DE2060605C3

DE2060605C3 - Pulvermetallurgisch durch Sintern hergestellte, ausscheidungshärtbare, korrosions- und hochwarmfeste Nickel-Chrom-Legierung

Info

Publication number: DE2060605C3
Application number: DE2060605A
Authority: DE
Inventors: Arnold L. Edmond Okla. Prill; Stuart E. Monsey N.Y. Tarkan
Original assignee: Chromalloy American Corp
Current assignee: Chromalloy American Corp
Priority date: 1970-10-21
Filing date: 1970-12-09
Publication date: 1974-03-28
Also published as: DE2060605B2; FR2111569A5; CA944975A; DE2060605A1; US3713788A; GB1330218A; JPS5016288B1

Description

'^^ ^fÜr Hochleistungswärmemaschinen geei_£- net ist.

2. Legierung nach Anspruch 1, deren Grund- Die Nickel enthaltende Grundlegierung ist jedoch legierung noch eines oder mehrere der Elemente 20 verhältnismäßig weich, verglichen mit dem dar·η bis zu 10 Gewichtsprozent Molybdän, bis zu divergierten schwer schmelzbaren Primärkarbid, 6 Gewichtsprozent Wolfram, bis zu 5 Gewichts- -borid, -silizid oder -nitrid. Bei mit Verschleiß verprozeni Niob und/oder Tantal, bis zu 2 Gewichts- bundenen Anwendungen, wozu auch das Aneinanderprozent Zirkonium, bis zu 2 Gewichtsprozent Haf- reiben einer Metallfläche gegen eine andere gehört, nium, bis zu 2 Gewichtsprozent Mangan und bis 25 wird es daher leicht aus dem Raum zwischen den z. B. zu 2 Gewichtsprozent Silicium enthält, mit der Karbidkörnern entfernt bzw. erodiert, wodurch die Maßgabe, daß die Gesamtmenge dieser Elemente Primärkarbidpartikel an der Oberfläche ihren Halt 15 Gewichtsprozent nicht übersteigt. verlieren und herausfallen, was den Verschleiß be-

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die als schleunigt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Legie-Primärkarbid Titankarbid enthält. 30 rung besteht darin, daß die Grundlegierung bei

4. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die als erhöhten Temperaturen bis herauf zu etwa 1090" C Primärkarbid Niobkarbid enthält. leicht oxydiert. Wenn auch durch Zusatz von Chrom

5. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die als zum Nickel die Hitze- und Korrosionsfestigkeit in Primärkarbid Vanadinkarbid enthält. einem erheblichen Ausmaß verbessert werden kann,

6. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die als 35 so war die drundmasse doch immer noch veihältnis-Pnmärkarbid Tantalkarbid enthält. mäßig weich im Verhältnis zu den Primärkarbid-

7. Legierung nach Anspruch 3, die aus 45 Vo- körnern und daher nicht ausreichend verschleißfest, lumprozent Titankarbid als Primärkarbid ir; einer Zwar ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 132 735 Grundlegierung aus eine hochschlagfeste Legierung bekannt, die aus einem

.„-,.. „, 40 Skelett aus 40 bis 80 Volumprozent eines hochwarm-

18 Gewichtsprozent Chrom. _{festen Prim}ärkarbids und einer bis 40 Gewichtspro-

8 Gewichtsprozent Eisen, _{zent Chrom Molybdän un}d/oder Wolfram, Rest

2 Gewichtsprozent Titan, _{Ej Roba|t und/oder Nicke}] bestehenden Tränk-

1 Gewichtsprozent Aluminium, legierung besteht. Jedoch ist die Tränklegierung knetbar

Nickel _{4S und} j.jj_r Anwendungen nicht geeignet, bei denen es auf

besteht. hohe Formbeständigkeit und Verschleißfestigkeit an-

8. Verwendung einer Legierung der Zusammen- kommt.

setzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Es besteht daher ein technisches Bedürfnis, eine

Werkstoff für hochwarmfeste Werkstücke ein- harte, hitze-, korrosions- und verschleißfeste Legierung

schließlich hochwarmfester Formwerkzeuge und 50 zu schaffen, die einer bis zu 1090⁰C und darüber oxy-

Maschinenteile. dationsfest ist und dabei ihre Verschleiß- und Korro-

9. Verfahren zur Herstellung einer Legierung der sionsfestigkeit beibehält. Diese Aufgabe wird durch Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 die Erfindung gelöst.

bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pulver- Die erfindungsgemäße, pulvermetallurgisch durch

förmigen Primärkarbide mit den pulverförmigen 55 Sintern hergestellte ausscheidungshärtbare, korrosions-

Ausgangsbestandteilen der Grundlegierung ge- und hochwarmfeste Nickel-Chrom-Legierung enthält

mischt werden, wobei das Aluminium in Form von 35 bis 75 Volumprozent eines oder mehrerer Primär-

NiAl zugegeben wird, das Gemisch gepreßt, der karbide der Metalle Titan, Niob, Vanadium und/oder

Preßkörper bei einer Temperatur zwischen dem Tantal, Rest eine Grundlegierung, bestehend aus

Schmelzpunkt der Grundlegierung und 100⁰C 60 _{lQ bis 25 Gewichtsprozent} chrom,

darüber im Vakuum in flussiger Phase gesintert, _{2 bis} _u _Gewjchtsprozent Eisen,

und die gesinterte Legierung durch den Liquidus- _{χ bjs} 3 Gewichtsprozent Titan,

Solidus-Bereich mit max.mal 35°C pro Stunde und „ _{5 bjs 2 Gewichts}£_rozent Aluminium,

danach auf Raum temperatur m.t max.mal 100°C _Q' _{bis 15 Gewichts}^_rozcnt Kobalt,

pro Stunde abgekühlt wird. 65 „ _{bjs O)}25 Gewichtsprozent Kohlenstoff,

Rest mindestens 50 Gewichtsprozent Nickel.

Die als Grundmasse dienende Nichteisenlegierung

3 4

muß wenigstens 50 Gewichtsprozent Nickel enthalten. dann etwa 2 bis 25 Stunden lang bei einer Temperatur

In der Legierungsgrundmasse können noch eines oder von etwa 649 bis 899°C durchgeführt werden. Je nach

mehrere der folgenden Elemente vorhanden sein: bis Legierungszusammensetzung können die Härten nach

zu 10% Molybdän, bis zu 6% Wolfram, bis zu 5% dem Aushärten Werte von etwa 49 Rockwell C bis

Niob und/oder Tantal, bis zu 2% Zirkonium, bis zu 5 66 Rockweil C erreichen.

2% Hafnium, bis zu 2% Mangan, bis zu 2% Silicium. Korrosionsuntersuchungen haben gezeigt, daß die wobei die Gesamtmenge der anderen Elemente einen erfindungsgemäßen Legierungen eine gute Korrosions-Wert von etwa 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die beständigkeit in sauren Medien, wie Schwefelsäure, Gesamtzusammensetzung der Legierungsgrundmasse, Salpetersäure und Salzsäure (in siedender Säure), aufnicht übersteigen soll. io weisen.

Diese Legierung kann durch Lösungsglühen bis zu Beispiele von hitzebeständigen Formwerkzeugen und

einer Rockwell-C-Härte von 46 und durch Ausschei- Maschinenteilen aus einer erfindungsgemäßen Legie-

dungshärtung auf eine Rockwell-C-Härte von etwa 54 rung sind Warmpreßformen, Stempel für Warmstrang-

gebracht werden. Die Legierung ist beständig gegen pressen, Walzen zum Glätten von geschweißten Rohren

Oxydation bei erhöhten Temperaturen bis herauf zu 15 zwecks Abflachung der Schweißwülste, Warmarbeits-

1090° C und besonders beständig gegen Korrosion gesenke, korrosionsfeste Drehverschlüsse, Formein-

durch Säure. In 10°/_oiger H₂SO₄, 50%iger H₂SO₄ und sätze für Aluminium- und Zink-Gießformen u. dgl.

reiner konzentrierter H₂SO₄ tritt eine geringe Korro- Die nachstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung

sion auf. Die Legierung zeigt darüber hinaus eine hohe der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Festigkeit bei erhöhten Temperaturen. Die Legierung so

ist im angelassenen Zustand leicht mit großer Präzision . .

bearbeitbar oder kann zu jeder gewünschten Form Beispiel

geschliffen und danach ausscheidungsgehärtet werden, Eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Legie-

ohne daß die präzisen Dimensionen nachteilig beein- rung aus primärem Titankarbid und einer Grund-

flußt werden. 25 legierung auf Nickelbasis wurde aus folgenden Be-

Ihre Herstellung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, standteilen hergestellt:
daß die pulverförmigen Primärkarbide mit den pulverförmiger! Ausgangsbestandteilen der Grundlegierung Primärkarbid 45 Volumprozent TiC,
gemischt werden, wöbe, das Aluminium in Form von Grundlegierung 55 Volumprozent.
N.Al zugegeben wird, das Gemisch gepreßt, der■ Preb- 30 _{Die Grund}f_egieru ⁶ _{ng bestand aus} ^H _:
korper bei einer Temperatur zwischen dem Schmel?-

punkt der Grundlegierung und 100⁰C darüber im Gewichteprozent

Vakuum in flüssiger Phase gesintert, und die gesinterte Chrom 18

Legierung durch den Liquidus-Solidus-Bereich mit Eisen 8

maximal 35°C pro Stunde und danach auf Raum- 35 Titan 2

temperatur mit maximal 100⁰C pro Stunde abgekühlt Aluminium 1

^wx£: , . .... , „ . ., ... Nickel Rest

Die legierungsbildenden Bestandteile werden in einer

Kugelmühle vermählen. Die Formgebung des Gemisches kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Es 40 Zur Herstellung der Legierung werden 500 g TiC-ist empfehlenswert, das Gemisch bis ?u einer Dichte Pulver (45 Volumprozent) von etwa 5 bis 7 μπι durchvon wenigstens etwa 50% der wahren Dichte unter schnittlicher Teilchengröße mit 1000 g der gepulverten Drücken von etwa 1.5t/cm^a bis 11,6 t/cm², Vorzugs- Grundlegierungsbestandteile aus 180 g hochreinem, weise 2,3 t/cm² bis 7,7 t/cm², zu verpressen und da- pulverförmigem Elektrolytchrom vor. einer Maschennach das Sintern unter im wesentlichen inerten Bedin- 45 · siebfeinheit von minus 100 Maschen, 80 g Eisenpulver gungen, z. B. in einem Vakuum oder einer inerten von einer durchschnittlichen Teilchengröße von unge-Atmosphäre, folgen zu lassen. Die Sintertemperatur fähr 20 μπι, 20 g Titan, das als TiH_a-Pulver zugegeben wird so lange gehalten, bis das Primärkarbid und die wird, 31,8 g NiAl-Pulver (mit einem Gehalt von 10 g Grundlegierung ihre Gleichgewichtseinstellung erreicht Aluminium) und als Rest (688,2 g) aus Carbonylhaben und eine im wesentlichen vollständige Verdich- so nickelpulver von einer durchschnittlichen Teilchentung erzielt worden ist, was etwa 1 Minute bis zu größe von etwa 5 bis 8 μπι vermischt. Das Aluminium 6 Stunden in Anspruch nehmen kann. wird in Form von NiAI zugesetzt, um die Aufnahme

Nach dem Sintern in flüssiger Phase läßt man das des Aluminiums durch die flüssige Schmelze sicher-

Produkt im Ofen auf Raumtemperatur abkühlen, wo- zustellen, da andernfalls das Aluminium, sofern es

bei die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Durchschrei- 55 allein zugegeben wird, durch Verdampfung im Va-

ten der Liquidus-Phase etwa 35° C pro Stunde nicht kuum leicht verlorengehen kann. Das Pulvergemisch

übersteigt. Erforderlichenfalls wird das gesinterte enthält auch 1 g Paraffin (1 %) auf je 100 g Gemisch.

Produkt, so wie es angefallen ist, einer mechanischen Das Gemisch wird in eine Kugelmühle aus rostfreiem

Reinigung unterworfen. Erfordert das gesinterte Pro- Stahl gegeben, die zur Hälfte mit Kugeln aus rost-

dukt, so wie es angefallen ist, ein Lösungsglühen, so 60 freiem Stahl gefüllt ist, wobei Hexan als Anfeuchtungs-

wird es zwischen etwa 30 Minuten und 5 Stunden auf mittel dient. Das Vermählen wird etwa 40 Stunden lang

eine Temperatur von etwa 1038 bis 126O⁰C erhitzt, durchgeführt,

und danach erfolgt dann das Kühlen an der Luft. Nach Beendigung des Vermahlens wird das Gemisch,

Bei der Ausscheidungshärtung kann die Temperatur im Vakuum getrocknet. Ein Teil des Gemisches wird

in einer ersten Härtungsstufe zwischen etwa 732 und 65 in einer Preßform unter einem Druck von 2,3 t/cm*

982⁰C liegen und die Behandlungsdauer etwa 4 bis zur gewünschten Form verpreßt. Der Preßkörper wird

30 Stunden betragen, worauf das Kühlen an der Luft in flüssiger Phase bei einer Temperatur von etwa

erfolgt, und die weitere Ausscheidungshärtung kann 1350° C eine halbe Stunde lang (nachdem die Tempe-

ratur erreicht ist) im Vakuum von 0,02 mm oder einem noch höheren Vakuum gesintert. Nach Beendigung des Sintems wird das Formstück mit einer solchen Abkühlungsgeschwindigkeit unter Durchschreitung des Liquidus-Solidus-Bereiches gekühlt, daß Wärmerisse wahrend der Verfestigung aus der flüssigen Phase vermieden werden. Eine solche Abkühlungsgeschwindigkeit sollte ein Maß von 35° C pro Stunde nicht überschreiten, da der Liquidus-Solidus-Bereich reckt eng ist und während der Verfestigung nicht zu schnell durchlaufen werden sollte. So wird z. B. ein Preßkörper von 50,8 mm Durchmesser und 50,8 mm Höhe mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die etwa 25° C pro Stunde nicht überschreitet. Der gesinterte Preßkörper wird dann 30 Minuten bei 1232° C geglüht, um eine Rockwell-C-Härte von etwa 46 zu erreichen. Der gesinterte Formkörper wird maschinell zu einem Formwerkzeug, ζ. B. für das Warmstrangpressen, verarbeitet und danach zuerst 8 Stunden auf 900° C und anschließend 4 Stunden auf 800° C ausscheidungs- so gehärtet und danach an der Luft gekühlt Die erreichte Härte liegt bei ungefähr 54 Rockwell C.

Gemäß Beispiel i werden folgende Legierungen hergestellt:

»5

Beispiel 2

Primärkarbid
Grundlegierung

Chrom
Eisen ..
Kobalt
Titan ..
Aluminium*)

30 Volumprozent NbC,
70 Volumprozent der
Zusammensetzung.

Gewichtsprozent 5

12

10

35

Nickel als Rest

Beispiel 3

Primärkarbid
Grundlegierung

40 Volumprozent VC,
60 Volumprozent der
Zusammensetzung.

Gewichtsprozent

Chrom 10

Kobalt 15

Titan 4

Aluminium 1,5

Nickel als Rest

Be

Primärkarbid
Grundlegierung

i s ρ i e 1 4

55 Volumprozent TaC,
45 Volumprozent der
Zusammensetzung.

Gewichtsprozent

Chrom 20

Titan 1

Aluminium 0,5

Nickel als Rest

Beispiel 5

Primärkarbid 65 Volumprozent TiC,

Grundlegierung 35 Volumprozent der
Zusammensetzung.

Gewichtsprozent

Chrom 25

Eisen 6

Kobalt 5

Titan 4,5

Aluminium 3

Nickel als Rest

Beispiel 6

Primärkarbid
Grundlegierung

Chrom
Molybdän
Kobalt ...

Titan

Aluminium

70 Volumprozent TiC,
30 Volumprozent der
Zusammensetzung.

Gewichtsprozent 15

10 2 1

Nickel als Rest

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft eine pulvermetallurgisch durch Patentansprüche: Sintern hergestellte, ausscheidungshärtbare, korro- sions- und hochwarmfeste Nickel-Chrom-Legierung,

1. Pulvermetallurgisch d-!rch Sintern hergestellte, ihre Verwendung als Werkstoff für hitzebeständige ausscheidungshärtbare, korrosions- und hoch- 5 Formwerkzeuge und Maschinenteile sowie ein Verwarmfeste Nickel-Chrom-Legierung aus 35 bis fahren zur Herstellung der Legierung.
75 Volumprozent eines oder mehrerer Primär- Aus der deutschen Auslegeschrift 1 166 482 ist eine

karbide der Metalle Titan, Niob, Vanadium und/ pulvermetallurgisch durch Sintern hergestellte Nickeloder Tantal, Rest eine Grundlegierung bestehend Chrom-Legierung aus 80 bis 95 Volumprozent Grundaus ίο legierung, die 5 bis 30 Gewichtsprozent Chrom, bis

10 bis gewichtsprozent Chrom. *££%*^J^,cT SSTnd 11

2 bis 12 Gewichteprozent Eisen, Volumprozent eines Karbides, Borids, Suizids oder

1 bis 3 Gewich sprozent Titan, ^^υ P . Zirkonium, Niob, Tantal, Vana-

0,5 bis 2 Gewich sprozent Alumin.um, J' m oder Hafnium oder eines Disilizids von Molyb-

0 bis 15 Gewichtsprozent Kobalt * d _d;e ^ ^^ ,_s