NO162426B

NO162426B - ALUMINUM-BASED ALLOY AND MANUFACTURING THEREOF.

Info

Publication number: NO162426B
Application number: NO844743A
Authority: NO
Inventors: Salim Dermarkar
Original assignee: Cegedur
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1989-09-18
Also published as: DE3464387D1; FR2555610B1; JPS60215730A; KR850004122A; ES8602149A1; ES538034A0; EP0143727A2; IL73645A0; NO162426C; EP0143727B1; NO844743L; EP0143727A3; FR2555610A1; IL73645A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en aluminiumbasert legering inneholdende elementene Fe, Ni og Mo. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av en slik legering. The present invention relates to an aluminum-based alloy containing the elements Fe, Ni and Mo. The invention also relates to a method for producing such an alloy.

Aluminiumbaserte legeringer er kjente for å vise et godt nivå av varmestabilitet, spesielt de som er beskrevet i FR-PS 2 190 553 eller TJS-PS 4 347 076. Det franske dokument beskriver aluminiumbaserte legeringer inneholdende fra 3 til 15 vekt-& av overgangselementer tilhørende gruppen Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Zr, Nb og Mo. Imidlertid, bibeholder de kun en hårdhetsgrad på mindre enn 190 Vickers-enheter, for et tidsrom på 1 uke under hvilken de holdes ved en temperatur på mindre eller lik 400°C. Aluminum-based alloys are known to show a good level of thermal stability, especially those described in FR-PS 2 190 553 or TJS-PS 4 347 076. The French document describes aluminum-based alloys containing from 3 to 15 wt% of transition elements belonging to the group Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Fe, Zr, Nb and Mo. However, they only retain a hardness of less than 190 Vickers units for a period of 1 week during which they are held at a temperature of less than or equal to 400°C.

US-PS 4 347 076 beskriver Al-baserte legeringer inneholdende fra 5 til 16 vekt-# overgangselementer fra gruppen Fe, Cr, Ni, Co, Mn, V, Ti, Zr, Mo, W og B med Mn + V + Ti + Zr + Mo + W£5£ogB£l£. Disse legeringer får ikke hårdhetsgrader på over 240 Vickers-enheter etter en behandling ved 400°C i 1, 5 time. US-PS 4,347,076 describes Al-based alloys containing from 5 to 16 wt # transition elements from the group Fe, Cr, Ni, Co, Mn, V, Ti, Zr, Mo, W and B with Mn + V + Ti + Zr + Mo + W£5£andB£l£. These alloys do not obtain hardness degrees of more than 240 Vickers units after a treatment at 400°C for 1.5 hours.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å forbedre den kjente teknikk og angår i denne anledning en legering av den innledningsvis nevnte art og denne legering karakteriseres ved at sammensetningen i vekt-# er som følger: 5 < Fe 20 The present invention aims to improve the known technique and on this occasion relates to an alloy of the type mentioned at the outset and this alloy is characterized by the composition in weight # being as follows: 5 < Fe 20

Ni 0,05 Nine 0.05

Mo 0,5 Mo 0.5

Mo + Ni 8 Mo + Fri 8

Mo / Ni > 0,5 Mo / Ni > 0.5

resten Al og uunngåelige urenheter, idet den videre omfatter ett eller flere elementer fra gruppen Si, Mn, Cr, Ti, Hf, Zr, V, W, og Nb i et totalinnhold av disse på mindre enn 5 vekt- the remainder Al and unavoidable impurities, as it further comprises one or more elements from the group Si, Mn, Cr, Ti, Hf, Zr, V, W, and Nb in a total content of these of less than 5 wt.

Som nevnt angår oppfinnelsen også en fremgangsmåte for fremstilling av en slik legering og denne karakteriseres ved at størkningen gjennomføres med en hastighet på > 10<4>°C pr. sekund. As mentioned, the invention also relates to a method for producing such an alloy and this is characterized by solidification being carried out at a rate of > 10<4>°C per second.

Det er funnet at den totale mengde Ni + Mo ikke må overskride 8 %, for Ikke å overskride evnen for retensjon av elementene i legeringene når legeringen underkastes hurtighetstørking (> 10<4>°C pr. sekund). I tillegg må prosentforholdet Mo:Ni være høyere enn 0,5 % for å oppnå den ønskede varmestabilitet. Graden av stabilitet som oppnås ved separat tilsetning av Ni eller Mo; dette punktet skal illustreres ved hjelp av eksempler. It has been found that the total amount of Ni + Mo must not exceed 8%, in order not to exceed the ability for retention of the elements in the alloys when the alloy is subjected to rapid drying (> 10<4>°C per second). In addition, the Mo:Ni percentage ratio must be higher than 0.5% to achieve the desired heat stability. The degree of stability achieved by the separate addition of Ni or Mo; this point shall be illustrated by means of examples.

Et eller flere andre ildfaste elementer fra gruppen Mn, Si, Cr, Ti, Hf, Zr, Nb, V og W kan tilsettes til basis-sammensetningen i en total mengde på mindre enn 5 vekt-#. One or more other refractory elements from the group Mn, Si, Cr, Ti, Hf, Zr, Nb, V and W may be added to the base composition in a total amount of less than 5 wt-#.

Legeringer med foretrukne sammensetninger omfatter Individu-elt eller i kombinasjon 5 til 10 £ Fe, et forhold Alloys of preferred compositions comprise individually or in combination 5 to 10% Fe, a ratio

Mo Mo

0,5 — < 2 og/eller en mengde på Mo > 1 %. 0.5 — < 2 and/or an amount of Mo > 1%.

Ni Nine

Legeringene som på i og for seg kjent måte fremstilles ved hurtig størkning (> IO<4>°C/sekund), har i uren størknet tilstand enten en enkelt-fase-struktur (overmettet fast oppløsning basert på Al) eller en spesiell struktur dannet ved den ovenfor nevnte faste Al-basis oppløsning og en fin utfelling av eutektoid type, av en fase (som her kalles jj ) av filiformt aspekt hvis størrelse på et mikrofotografiutsnitt er av størrelsesorden 5 til 50 nm. Fasen jj inneholder minst 1 vekt-# NI og 1 iÉ Mo. Den mikrokrystallinske fasen jj har følgende interrektikulære avstander: 0,38 - 0,203 til 0,211 - 0,147 - 0,125 - 0,107 nm idet strukturen sannsynligvis er komplekst kubiskt. Størrelsen av krystallittene i fasen jj er i størrelsesorden 1 nm, noe som kan sees ut fra nærvær av et antall brede diffuse ringer på elektrondifferaksjonsplater. The alloys, which are produced in a manner known per se by rapid solidification (> 10<4>°C/second), in the impure solidified state have either a single-phase structure (supersaturated solid solution based on Al) or a special structure formed by the above-mentioned solid Al-base solution and a fine precipitate of eutectoid type, of a phase (called here jj ) of filiform aspect whose size on a photomicrograph section is of the order of 5 to 50 nm. The phase jj contains at least 1 wt-# NI and 1 iÉ Mo. The microcrystalline phase jj has the following interreticular distances: 0.38 - 0.203 to 0.211 - 0.147 - 0.125 - 0.107 nm, the structure being probably complex cubic. The size of the crystallites in phase jj is of the order of 1 nm, which can be seen from the presence of a number of wide diffuse rings on electron diffraction plates.

i in

Den ovenfor angitte utfelling er spesielt stabil når materialet holdes ved for høy temperatur, noe som forklarer egenskapene som oppnås på denne måten. Under slike tempera-turoppholdsoperasjoner brytes fasen jj progressivt opp til små semikoherente plater (fase ji * ) og så til inkoherente globuler med en struktur som forbindelsen Alg FeNi. The above-mentioned precipitation is particularly stable when the material is kept at too high a temperature, which explains the properties obtained in this way. During such temperature holding operations, the phase jj progressively breaks up into small semi-coherent plates (phase ji * ) and then into incoherent globules with a structure like the compound Alg FeNi.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av de følgende eksempler og de ledsagende tegninger der: Figur 1 viser hårdhetsvarlasjonen for legeringene etter at de er holdt 10 minutter ved forskjellige temperaturer; Figur 2 viser et bilde med en forstørrelsesgrad på 31.000 av mikrostrukturen for legeringen 8 etter at den har våert holdt ved 400°C i 10 minutter; i Figur 3 viser et bilde med en forstørrelse på 31.000 av mikrostrukturen for legeringen 4 etter å ha vært holdt ved 400°C i 10 minutter. The invention shall be explained in more detail by means of the following examples and the accompanying drawings therein: Figure 1 shows the hardness variation for the alloys after they have been held for 10 minutes at different temperatures; Figure 2 shows an image at a magnification of 31,000 of the microstructure of alloy 8 after it has been held at 400°C for 10 minutes; in Figure 3 shows an image with a magnification of 31,000 of the microstructure of alloy 4 after being held at 400°C for 10 minutes.

EKSEMPLER EXAMPLES

Legeringene hvis vektsammensetning er angitt i tabell 1, ble fremstilt i strimler med dimensjoner 1 til 5 nm x 20 mm x 40 pm, ved hurtigstørkning på et stålstøpehjul som beveger seg med en tangentialhastighet på 45 m/sekund. The alloys whose weight composition is given in Table 1 were produced in strips having dimensions of 1 to 5 nm x 20 mm x 40 pm, by rapid solidification on a steel casting wheel moving at a tangential speed of 45 m/second.

Legeringene ble i 10 minutter bragt til forskjellige temperaturer fra 300 til 500°C og målingene ble gjennomført med henblikk på Vickers mikrohårdhet under en belastning på 10 g. Resultatene (som gjennomsnitt av 6 prøver) er angitt i tabell 2 og vist i grafisk form i figur 1. The alloys were brought to different temperatures from 300 to 500°C for 10 minutes and the measurements were carried out for Vickers microhardness under a load of 10 g. The results (as an average of 6 samples) are given in Table 2 and shown in graphic form in figure 1.

Man kan se at legeringene 2, 7 og 8, utenfor oppfinnelsens ramme, har dårligere varmestabilitet i forhold til legeringene ifølge oppfinnelsen. I tillegg kan man fra de prøver som er gjennomført på legering 7 (og 8), se at en minimal mengde Ni (og Mo) er vesentlig for å oppnå gode varmestyrkeegen-skaper; de foretrukne sammensetninger (4, 5 og 6) har de optimale varmetiIstandskarakteri stika. It can be seen that the alloys 2, 7 and 8, outside the scope of the invention, have poorer heat stability compared to the alloys according to the invention. In addition, one can see from the tests carried out on alloy 7 (and 8) that a minimal amount of Ni (and Mo) is essential to achieve good heat resistance properties; the preferred compositions (4, 5 and 6) have the optimal heat resistance characteristics.

Tabell 3 gir varmestyrkekarakteristika for legeringer (4 til 6) holdt ved en temperatur på 400°C i et lengre tidsrom. Table 3 gives heat strength characteristics for alloys (4 to 6) held at a temperature of 400°C for an extended period of time.

Man ser at figurene 2 og 3 med samme oppholdstemperatur, har legering 4 en utfelling i form av semikoherente plater, mens legering 8 omfatter utfellingen allerede inkoherente globuler av en fase av AlgFeNi-typen. Den termiske stabiliteten for legering 4 skyldes en langsommere dekomponeringsmekanisme som observeres i denne legering. It can be seen that figures 2 and 3 with the same residence temperature, alloy 4 has a precipitate in the form of semi-coherent plates, while alloy 8 comprises the precipitate already incoherent globules of a phase of the AlgFeNi type. The thermal stability of alloy 4 is due to a slower decomposition mechanism observed in this alloy.

Legeringene ifølge oppfinnelsen kan benyttes for deler av turbomaskiner som arbeider med temperaturer under 350°C i relativt lange tidsrom eller som arbeider ved høyere temperaturer i relaivt korte tidsrom (prosjektillegemer). The alloys according to the invention can be used for parts of turbo machines that work at temperatures below 350°C for relatively long periods of time or that work at higher temperatures for relatively short periods of time (projectile bodies).

De kan også benyttes i form av belegg på substrater av forskjelllig art, eventuelt hårdgjort ved laserbehandling eller elektrobombardement. They can also be used in the form of coatings on substrates of different types, possibly hardened by laser treatment or electrobombardment.

Claims

1. Aluminum-based alloy containing the elements Fe, Ni, Mo, characterized in that the composition in % by weight is as follows: 5 < Fe < 20 Nine > 0.05 Mo 0.5 Mon + Fri $8 Mo / Ni 0.5 the remainder Al and unavoidable impurities, as it further comprises one or more elements from the group Si, Mn, Cr, Ti, Hf, Zr, V, W, and Nb in a total content of these of less than 5 wt-#.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that 5 < Fe £ 10.

3. Alloy according to claims 1 or 2, characterized in that Mo / NM 2.

4. Alloy according to any one of claims 1 to 3, characterized in that Mo > 1.

5 . Alloy according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the structure in the solidified state per se is a supersaturated solid aluminum base solution.

6. Alloy according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in the solidified state per se next to the solid solution, it comprises a crystalline phase whose lattice spacings are as follows: 0.38 - 0.203 to 0.211 - 0.417 - 0.125 - 0.107 nm.

7. Alloy according to claim 6, characterized in that the crystalline phase contains at least 1% by weight Ni and 1% by weight Mo.

8. Alloy according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the size of the grains in the crystalline phase in the solidified state per se is of the order of 1 nm.

9. Alloy according to claim 8, characterized in that the microcrystalline phase forms a filiform network whose width in micrographic section is between 5 and 50 nm.

10. Process for producing an alloy according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the solidification is carried out at a rate of > 10<4>°C per second.