DE1009399B

DE1009399B - Warmfeste und verschleissbestaendige Leichtwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1009399B
Application number: DED10949A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Walter Dawihl
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1951-11-21
Filing date: 1951-11-21
Publication date: 1957-05-29

Description

Warmfeste und verschleißbeständige Leichtwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung Für die Herstellung zunderfester und hochwarmfester Werkstoffe, insbesondere mit guter Kriechfestigkeit, sind bereits Werkstoffe vorgeschlagen worden, die als Grundlage Oxyde, Karbide, Nitri.de, Silizide, Boride, Phosphide und Sulfide der Metalle der 4., 5. und 6. Gruppe sowie des Aluminiums und Ma: gnesiums, und zwar einzeln oder im Gemisch miteinander enthalten, wobei eine Anpassung dieser Werkstoffe an die mechanische Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Kalt- und Warmhärte sowie Ternperaturwechselbes.tändigkeit dadurch zu erzielen gesucht wunde, daß den Grundstoffen noch zusätzlich Metalle, wie Nickel, Kobalt, Eisen und Chrom, zugefügt wurden. Beispiiedsweise bestehen derartige zunder- und kriechfeste Werkstoffe aus einer Mischung von 30% Chromkarbid, 55°/o Tita-nkarbid, 5% Nickel und 10% Kobalt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Mischungen in ihren Eigenschaften durch Zusätze von Siliziumkarbid, Siliziumborid oder Alumainiumsilizid bzw. durch Silizium insbesondere hinsichtlich ihrer Oxydationsbeständigkeit sowie ihrer Verwendbarkeit zu Formkörpern bestimmter Art zu verbessern. Mischungen dieser Art haben im allgemeinen spezifische Gewichte zwischen 5 und 7, wobei das spezifische Gewicht insbesondere durch den Zusatz metallischer Elemente, wie Kobalt, Nickel oder Eisen, erhöht wird.
Es hat sich gezeigt, daß insbesondere im Flugzeugbau zunderfeste, warmfeste und verschleißbeständige Werkstoffe gebraucht werden, die gleichzeitig ein möglichst niedriges spezifisches Gewicht haben. Es wind deshalb angestrebt, Werkstoffe zu finden, die möglichst günstiges Verhalten in bezug auf die ;genannten Eigenschaften, bezogen auf die Einheit des spezifischen Gewichtes, haben.
Von diesen Werkstoffen wird außer Zunderbeständigkeit und Warmfestigkeit auch in bestimmten Fällen Verschleißbeständigkeit verlangt, wie beispielsweise bei den Verteilerkörpern in Gasturbinen, die Temperaturen von 900° C und mehr und gleichzeitig der erodierenden Wirkung schneller Gasströme ausgesetzt sind.
Erfindungsgemäß hat sich nun ergeben, daß eine besonders günstige Verbindung von inecha,nischen und thermischen Eigenschaften mit gleichzeitig verhältnismäßig niedrigem spezifischem Gewicht sich dann erreichen läßt, wenn Oxyde, Karbide und Boride der Metalle der 4., 5. und 6. Gruppe sowie des Aluminiums, Berylliums und Magnesiums mit Ausnahme von Wolfram und Tontal mit Aluminium-Silizium-Mischungen gebunden werden, wobei der Anteil an Aluminium-Silizium zwischen 5 und 60% der Gesamtmischung betragen soll. Das Verhältnis von Aluminium und Silizium richtet sich dabei insbesondere nach der verlangten Warmfestigkeit. Beispielsweise ist für die Herstellung von Werkstoffen für niedrigere Temperaturen ein Verhältnis von 5 Teilen Silizium zu 95 Teilen Aluminium zu wählen, während für hohe Temperaturen der Siliziumanteil 501/o und mehr betragen kann.
Die Herstellung von Gebrauchskörpern aus dem genannten Mischungen kann nach dem Schmelz- oder Sinterverfahren erfolgen, wobei das Sinter-verfahren insbesondere dann in Betracht kommt, wenn es sich um die Herstellung warm- und hochwarmfester Werkstoffe handelt, bei denen der Anteil an Aluminium-Silizium gering und außerdem ein hoher Siliziumgehalt im Verhältnis zum Aluminium anzuwenden ist.
Bei Mischungen derartiger Art sind spezifische Gewichte unter 4,5 erreichbar.
In den Fällen, in denen besondere Anforderungen an die Zugfestigkeit gestellt werden, können in die Mischungen auch Drähte oder netzartige Gitter eingeschmolzen oder eingepreßt und eingesintert werden, beispielsweise aus Stahl, legiertem Stahl, legiertem Wolfram und Molybdän oder reinem Wolfram oder reinem Molybdän oder anderen geeigneten Metallen.
Außerdem können die Formkörper noch zusätzlich mit keramischen Stoffen oder mit Emaillen überzogen werden, um sie gegen angreifend wirkende feste, flüssige oder gasförmige Stoffe zu schützen.

Die Formgebung kann in an sich bekannter Weise nach Gießverfahren, durch Pressen und Sintern, durch Sinterung unter gleichzeitiger Druckeinwirkung und auch durch nachträgliches Kalt- und insbesondere Warmschmieden erfolgen.. Es kann in manchen Fällen auch von Vorteil sein, im Aluminium-Silizium-Teil das Aluminium durch Magnesium und das Silizium BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND KL.40b 17 INTERNAT. KL. C 22 c DEUTSCHES PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT 1009399 D I0949 VI/40b ANMELDETAG: 21.NOVEMBER1951 BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 29. MAI 1957 durch Bor oder Germanium ganz oder teilweise zu ersetzen. Beispielsweise werden Mischungen folgender Art verwendet:

Beispiel I Beispiel II

Titankarbid . . . . . . . . . . . . . 800/0 200/0

Vana,dinkarbi,d . . . . . . . . . . --- 1510/0 .

Chromkarbid . . . . . . . . . . . 5% 5 0/0

Aluminium ............. 100/a 40%,

Silizium ................ 5'% 10o/o

Bor .................... - 2%

Magnesium . . . . . . . . . . . . . - 8 0/0

1000/0 1000/0

Die Mischungen können vorteilhaft durch Vorerhitzung der Ausgangsstoffe, gegebenenfalls unter Wasserstoffdruck von über 100 kg/em2, hergestellt werden. Die Vorerhitzung unter Druck bei gleichzeitiger Temperatureinwirkung hat das Ziel, eine Mischkristallbildung zwischen den, Ausgangsstoffen hervorzurufen, wobei die Druckeinwirkung das Ausmaß der Mischkristallbildung durch Gitteraufweitung erhöht.

Die so. vorerhitzten Stoffe werden anschließend zerkleinert, in an sich bekannter Weise geformt und gesintert bzw. geschmolzen. Auch der Sinter- bzw. Schmelzvorgang kann unter Wasserstoffdrücken von über 100 kg/cm2 vorgenommen werden.
Besonders günstige mechanische Eigenschaften werden erhalten, wenn die Herstellung der Ausgangsstoffe und die Verarbeitungsbedingungen bis zum fertigen Formkörper so gewählt werden, beispielsweise durch Verwendung entsprechend feiner Ausgangsstoffe und durch Vorerhitzung und Schmelzen bzw. Sintern unter Wasserstoffdrücken von über 100 kg/cm2, daß das Gefüge im Fertigzustand im Hauptanteil Korngrößen unter 5 [, enthält.
Weiterhin hat sich ergeben, daß insbesondere die chemische Widerstandsfähigkeit der Mischungen begiinstigtwird, wenn bei Verwendung von "Mischungen des Oxyd-, Karbid-, Borid-, Aluminium- und Magnesiumantenles solche Mischungen ausgewählt werden, die unter sich Mischkristalle bilden. Beispielsweise kann vorteilhaft an Stelle einer Mischung von Titankarbid und Titanoxyd ein Ti0-TiC-MiSChkristall oder ein Si0-SiC-Mischkristall verwendet werden. Eine besondere Beeinflussung des Gefüges, und zwar insbesondere der nicht kubischen Kristalle kann auch durch Behandlung der Mischungen mit elektrischen oder magnetischen Feldern oder durch Ultraschall während des Herstellungsganges, z. B. beim Sintern oder während des Erstarrens, oder auch an den fertigen Formkörpern erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zunderfeste, warmfeste und verschleißbeständige Werkstoffe, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 5 bis 60% Aluminium-Silizium, wobei der Rest aus einem oder mehreren Oxyden, Karbiden, Boriden der Metalle der 4., 5. und 6. Gruppe sowie des Aluminiums, Berylliums und Magnesiums mit Ausnahme von Wolfram und Tontal einzeln oder im Gemisch miteinander besteht mit der Maßgaue, daß das Aluminium-Silizium einen Gehalt an Silizium zwischen 5 und 951/o aufweist.
2. Werkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Aluminium-Silizium-Teil das Aluminium durch Magnesium und das Silizium durch Bor oder Germanium teilweise oder ganz ersetzt ist.
3. Verfahren zur Herstellung von Leichtwerkstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemische der Ausgangsstoffe vor der Verarbeitung zu fertigen Formkörpern Wasserstoffdrücken von mindestens 100 kg/em2 bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden.
4. Verfahren zur Herstellung von Leichtwerkstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Sinter- oder Schmelzvorgang bei Wasserstoffdrücken von mindestens 100 kg/cmE bei erhöhter Temperatur vorgenommen wird.
5. Werkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mischungen in an sich be- kannter Weise Drähte oder netzartige Gitter zur Aufnahme von Zugbeanspruchungen eingepreßt oder eingesintert sind.
6. Werkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich in an sich bekannter Weise mit keramischen Stoffen oder Emaillen überzogen sind, um sie gegen angreifend wirkende feste, flüssige oder gasförtnige Stoffe zu schützen.