, der häufig die Ursache von Fehlern λ an Teilen ist, die bei dieser Temperatur beansprucht werden.

Die vorerwähnten Nachteile treten bei der erfindungsgemäSen Nickellegierung mit 0 bis 14,5% Chrom, 0 bis 2096 Kobalt, 0 bis 2596 Wolfram, 0 bis 596 Eisen, 0 bis IO96 Molybdän, 4 bis 1296 Titan und Aluminium, 0 bis 1296 Tantal, 0 bis 6j6 Niob, 0 bis 396 Vanadin, 0 bis 1,596 Zirkonium und insgesamt 0,005 bis 0,1596 mindestens eines der Elemente Yttrium, Lanthan, Thorium und Zer, Rest Nickel einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreini-

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gungen, nicht auf. Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Legierung 0,02 bis 0,12% Yttrium oder Lanthan, beispielsweise 0,05 bis 0,10%, besser noch 0,02 bis 0,07%. Enthält die Legierung Zer, so beträgt dessen Gehalt vorzugsweise 0,005 bis 0,07%. Außerdem kann die erfindungsgemäße Legierung noch bis 0,5% Kohlenstoff, bis 0,5% Mangan, bis 0,3% Silizium und bis 0,3% Bor enthalten.

Die erfindungsgemäße Legierung wird normalerweise im Vakuum; beispielsweise im Vakuum-Induktionsofen erschmolzen, wobei Yttrium, Lanthan, Thorium oder Zer nach dem Einschmelzen zugesetzt werden und die Schmelze vorzugsweise unter Inertgas vergossen wird. Die Legierung kann jedoch auch vor der Zugabe von Yttrium, Lanthan, Thorium oder Zer im Vakuum etwa durch ein langer andauerndes Umrühren der Schmelze im Vakuum-Induktionsofen, beispielsweise durch ein 15 bis 60-minütiges Umrühren bei 1AOO bis 16OO°C, vorzugsweise bei etwa 1500°C und einem Druck von höchstens 100 Mikron, vorzugsweise höchstens 10 Mikron, besser jedoch von höchstens 2 Mikron, mit anschließendem Einleiten von Inertgas, beispielsweise Argon, bei mäßigem Druck von beispielsweise 100 mm QS gefeint und danach das Yttrium, Lanthan, Thorium und/oder Zer zugesetzt werden. Vorzugsweise wird die Schmelze 30 Minuten bei einem Druck von etwa 1 Mikron in einem Vakuum-Induktionsofen gefeint, dessen Tiegel sich völlig innerhalb der Induktionswicklung befindet und nur zu einem bis zwei Dritteln mit in heftiger Bewegung befindlicher Schmelze gefüllt ist. Dabei befindet sich der obere Teil der Spule über dem Badspiegel, wodurch die Rührwirkung beim Betrieb des Ofens verstärkt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in erster Linie darin, den vorerwähnten Duktilitätsabfall

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zu vermeiden, darüber hinaus aber auch die Duktilität bei anderen Temperaturen sowie die übrigen mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zeitstandfestigkeit und das Krie chverhalten zu verbessern. ISn die höhere Duktilität nachzuweisen, wurde die Wirkung von Yttrium, Lanthan, Thorium und Zer bei verschiedenen Versuchslegierungen mit den in der nachfolgenden Tabelle I wiedergegebenen Zusammensetzungen untersucht.

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Tabelle I

Legierung C Cr Co Mo W Nb Ta Ti Al Zr B Fe Ni

(96) 00 06) 06) 06) 06) 06) 00 00 (96) (96) (96) (96)

1 0,1 8,1 9,9 6,05 - - 4,1 0,95 5,75 0,12 0,019 - Rest

2 0,1 10,1 10,0 4,05 - - 3,65 5,8 0,14 0,015 - ⁿ

3 0,13 5,8 - 2,02 10,9 1,40 - - 6,7 0,13 0,018 - »

4 0,05 12 4,7 - 2 - 0,65 6,0 0,10 0,012 - »

5 0,10 12,2 - 4,2 - 2,3 - 0,8 6,3 0,12 0,018 - «

6 0,15 9,1 10,0 2,2 9,8 - 1,5 1,3 5,5 0,05 0,018 «

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Bei den Versuchen wurden jeweils 50 kg-Schmelzen in einem 55 kg-3-kHz-Vakuum-Induktionsofen eingeschmolzen und 30 Minuten bei 1500⁰C unter einem Druck von etwa 1 Mikron gehalten. Die Schmelzen wurden alsdann in üblicher Weise zu 10 kg-Stäben gegossen. Die Stäbe wurden in 4 kg-Stücke unterteilt und in einem 10 kg-4-kHz-Vakuum-Induktionsofen in üblicher Weise umgeschmolzen. Dabei wurden den 4 kg-Schmelzen nach Einleiten von Argon unter einem Druck von mm QS verschiedene Mengen Yttrium , Lanthan, Thorium und Zer zugesetzt und die Schmelzen in erwärmte feuerfeste Formen zu Probekeilen abgegossen. Zu Vergleichszwecken wurde i

einer Versuchsschmelze der Legierung 1 Magnesium zugesetzt.

Aus den Keilen wurden Proben herausgearbeitet und Kurzversuchen zur Ermittlung der Zugfestigkeit, des Kriechverhaltens und der Zeitstandfestigkeit unterworfen.

Die Versuchsergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen II und III zusammengestellt und zeigen, daß die Lanthan, Yttrium, Thorium oder Zer in einer Menge von 0,01 bis 0,14% enthaltenden Legierungen eine erhöhte Dehnung besitzen und in einigen Fällen auch die übrigen mechanischen Eigenschaften wie die Kriechzähigkeit und Zeitstandfestig- ™ keit bei Zwischentemperaturen von beispielsweise 760°C und die Zugfestigkeit verbessert worden sind.

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Die Daten der Tabelle II zeigen, daß sich in einigen Fällen eine gewisse Beeinträchtigung des Zeitstahdverhaltens bei ■ 980⁰C ergab. Im allgemeinen wurde jedoch festgestellt, daß die geringe Beeinträchtigung des Zeitstandverhaltens bei der Yttrium enthaltenden Legierung etwas geringer ist als bei der Lanthan enthaltenden Legierung, weswegen das Yttrium als Legierungszusatz vorzuziehen ist.

Die Daten der Tabelle III beziehen sich auf Versuche an Legierungen, die Thorium, Zer, Magnesium und Mischmetall mit 6596 Zer und 3596 Lanthan enthielten. Thorium wirkt sich ähnlich günstig wie Yttrium aus, allerdings mit einer geringen Beeinträchtigung des Zeitstandverhaltens bei 98O⁰C, während sich das Zer günstig auf das Zug- und Kriechverhalten bei 760, jedoch beeinträchtigend auf das Zeitstandverhalten bei 980⁰C auswirkt und das Magnesium sämtliche der erwähnten mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt. Die Verwendung von Mischmetall stellt eine kostengünstige Möglichkeit zum Legieren mit Lanthan dar, wenngleich das Mischmetall etwa die doppelte Menge Zer enthält und sich zwar günstig auf die Duktilität bei 76O C, jedoch nachteilig auf das Zeitstandverhalten bei 980⁰C auswirkt.

Beispiele anderer Legierungen, deren Dehnung beim Zugversuch erfindungsgemäß durch die Zugabe von Yttrium, • Lanthan, Thorium und/oder Zer verbessert werden kann, sind in der nachfolgenden Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

Legle- C Cr Co Mo W Nb Ta Ti Al Zr B Fe Ni rung (#) (J6) (96) (*) (96) (96) (96) (96) (96) (#) (96) (96) (96)

7	O	,1	3	12	3	—	19 -	3	- 5,	75	0,35	0,03	- Rest
8	O	,08	-	15	,5	8	β	- 6		0,05	0,10

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Claims (7)

International Nickel Limited, Thames House, Millbarik, London. S. ¥. 1, Großbritannien Patentansprüche;

1. Nickellegierung, bestehend aus 4 bis 12% Titan und Aluminium, O bis 14,5% Chrom, O bis 20% Kobalt, 0 bis 25% Wolfram, 0 bis 10% Molybdän, 0 bis 12% Tantal,. 0 bis 6% Niob, 0 bis 5% Eisen, 0 bis 3% Vanadin, 0 bis 1,5% Zirkonium, bis 0,5% Kohlenstoff, bis 9,5% Mangan, bis 0,3% Silizium, bis 0,3% Bor, insgesamt 0,005 bis 0,15% mindestens eines der Elemente Yttrium, Lanthan, Thorium oder Zer, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel.

2. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch 0,005 bis 0,15% Yttrium und/oder Lanthan enthält.

3. Legierung nach Anspruch 2, die jedoch 0,05 bis 0,1% Yttrium und/oder Lanthan enthält.

4. Legierung nach Anspruch 2, die jedoch 0,02 bis 0,07% Yttrium und/oder Lanthan enthält. Λ

5. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch 0,005 bis 0,07% Zer enthält.

6. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 5 als Werkstoff für Gegenstände, die eine hohe Dehnung besitzen müssen.

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- ίο -

7. Verwendlang einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 5 als Werkstoff für Gegenstände, die wie Dampf- oder Gasturbinenteile teilweise einer Temperatur von 600 bis 900⁰C ausgesetzt sind und bei dieser Temperatur eine hohe Zugdehnung besitzen müssen.

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