DE1533345C - Legierungen auf Wolframbasis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen auf Wolframbasis mit hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und einer niedrigen Übergangstem peratur vom duktilen zum spröden Zustand.

Es ist bekannt, daß durch Zusatz von Rhenium zu Wolfram Legierungen erhalten werden können, deren Übergangstemperaturen für den Wechsel vom duktilen zum spröden Verhalten erniedrigt sind, aber die Seltenheit und der hohe Preis des Rheniums haben den Gebrauch dieser Werkstoffe auf bestimmte Halbzeugarten, z. B. als Blech, Rohr oder in anderen endgültigen Formen, beschränkt.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, Legierungen mit einem relativ niedrigen Rheniumgehalt vorzusehen, die jedoch gleichzeitig niedrige Übergangstemperaturen für den Wechsel vom duktilen zum spröden Verhalten sowie eine, hohe Festigkeit .bei erhöhten Temperaturen und hohe Rekristallisationstemperaturen haben.

Gegenstand der Erfindung, mit der dieses Ziel erreicht wird, ist eine Legierung, bestehend aus 0,08 bis 0,4°/₀, vorzugsweise 0,1 bis 0,15 °/₀, Thorium, 0,003 bis 0,019 °/o, vorzugsweise 0,004 bis 0,019 °/₀ Kohlenstoff, 1,0 bis 7,0 % Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen.

Eine Vorzugsstellung genießt dabei eine Legierung aus 0,15 °/₀ Thorium, 0,01% Kohlenstoff, 1,0 °/₀ Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen, wie noch gezeigt wird.

Durch Variation der Gehalte innerhalb der angegebenen Grenzen kann für eine gegebene Anwendung jeweils die beste Kombination von mechanischen Eigenschaften und guten Fertigungsmöglichkeiten erhalten werden.

Verglichen mit unlegiertem Wolfram, das nach dem gleichen Verfahren hergestellt wurde, sind die erfindungsgemäßen Legierungen allgemein fester bei 165O°C, sie haben höhere Rekristallisationstemperaturen und sind noch bei niedrigeren Temperaturen duktil. Insbesondere wird bei zahlreichen Legierungen bei Zimmertemperatur oder noch darunter eine vollkommene Duktilität festgestellt.

Die Legierungen haben beispielsweise eins Zugfestigkeit bei 1650⁰C zwischen 16,00 und 29,50 k ;/mm², während der Vergleichswert für unlegiertes Wolfram bei 9,10 kg/mm² liegt. Die Übergänge vom duktilen zum spröden Verhalten liegen für rheniumhaltige Legierungen im Bereich von —25 bis +100⁰C im Vergleich zu 175° C bei unlegiertem Wolfram. Die Rekristallisationstemperaturen von unlegiertem Wolfram liegen zwischen 1450 und 1500⁰C, während die erfindungsgemäßen Legierungen Rekristallisationstemperaturen im Bereich von 1600 bis 1825°C aufweisen. Es wird angenommen, daß die hohen Festigkeiten und hohen Rekristallisationstemperaturen, die den erfindungsgemäßen Legierungen auf Wolframbasis eigen sind, auf die Bildung von einheitlich dispergierten Teilchen von Thoriumcarbid während der Fertigung mit Teilchengrößen vorwiegend im Bereich von 200 bis 1000 Ä zurückzuführen sind.

• ₅ Beispiel

Thorium, Kohlenstoff, Rhenium und Wolfram in Pulverform wurden zur Bildung einer einheitlichen Mischung vermengt und dann unter einem Druck von etwa 3500 kg/cm² zu einem Block gepreßt. Der Block

ίο wurde dann bei einer Temperatur von etwa 2350⁰C näherungsweise 4 Stunden lang für eine gegenseitige Diffusion der verschiedenen Bestandteile unter Bildung einer festen Lösung von Thorium und Rhenium in Wolfram gesintert, während sich der, Kohlenstoff wahrscheinlich zwischen Wolframcarbid und einer festen Lösung von Kohlenstoff in Wolfram aufteilt. Der Block wird dann bei einer Temperatur von etwa 1850⁰C von 13 mm auf 7,5 mm Dicke geschmiedet und danach bei einer Temperatur von etwa 155O⁰C zu Blechen mit einer Dicke von etwa 1 mm ausgewalzt. Während des Fertigungsprozesses scheidet sich Kohlenstoff als feindispergiertes Thoriumcarbid ab.

Obgleich bei der Herstellung der Bleche pulvermetallurgische Verfahren angewendet wurden, ist es klar, daß die Legierungspartner auch durch andere geeignete Verfahren, wie Lichtbogen-Gießverfahren unter vermindertem Druck, vereinigt werden können. Die Fertigung kann nach anderen Methoden ausgeführt werden, wie durch Strangpressen, Schmieden oder Ziehen zu Produkten gewünschter endgültiger Form.

Zugfestigkeit, Rekristallisatioristemperaturund Übergangstemperatur vom duktilen in den spröden Zustand wurden bei einer Anzahl von Legierungen bestimmt. Dabei wurde die Rekristallisationstemperatur durch Feststellung derjenigen Temperatur bestimmt, auf welche die Legierung für 1 Stunde aufgeheizt werden muß, damit die Faserstruktur vollkommen verschwindet und die Rekristallisation im wesentlichen vollständig ist. Dar Übergang vom duktilen zum spröden Verhalten, der über einen gewissen Temperaturbereich stattfindet, wurde in der Weise bestimmt, daß Proben von 25 mm Länge, 10 mm Breite und 1 mm Dicke bei verschiedenen Temperaturen über einen der vierfachen Blechdicke entsprechenden Radius um einen Winkel von 105° zu biegen versucht wurden, und es wurde die minimale Temperatur festgestellt, bei der die Probe nach einer geringen, aber wahrnehmbaren Biegung reißt (nicht duktil) und die minimale Temperatur, bei der die Probe, ohne zu reißen, um 105° gebogen wird (duktil).

Die Kennwerte der Legierungen mit verschiedenen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden in der Tabelle zusammengefaßt. Ein Strich bedeutet in dieser Tabelle, daß die angegebene Eigenschaft bei der betreffenden Probe nicht bestimmt wurde.

	Legierung [Gewich tsprozent J	C	W	Zugfestigkeit bei 165OUC	übergangste duktil ■· spr nicht duktil	mperatur üde ["C] duktil	Temperatur für die Rekristallisation in 1 Stunde
Th	Re	0,012	Rest	[kg/mm2]	Temperatur	Temperatur	ro
0,08	5,0	0,019	Rest	22,50	65	100	1700 bis 1750
0,10	5,0	0,010	Rest	—	-50	-25	—
0,15	1,0	0,009	Rest	29,50	10	25	1800 bis 1825
0,15	3,0	0,004	Rest	27,50	25	100	1725 bis 1750
0,15	7,0	0,003	Rest	16,00	<10	—	1600 bis 1625
0,35	•5,0		24,50	-25	10	1650 bis 1675

Wie den Ergebnissen zu entnehmen ist, haben diese Legierungen, die zumindest 1% Rhenium enthalten, eine hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, und sie sind bei niedrigen Temperaturen duktil. Alle der angegebenen Legierungen haben hohe Rekristallisationstemperaturen im Vergleich zu unlegiertem Wolfram. Für Anwendungen, bei denen ein hoher Schmelzpunkt gewünscht wird, hat sich die Zusammensetzung mit einem Minimum an Legierungsbestancteilen, mit dem die gewünschten mechanischen Eigenschaften erzielt werden können, als am meisten geeignet erwiesen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Legierung auf Wolframbasis mit hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und einer niedrigen Ubergangstemperatur vom" duktilen zum spröden Zustand, bestehend aus 0,08 bis 0,4 %, vorzugsweise 0,1 bis 0,15%, Thorium, 0,003 bis 0,019%, vorzugsweise 0,004 bis 0,019%, Kohlenstoff, 1,0 bis 7,0 % Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen.

2. Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 0,15% Thorium, 0,01% Kohlenstoff, 1,0% Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen.