DE69017448T2 - Legierung auf der basis von nickel-aluminium für konstruktive anwendung bei hoher temperatur. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung liefert bei hoher Temperatur gewinnbare Nickelaluminidlegierungen, die Nickel, Aluminium, Bor und Zirkonium und in einigen Fällen Titan oder Kohlenstoff enthalten.
• Intermetallische Legierungen auf der Basis von Trinickelaluminid (Ni&sub3;Al) haben ungewöhnliche Eigenschaften, die sie für Konstruktionszwecke bei erhöhten Temperaturen attraktiv machen. Die Legierungen besitzen die ungewöhnliche mechanische Eigenschaft, daß sie mit steigender Temperatur die Streckgrenze erhöhen, während bei herkömmlichen Legierungen die Streckgrenze mit der Temperatur abnimmt.
• Aus unserer US-Patentschrift US-A-4 711 761 mit dem Titel "Duktile Aluminidlegierungen für Hochtemperaturanwendungen" ist bekannt, daß diese intermetallische Zusammensetzung erhöhte Streckgrenze bei der Zugabe von Eisen, erhöhte Duktilität bei der Zugabe von Bor und verbesserte Kaltverarbeitbarkeit bei der Zugabe von Titan, Mangan und Niob hat. Eine andere Verbesserung wurde in der Basis Nickelaluminid durch Zugabe von Hafnium und Zirkonium zusätzlich zu Eisen und Bor für verbesserte Festigkeit bei hohen Temperaturen gemacht, wie in unserer US-Patentschrift US-A-4 612 165 mit dem Titel "Duktile Aluminidlegierungen für Hochtemperaturanwendungen" beschrieben ist.
• Eines der Hauptprobleme, die mit der Benutzung der verbesserten Legierungen verbunden sind, bestand darin, daß sie bei hohen Temperaturen niedrige Duktilität zeigten. Da die Festigkeit der Legierungen mit steigender Temperatur anstieg und da industrielle Verarbeitung normalerweise ein Arbeiten mit den Legierungen bei hohen Temperaturen einschließt, entstanden Probleme bei der Verarbeitung der Legierungen zu erwünschten Formlingen unter Verwendung üblicher Gießereimethoden. Dieses Problem wurde in gewissem Umfang ausgeräumt, indem man den Eisengehalt hoch (in der Nachbarschaft von 16 Gew.-%) hielt und kleinere Veränderungen anderer Bestandteile vornahm, wie in unserer US-Patentschrift US-A-4 722 828 mit dem Titel "Bei hoher Temperatur verarbeitbare Nickel-Eisenaluminide" beschrieben ist. Die Legierungen mit hohem Eisengehalt sowie die Legierungen, die kein Eisen enthalten, erwiesen sich jedoch als versprödend, wenn sie bei erhöhten Temperaturen in einer sauerstoffhaltigen Umgebung bearbeitet wurden. In unserer US-Patentschrift US-A-4 731 221 mit dem Titel "Nickelaluminide und Nickel-Eisenaluminide für die Verwendung in oxidierenden Umgebungen" ist beschrieben, daß der Zusatz von bis zu etwa 8 Atom-% Chrom das Oxidations-Versprödungsproblem minimiert.
• Trotz der obigen und anderer Verbesserungen der Eigenschaft von Aluminidlegierungen bleiben noch Probleme bei der Herstellung und Verwendung der Legierungen bei Temperaturen oberhalb 1100 ºC. Beispielsweise enthielten die bekannten bei hoher Temperatur verarbeitbaren Legierungen Eisen, das Element, welches die Festigkeit bei hohen Temperaturen vermindert. Es ist daher erwünscht, eisenfreie Aluminidzusammensetzungen zu fertigen, die gute Verarbeitbarkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen zeigen. Außerdem wurde gefunden, daß beim Erhitzen der bekannten Legierungen, die Zirkonium (einen bekannten Bestandteil zur Verbesserung der Festigkeit bei hohen Temperaturen) enthalten, ein Eutektikum einer zirkoniumreichen Zusammensetzung an den Korngrenzflächen erzeugt wird, wenn die Erhitzungsgeschwindigkeit zwischen 1150 und 1200 ºC zu rasch ist, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und Duktilität der Legierung wesentlich reduziert wird.
• Es wurden daher Nickelaluminidlegierungszusammensetzungen gesucht, die zur Verarbeitung bei hohen Temperaturen im Bereich von etwa 1100 bis etwa 1200 ºC geeignet sind.
• Ein weiteres Ziel der Erfinder war es, eine Nickelaluminidlegierung zu bekommen, die verbesserte Verarbeitbarkeit, Duktilität und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 1200 ºC hat.
• Noch ein anderes Ziel der Erfinder war es, bei hoher Temperatur verarbeitbare Nickelaluminidlegierungen zu bekommen, die keiner wesentlichen Korrosion durch Oxidation unterliegen, wenn sie einer Luftumgebung bei hohen Temperaturen im Bereich von 1100 bis 1200 ºC ausgesetzt werden.
• Die vorliegende Erfindung liefert eine Nickelaluminidlegierungszusammensetzung, die zur Verarbeitung bei hohen Temperaturen im Bereich von 1050 bis 1200 ºC geeignet ist und in Atomprozenten aus 15,5 bis 18,5 % Aluminium, 6 bis 10 % Chrom, 0,05 bis 0,35 % Zirkonium, 0,08 bis 0,30 % Bor und gegebenenfalls bis zu 0,5 % Kohlenstoff und 0,2 bis 0,5 % Titan, wobei der Rest Nickel und gelegentliche Verunreinigungen ist, besteht. Die resultierenden Legierungen, worin Zirkonium im Bereich von 0,05 bis 0,35 Atom-% gehalten wird, besitzen verbesserte Festigkeit, Duktilität und Verarbeitbarkeit bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 1100 bis 1200 ºC, was die typischerweise bei Heißbearbeitungsverfahren auftretenden Temperaturen sind, wie beim Heißschmieden, Heißextrudieren und Heißwalzen. Die Zugabe von Titan im Bereich von 0,2 bis 0,5 Atom-% verbessert weiter die mechanischen Eigenschaften der Legierungen. Auch die Zugabe von bis zu 0,5 Atom-% (besonders 0,01 bis 0,5 Atom-%) Kohlenstoff verbessert die Heißverarbeitbarkeit der Legierungen. Eine besonders bevorzugte Aluminidzusammensetzung, die in die für die Legierungen der vorliegenden Erfindung angegebenen Bereiche fällt, enthält in Atomprozenten 17,1 % Aluminium, 8 % Chrom, 0,25 % Zirkonium, 0,25 % Titan, 0,1 % Bor und Rest Nickel.
• Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden weiter unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung dargelegt, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung zu sehen ist, in welcher
• Fig. 1(a) und
• Fig. 1(b) photographische Vergrößerungen (800fach bzw. 400fach), die die Mikrostruktur einer bekannten Legierung mit hohem Zirkoniumgehalt (1 Atom-% Zirkonium) erläutern und den Effekt des Erhitzens über 1000 ºC auf die Bildung unerwünschter zirkoniumreicher Zusammensetzungen an den Korngrenzflächen zeigen,
• Fig. 2 eine Kurve der Verdichtung gegen die Temperatur für Nickelaluminidlegierungen mit einem Gehalt an Zirkonium im Bereich der Erfindung ist und
• Fig 3 eine Kurve der Verdichtung gegen die Temperatur für Nickelaluminidlegierungen im Vergleich mit Heißverdichtungsergebnissen für Legierungen mit einer Zirkoniumkonzentration im Bereich der Erfindung (durch die Kurve wiedergegeben) und Legierungen, die Zirkonium oberhalb des Bereichs der Erfindung enthalten (durch die ausgefüllten Kreise gezeigt) ist.
• Die Zusammensetzungen der Erfindung enthalten Nickel und Aluminium zur Bildung eines polykristallinen intermetallischen Ni&sub3;Al, Chrom, Zirkonium, Bor und in bevorzugten Formen Titan und Kohlenstoff, wobei die Zirkoniumkonzentration im Bereich von 0,05 bis 0,35 Atom-% gehalten wird, um Zusammensetzungen zu liefern, die verbesserte mechanische Eigenschaften und verbesserte Verarbeitbarkeit bei hohen Temperaturen in der Nachbarschaft von 1200 ºC ohne das Auftreten eines wesentlichen Oxidationsgrades zeigen.
• Die Erfindung stammt aus der Erkenntnis, daß bekannte Legierungen, die relativ hohe Mengen an Zirkonium oberhalb etwa 0,4 Atom-% enthielten, ein Anzeichen von beginnendem Schmelzen in der Mikrostruktur während relativ raschen Erhitzens um 1150 ºC zeigten. Diese Wirkung wird in den photographischen Vergrößerungen der Fig. 1(a) und 1(b) erläutert, die die Mikrostrukturen von 1 Atom-% Zirkonium enthaltenden Nickelaluminidlegierungen vergleichen, wobei Fig. 1(a) das Auftreten von beginnendem Schmelzen in der Mikrostruktur bei einer hohen Erhitzungsgeschwindigkeit von etwa 100 ºC/10 min oberhalb 1000 ºC zeigt und Fig. 1(b) eine niedrige Erhitzungsgeschwindigkeit von etwa 100 ºC/h über 1000 ºC zeigt, wo es, wenn überhaupt, nur wenig beginnendes Schmelzen gibt. Die niedrigschmelzende Phase enthält einen hohen Zirkoniumgehalt, wahrscheinlich eine Phase vom Ni&sub5;Zr-Typ, und dürfte für die schlechte Heißverarbeitbarkeit und niedrige Duktilität der Legierung bei hohen Temperaturen in der Nachbarschaft von 1200 ºC verantwortlich sein. Während die niedrigschmelzende Phase metastabiler Natur ist und durch langsames Erhitzen der Legierungen oberhalb 1000 ºC unterdrückt werden kann, ist eine solche Erhitzungsmethode relativ ineffizient und der Unterdrückungsgrad schwierig zu steuern.
• Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß die Bildung einer niedrigschmelzenden metastabilen zirkoniumreichen Phase unterdrückt werden kann, indem man die Zirkoniumkonzentration im Bereich von 0,05 bis 0,35 Atom-% hält, um dabei die Notwendigkeit eines langsamen Erhitzungsverfahrens zu vermeiden. Das Zirkonium wird vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 bis 0,3 Atom-% gehalten, und die optimale Zirkoniumkonzentration dürfte etwa 0,25 Atom-% betragen.
• Das Aluminium und Chrom in den Zusammensetzungen der Erfindung werden im Bereich von 15,5 bis 18,5 bzw. von 6 bis 10 Atom-% vorgesehen. Die Chromkonzentration beeinfluß die Duktilität der Legierungen bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen, wie in unserer US-Patentschrift US-A-4 731 221 mit dem Titel "Nickelaluminide und Nickel-Eisenaluminide für die Verwendungen in oxidierenden Umgebungen" beschrieben ist. Eine hohe Chromkonzentration von 10 % bewirkt eine Abnahme der Duktilität bei Raumtemperatur, während eine niedrige Konzentration von etwa 6 % zu einer niedrigen Duktilität bei 760 ºC führt. Die optimale Chromkonzentration ist etwa 8 Atom-%. Die Aluminiumkonzentration beeinfluß die Menge an geordneter Phase in den Nickelaluminidlegierungen, und der optimale Gehalt liegt bei etwa 17,1 Atom-%.
• Das Bor wird eingeschlossen, um die Duktilität der Legierung zu verbessern, wie in unserer oben erwähnten US-Patentschrift US-A-4 711 761 beschrieben ist, in einer Menge im Bereich von 0,08 bis 0,30 Atom-%. Die bevorzugte Borkonzentration liegt bei 0,08 bis 0,25 Atom-%, und die optimale Borkonzentration liegt bei etwa 0,1 Atom-%.
• Die Zusammensetzungen können nach Standardverfahren hergestellt werden, um Gießlinge zu gewinnen, die gute Festigkeit und Duktilität bei 1200 ºC haben und die leichter zu erwünschten Formlingen mit Hilfe herkömmlicher Hochtemperaturverarbeitungstechniken verarbeitet werden. Tabelle 1 zeigt die mechanischen Eigenschaften im Zugversuch der Legierungen nach der Erfindung mit niedrigem Zirkoniumgehalt bei Temperaturen bis zu 1200 ºC in bezug auf Nickelaluminidzusammensetzungen, die kein Zirkonium oder Zirkonium im Überschuß zu dem hier als brauchbar für Nickelaluminidlegierungen mit verbesserten Eigenschaften beschriebenen Bereich enthalten. In Tabelle 1 enthält die Basislegierung IC-283 17,1 Atom-% Aluminium, 8 Atom-% Chrom, 0,5 Atom-% Zirkonium, 0,1 Atom-% Bor und Rest Nickel. In den anderen Legierungen IC-324, IC-323 und IC-288, in welchen die Zirkoniumkonzentration vermindert ist, bekommt man die Zirkoniumverminderungen durch Steigerung der Aluminiumkonzentration in entsprechender Menge. Die Legierungen werden hergestellt, und die Zugtests werden gemäß den Verfahren durchgeführt, die in unserer oben erwähnten US- Patentschrift US-A-4 612 165 beschrieben sind. Für die hier beschriebenen Testergebnisse werden alle Legierungen mit einer Geschwindigkeit von 100 ºC/10 min oberhalb 1000 ºC erhitzt. Tabelle 1 Wirkung von Zirkoniumzusätzen auf die mechanischen Eigenschaften bei Zug von chrommodifizierten Nickelaluminiden Festigkeit, mPa (ksi) Legierung Nr. Legierungzusätze (Atom-%) Streckgrenze Bruchfestigkeit Dehnung (%) Raumtemperatur
• Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Zusammensetzungen IC-324 und IC-323, die 0,2 bzw. 0,3 Atom-% Zirkonium einschließen, Streckgrenzen oberhalb 60 mPa und eine Duktilität oberhalb 30 % bei 1200 ºC haben. Bei der gleichen hohen Temperatur hat die Legierung IC- 283, die 0,5 Atom-% Zirkonium enthält, eine viel niedrigere Streckgrenze in der Nachbarschaft von 12 mPa und eine wesentlich niedrigere Duktilität von 0,5 %. Diese Ergebnisse zeigen an, daß das beginnende Schmelzen, dessen Auftreten man bei den bekannten Legierungen bei Raumtemperaturen oberhalb 1100 ºC fand, vermieden werden kann, indem man die Zirkoniumkonzentration im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,35 Atom-% hält, wobei der Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,3 Atom-% bevorzugt ist.
• Die Heißverarbeitbarkeit der Legierungen mit niedrigem Zirkoniumgehalt nach der Erfindung wurde mit Barren eines Durchmessers von 4 Inch (10,16 cm) bestimmt, welche einem Elektroschlackeschmelzen unterzogen wurden. Zylindrische Verdichtungsproben mit einem Durchmesser von 1 Inch (2,54 cm) und einer hänge von 1,5 Inch (3,81 cm) wurden durch elektrolytische spanabhebende Bearbeitung aus den Barren erhalten. Jeder Zylinder wurde eine Stunde auf die erwünschte Temperatur erhitzt und in Stufen von 25 % in einer 500 t- Schmiedepresse verdichtet. Nach jeder Stufe wurden die Proben hinsichtlich Oberflächenfehlern untersucht. Wenn die Oberfläche keinen Fehler zeigte, wurden die Proben eine weitere Stunde erneut erhitzt, und es fand eine weitere 25 %ige Reduktion statt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt, die das Heißschmiede-Ansprechen einer Legierung nach der Erfindung mit niedrigem Zirkoniumgehalt mit dem Heißschmiede-Ansprechen einer Legierung nach dem Stand der Technik mit hohem Zirkoniumgehalt vergleichen. Die spezielle Legierung mit niedrigem Zirkoniumgehalt nach Fig. 2 schließt 16,9 Atom-% Aluminium, 0,2 Atom-% Zirkonium, 8 Atom-% Chrom und Rest Nickel ein. Fig. 2 zeigt die Kurve, oberhalb welcher sicheres Schmieden für die Legierung möglich ist, die 0,2 Atom-% Zirkonium enthält. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß Blöcke der Legierung mit niedrigem Zirkoniumgehalt über einen Bereich von 1150 bis 1200 ºC schmiedbar sein sollten. Für starke Reduktionen, größer als etwa 50 %, sollte die Temperatur jedoch nahe 1200 ºC gehalten werden.
• Die Legierung mit hohem Zirkoniumgehalt nach Fig. 3 enthält 16,7 Atom-% Aluminium, 0,4 Atom-% Zirkonium, 8 Atom-% Chrom und Rest Nickel. Die Ergebnisse von Verdichtungstests mit dieser Legierung sind auch für einen Temperaturbereich angegeben, um die Schmiedereaktion zu simulieren, und die sichere Schmiedekurve von Fig. 2 ist zu Vergleichszwecken in Fig. 3 reproduziert. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß im Vergleich mit einer 0,2 Atom-% Zirkonium enthaltenden Legierung für die Legierung mit hohem Zirkoniumgehalt, die 0,4 Atom- % Zirkonium enthält, kein sicherer Schmiedebereich möglich ist.
• Ein anderes gewerblich übliches Verfahren ist das Heißextrudieren. Zu Vergleichszwecken werden die Legierungen der Fig. 2 und 3 unter Verwendung rostfreier Stahltrommeln extrudiert, die verwendet werden, um die Extrudiertemperatur zu halten und die Legierungsbarren unter einer hydrostatischen Kompression zu verformen. Beide Legierungen sind bei 1100 ºC extrudierbar. Durch weiteres Experimetieren wurde jedoch bestimmt, daß die Legierung mit niedrigem Zirkoniumgehalt ohne die teure rostfreie Stahltrommel extrudiert werden kann. Eine verbesserte Oberflächenbearbeitung für die Legierung mit niedrigem Zirkoniumgehalt während des Extrudierens kann auch erhalten werden, indem man ein 20 mil dickes Weichstahlblech um die Barren wickelt und bei 1200 ºC extrudiert.
• Die Legierungen mit niedrigem Zirkoniumgehalt nach der Erfindung sind auch Heißwalzverfahren stärker zugänglich, die für die Herstellung flacher Produkte aus gegossenem, geschmiedetem oder stranggepreßtem Material erforderlich sind. Beispielsweise war Legierung mit niedrigem Zirkoniumgehalt nach Fig. 2, die 0,2 Atom-% Zirkonium enthielt, im gegossenen Zustand mit einem rostfreien Stahlmantel im Temperaturbereich von 1100 bis 1200 ºC heißwalzbar und auch in dem stranggepreßten Zustand in dem gleichen Temperaturbereich heißwalzbar. Die Legierung nach Fig. 3 mit hohem Zirkoniumgehalt, die 0,4 Atom-% Zirkonium enthielt, war jedoch im gegossenen Zustand nicht leicht heißwalzbar, selbst mit einem Mantel. Die stranggepreßte Legierung mit hohem Zirkoniumgehalt war heißwalzbar, aber nur über einen engen Temperaturbereich von 1125 bis 1175 ºC.
• Die Kriecheigenschaften der Legierungen der Tabelle 1 wurden bei 760 ºC und 413 mPa (60 ksi) in Luft bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Kriecheigenschaften von chrommodifizierten Aluminiden, in Luft bei 760 ºC und 413 mPa (60 ksi) getestet Legierung Nr. Legierungszusätze (Atom-%) Kriechbruch-Standzeit (h) Kriechbruchduktilität (%)
• Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Kriechbruch-Standzeit der Legierungen mit abnehmendem Zirkoniumgehalt abnimmt und daß ein Vermindern des Zirkoniumgehaltes die Kriechbruchduktilität der Legierungen (ausgenommen bei 0,0 Atom-% Zr) mäßig erhöht.
• Um die mechanischen Eigenschaften der Legierungen mit niedrigem Zirkoniumgehalt nach der Erfindung und besonders die Kriechbeständigkeit zu verbessern, wurde eine Reihe von Legierungen auf der Basis von IC-324 (mit einem Gehalt von 0,3 % Zirkonium) hergestellt, wobei Zusätze von bis zu 0,7 Atom-% Titan, Niob, Rhenium und Silicium gemacht wurden. Tabelle 3 zeigt die Festigkeitsergebnisse dieser Legierungsreihe. Tabelle 3 Wirkung von Legierungszusätzen auf die Festigkeitseigenschaften von chrommodifizierten Nickelaluminiden Festigkeit, mPa (ksi) Legierung Nr. Legierungszusätze (Atom-%) Streckgrenze Bruchfestigkeit Dehnung (%) Raumtemperatur
• Vergleicht man die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse mit jenen der Tabelle 1, so sieht man, daß unter den Legierungszusätzen Rhenium der wirksamste Verfestiger ist, gefolgt von Titan und Niob. Auch die Festigkeitseigenschaften bei 1000 und 1200 ºC sind nicht besonders empfindlich gegen Legierungszusätze. Außerdem ist die Duktilität der Legierungen grundsätzlich durch Legierungszusätze unbeeinflußt, ausgenommen daß ein Legieren mit 0,4 % Silicium und Rhenium die Duktilität bei Raumtemperatur mäßig senkt und ein Legieren mit 0,7 Atom-% Titan die Duktilitäten bei 1000 und 1200 ºC vermindert.
• Die Kriecheigenschaften der Aluminide mit den Legierungszusätzen sind in Tabelle 4 gezeigt. Die Kriecheigenschaften der Basislegierung IC-324 aus Tabelle 2 sind in Tabelle 4 zu leichterem Vergleich reproduziert worden. Tabelle 4 Kriecheigenschaften von chrommodifizierten Aluminiden, in Luft bei 760 ºC und 413 mPa (60 ksi) getestet Legierung Nr. Legierungszusätze (Atom-%) Kriechbruch-Standzeit (h) Kriechbruchduktilität (%)
• Tabelle 4 zeigt, daß ein Legieren mit 0,2 Atom-% Titan (IC-326) die Kriechbeständigkeit der Basislegierung IC-324 mit einem Gehalt von 0,3 Atom-% Zirkonium signifikant erhöht. Die Zugabe von etwa 0,4 Atom-% Silicium erhöht auch die Kriechbeständigkeit. Ein Legieren mit 0,2 Atom-% Niob und Rhenium senkt die Kriechbestänigkeit. Aus Tabelle 4 ist auch zu entnehmen, daß ein Legieren mit 0,7 Atom-% Titan die Kriecheigenschaften der Basislegierung nicht verbessert.
• Wie in Tabelle 5 nachfolgend gezeigt ist, erhöhen weitere Zugaben von 0,5 Atom-% Titan, Molybdän und Niob die Festigkeit der Legierung IC-326 (mit einem Gehalt von 0,3 Atom-% Zirkonium und 0,2 Atom-% Titan) bei Temperaturen bis zu etwa 1000 ºC mäßig. Die Legierungszusätze vermindern die Festigkeit der Legierung bei 1200 ºC. Die Kriechbeständigkeit von IC-326 wird durch Zugabe von 0,5 Atom-%, Molybdän oder Niob nicht weiter verbessert. Tabelle 5 Wirkung von Legierungszusätzen auf die Kriecheigenschaften von IC-326 (0,3 Atom-% Zr) Legierung Nr. Legierungszusätze (Atom-%) Kriechbruch-Standzeit (h) Kriechbruchduktilität (%) keiner
• Aufgrund der hier beschriebenen Ergebnisse scheint die Legierung IC-326 die beste Kombination von Kriech- und Festigkeitseigenschaften zu haben. Die Legierung hat gute Kaltverarbeitbarkeit, und ihre Kaltverarbeitbarkeit kann durch Kaltschmieden, gefolgt durch Umkristallisationsglühen bei 1000 bis 1100 ºC, um das Gußgefüge zu verändern und das Korngefüge der Legierung zu verfeinern, weiter verbessert werden. Die Heißverarbeitbarkeit von IC-326 ist gegen legierende Zusätze von Titan, Niob, Rhenium, Silicium oder Molybdän nicht empfindlich.
• Die Zugabe von bis zu etwa 0,5 Atom-% (0,1 Gew.-%) Kohlenstoff verbessert die Heißverarbeitbarkeit von IC-326 weiter. Der günstige Effekt von Kohlenstoff kommt von einer Verfeinerung des Gußkorngefüges durch Ausfällung von Carbiden während der Befestigung.
• Tabelle 6 zeigt die Festigkeitseigenschaften von Legierungen, die 0,3 Atom-% Zirkonium zusammen mit einer Menge von etwa 0,2 bis etwa 0,5 Atom-% Titan und 0,1 Gew.-% Kohlenstoff enthalten. Tabelle 6 enthält auch die Festigkeitseigenschaft der Basislegierung IC- 326 aus Tabelle 3. Tabelle 6 Festigkeitseigenschaften von Nickelaluminiden, denen 0,1 Gew.-% C zugesetzt wurde Festigkeit, mPa (ksi) Legierung Nr. Legierungszusätze (Atom-%) Streckgrenze Bruchfestigkeit Dehnung (%) Raumtemperatur * Basiszusammensetzung
• Die Ergebnisse der Tabelle 6 zeigen, daß der Zusatz von 0,1 Atom-% Kohlenstoff die Festigkeiten bei allen Testtemperaturen mäßig vermindert. Die Kohlenstoffzugabe erhöht jedoch die Duktilität bei 1200 ºC wesentlich und verbessert so die Heißverarbeitbarkeit der Legierung.
• Es ist somit ersichtlich, daß die Nickelaluminide mit niedrigem Zirkoniumgehalt nach der vorliegenden Erfindung verbesserte mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen in der Nachbarschaft von 1200 ºC haben und leichter zu erwünschten Formlingen unter Verwendung herkömmlicher Heißverarbeitungstechniken im Vergleich mit früheren Zusammensetzungen verarbeitet werden. Der Zusatz kleiner Mengen anderer Elemente, wie Titan und Kohlenstoff, verbessert weiterhin die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit der Legierungen nach der Erfindung bei hohen Temperaturen.

Claims (9)

1. Nickelaluminid-Legierungszusammensetzung, die zur Verarbeitung bei hoher Temperatur im Bereich von 1050 bis 1200 ºC geeignet ist und in Atomprozenten aus 15,5 bis 18,5 % Aluminium, 6 bis 10 % Chrom, 0,05 bis 0,35 % Zirkonium, 0,08 bis 0,30 % Bor und

gegebenenfalls bis zu 5 % Kohlenstoff und 0,2 bis 0,5 % Titan, wobei der Rest Nickel und gelegentliche Verunreinigungen ist, besteht.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Zirkoniumkonzentration geringer als 0,3 Atom-% ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Aluminiumkonzentration etwa 17,1 Atom-%, die Chromkonzentration etwa 8 Atom-%, die Zirkoniumkonzentration etwa 0,25 Atom-% und die Borkonzentration etwa 0,1 Atom-% ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die 0,01 bis 0,5 Atom-% Kohlenstoff enthält.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die 0,2 bis 0,5 Atom-% Titan enthält.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, worin die Zirkoniumkonzentration 0,2 bis 0,3 Atom-% ist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 3, die 0,2 bis 0,5 Atom-% Titan und 0,01 bis 0,5 Atom-% Kohlenstoff enthält.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Zirkoniumkonzentration im Bereich von 0,05 bis 0,2 Atom-% liegt.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, die zusätzlich 0,2 Atom-% bis 0,5 Atom-% Titan umfaßt.