DE2132022A1

DE2132022A1 - Hochwarmfeste legierung auf der basis von nickel und kobalt

Info

Publication number: DE2132022A1
Application number: DE19712132022
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl-Ing Karsten; Rolf Dr Rer Nat Scharwaechter; Heinrich Dr Phil Nat Winter
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1971-06-28
Publication date: 1973-01-11

Description

Hochwarmfeste Legierung auf der Basis von Nickel und Kobalt Hochwarmfeste Legierungen auf der Basis von Nickel enthalten in den meisten Fällen im wesentlichen mischkristallbildende Zusätze von Chrom und/oder Molybdän und/oder Tantal und/6der Wolfram und ausscheidungsbildende Zusätze von Alllminium und Titan und/oder Niob und/oder Tantal.
Teilweise werden auch größere Anteile an Kobalt und sehr geringe Anteile an Bor, Zirkon und Kohlenstoff zugefügt.
Die wichtigste ausscheidungshärtende Phase in nahezu allen hochwarmfesten Nickellegierungen ist die kohärente y'-Phase Ni3X. Dabei steht X im wesentlichen für Aluminium. Volumenanteil, form, Grenfläche und Diffusionsverhalten der v'-Phase bestimmen daher weitgehend die Kriechfestigkeit. Die höchstmögliche Einsatztemperatur ist durch die Auflösung der y§-Phase begrenzt. Sic beträgt bei hochwarmfesten Nickellegierungen bei 1000 h und 15 kp/mm² etwa 900 °C.
Hochwarmfeste Legierungen auf der Basis von Kobalt sind ähnlich wie die Legierungen auf Basis von Nickel aufgebaut.
Sie enthalten in den meisten Fällen im wesentlichen mischkristallbildende Zusätze von Chrom und/oder Nickel und/oder Molybdän und/oder Wolfram und ausscheidungsbildende Zusätze von Kohlenstoff und/oder Titan und/oder Niob und/oder Tantal.
Teilweise werden auch geringe Anteile an Aluminium, Bor und Zirkon zugefügt Die Ausscheidungshärte hochwarrnfester Kobaltlegierungen wird bevorzugt durch karbidische Phasen hervorgerufen, wie MC, M7C3, M23C6, M6C und M3C2. Dabei stcht M im wesentilchen für die obengenannten ausscheidungsbildenden Zusätze und Chrom.
Je nach Legierungszusammensetzung und Wärmebehandlung treten die Carbide einzeln oder gemeinsam auf. Wie bei den Nickellegierungen wird auch bei den Kobaltlegierungen die höchstmögliche Einsatztemperatur durch die Auflösung der carbidischen Phasen begrenzt. Sie beträgt bei 100 h und 15 kp/mm² etwa 850 C.
Es ist daher der Grundgedanke der folgenden Erfindung, die Y'-Phase bzw. die Carbide in diesen Legierungen teilweise oder ganz durch Nitride insbesondere der Gruppe IVa zu ersetzen. Es wurde nun festgestellt, daß sich Nitride bis zu einer Temperatur' von 1200 °C nicht in der Nickelmischkristall- bzw. Kobaltmischkristallmatrix lösen. als Nitridbildner kommen besonders die Metal je der Gruppe IVa des periodischen Systems Titan, % irkoll und Hafnium in Frage. Das Einbringen der'Nitride erfolgt entweder durch Erschmelzen der Legierung mit Anteilen an Nitridbildnern in einer Stickstoffatmosphäre unter Druck oder durch Zugabe einer Cr-N oder Mn-N Vorlegierung zur Schmelze der Legierungen mit Anteilenian Nitridbildnern.
Cr-N oder Mn-N Vorlegierungen lassen sich durch Erschmelzen von Chrom oder Mangan in einer Stitkstoffatmosphäre unter Druck herstellen. Die Vorlegierungen lösen sich in der Schmelze der Legierung und geben den Stickstoff an die Nitridbildner ab. Nach unseren Untersuchungen werden mit den obengenannten Verfahren die Nitride fein und regelmäßig verteilt in den Kristallkörnern ausgeschieden. Eine besonders feine Teilchengröße der Nitride kann durch rasche Erstarrung der Schmelze - z.B durch Verdüsen - erreicht werden Im folgenden wird die. Zusammensetzung einiger der entwickelten Legierungen auf der Basis von Nickel angegeben (Angaben in 1. Ni - 6Cr - 5Al - 9W - 1,2Zr - 0,20N - 9Co - 3Ta 2. Ni - 9Cr - 3Al -12W - 1,5Zr - 0,25N 3. Ni -12Cr - lAl -15W - 2 Zr - 0,30N Die Legierungen werden vorzugsweise durch Verdüsen und Strangpressen hergestellt. Unter den obengenannten Bedingungen erreicht die Legierung 1 eine Einsatztemperatur bis etwa 1000 OC, die Legierung 2 eine Einsatztemperatur bis etwa 1020 OC und die Legierung 3 eine Einsatztempératur bis etwa 1050 OC.
Einige entsprechend entwickelte Legierungen auf- der Basis von Kobalt haben die folgende Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%) : 1. Co - 21Cr - 10 Ni - 7W - 4Ta - 0,5Al - 2Zr - 0,30N 2. Co - 21Cr - 9W - 6Ta-0,5Al- 3 Zr - IN 3. Co - 21Cr - 12W - 0,7Ti - 3Zr - 1N Die Legierungen werden ebenfalls vorzugsweise durch Verdüsen und,Strangpressen hergestellt. Unter den obengenannten Bedingungen erreichen die Legierungen eine Einsatztemperatur bis etwa 1000 0C.

Claims

Patentansprüche

1. Hochwarmfeste Legierungen auf der Basis von Nickel mit bis zu 25 Gew.-% Or und/oder 25 Gew.-% Co und/oder 25 Gew.-% Fe, bis zu 25 Gew.-% W, bis zu 10 Gew.-% Al, bis zu 15 Gew.-% Mo + Nb + Ta + Re, bis zu 1,5 Gew.-/% an seltenen Erden und/oder Y und bis zu 1 Gew.-% B und/oder C, dadurch gekennzeichnet, daß diesen bis zu.

5 Gew.-% Ti und/oder bis zu 6,0 % Zr und/oder bis zu 7 Gew.-% Hf in Kombination mit bis zu 3 Gew.-% N zugesetzt wird.

2. Hochwarmfeste Legierungen auf der Basis von Kobalt mit bis zu 25 Gew.-% Cr und/oder bis zu 25 Gew.-% Ni und/oder bis zu 5 Gew.-% Fe, bis zu'25 Gew.-% W, bis zu 10 Gew.-% Al, bis zu 15 Gew.-% Mo + Nb + Ta + -V + Re, bis zu 1,5 Gew.-% an seltenen Erden und/oder Y und bis zu 1 Gew.-% B und/oder C, dadurch gekennzeichnet, daß diesen bis zu 5 Gew.-% Ti und/oder bis zu 6,0 % Zr und/oder bis zu 7,0 Gew.-% Hf in Kombination mit bis zu 3 Gew.-% N zugesetzt wird.

3. Hochwarmfeste Legierungen auf der Basis von Nickel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese 5 bis zu 20 Gew.-% Co, 20 Gew.-% Cr, bis zu 7 Gew.-% Al, 7 bis zu 12 Gew.- W + bis zu 8 Gew.-% Ta sowie 0,5 bis 5 Gew.-% Zr und/oder bis zu 5,0 Gew.-% Ti und/oder bis zu 6 Gew.-% Hf und 0,10 bis 1,0 Gew.-% N enthält.

4. Hochwarmfeste Legierung auf der Basis von Nickel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese 7 bis 1-2 Gew.-% Cr, 2 bis 5 Gew.-% Al, 7 bis 12 Gew.-% W sowie 0,5 bis 3,0 Gew.-% Zr und/oder 1,0 bis 3,0 Gew.-% Ti und/oder 0,5 bis 3 Gew.-% Hf und 0,15 bis 0,60 Gew.-% N enthält.

5. Hochwarmfeste'Legierung auf der Basis'von Kobalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese 5 bis 25 Gew.-% Cr, 5 bis 15 Gew.-% Ni, 7-bis 15 Gew.-% W, bis zu 2 Gew.-% Al, bis zu 10 Gew.-% Ta sowie 0,5 bis 5 Gew.-% Zr und/oder bis zu 5 Gew.-% Ti und/oder bis zu 6 Gew.-0 Hf enthält.

6. Hochwarmfeste Legierungen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß deren Schmelzen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 103 0C/sec', insbesondere durch Verdüsen oder Granulieren, abgekühlt werden und anschließend zu Formkörpern verarbeitet werden, insbesondere durch isostatisches Heißpressen oder Strangpressen.

7. Hochwarmfeste Legierungen nach Anspruch 1-bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß daraus Rotor- und/oder Statorschaufeln für Gasturbinen hergestellt werden.