DE2010055B2 - Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs mit hoher Zeitstandfestigkeit und Zähigkeit - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs mit hoher Zeitstandfestigkeit und ZähigkeitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren /um !erstellen eines Werkstoffs, der eine Lebensdauer bis
zum Bruch von mindestens 268 Stunden bei einer
Belastung von 27 kg/mm-' bei 815°C sowie nach einem lOOOstündigen Glühen bei 8500C und anschließendem
Abkühlen in Luft bei Raumtemperatur eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 0,74 kpm/cm' besitzen und
gleichzeitig bei höheren Temperaturen beständig gegen Korrosion durch unreine, schwefelhaltige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe
und chloridhaltige Medien sein muß, aus einer Legierung bestehend aus 2i,5 bis 26%
Chrom,0,01 bis0,2% Kohlenstoff, 10bis24% Kubalt,0,5
bis 2,1% Molybdän, 4,25 bis 5,6% Titan und Aluminium,
0 bis 2,0% Niob, 0,001 bis 0,05% Bor, 0 bis 0,15% Zirkonium bei einem Gesamtgehalt an Zirkonium und
dem Zehnfachen des Borgehaltes von mindestens 0,02%,0 bis 0,1% Hafnium, 0 bis 0,04% Magnesium, 0 bis
0,3% Seltene Erdmetalle und 0 bis 2% Yttrium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen
Nickel.
In der britischen Patentschrift 8 57 299 sii.J Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen
beschrieben und unter Schutz gestellt, die zwischen 13,5 und 14,75% Chrom,
vorzugsweise 14 bis 15,5% Chrom, 18 bis 22% Kobalt, 0,9 bis 1,5% Titan, 4,2 bis 4,8% Aluminium, 0,12 bis
0,17% Kohlenstoff und 4,0 bis 5,5% Molybdän unter Zusatz von 0,05% Zirkonium und 0,003% Bor, Rest,
abgesehen von Verunreinigungen, Nickel enthalten. Diese Legierungen, die in großem Umfange praktisch in
Gebrauch sind, haben in geschmiedetem Zustand nach Vergütung ein Zeitstandverhalten von 280 und
500 Stunden unter Beanspruchung mit 27 kp/mm-' bei 8I5"C. Ihr Widerstand gegen Korrosion bei hohen
Temperaturen ist jedoch für viele Zwecke unzureichend.
Es ist bekannt, daß durch Erhöhen des Chroiiigehalts
über etwa 6% Chrom die Widerstandsfähigkeit von Legierungen auf Nickelbasis gegen Korrosion bei
hohen Temperaturen in schwefelhaltiger Umgebung verbessert werden kann. Dies wird durch die graphisch
in der britischen Patentschrift 8 57 299 wiedergegebenen Versuchsergebnisse veranschaulicht. Andere Ver-.suchsergebnisse,
die in jener Patentschrift angegeben sind, zeigen, daß die Erhöhung des Chromgehalts über
etwa 16% in bemerkenswertem Maße das Zeitstandverhalten der Legierungen verschlechtert. Eine weitere
ungünstige Wirkung der Erhöhung des Chromgehalts besteht darin, daß sie den Gehalt der härtend und
fesiigkeitserhöhend wirkenden Elemente Titan, Aluminium, Molybdän und Niob heruntersetzt, während doch
gerade diese Elemente wirksam sind, eine Versprödung bei längerer Einwirkung höherer Temperaturen zu
unterdrücken.
Bekannt ist aus der französischen Patentschrift Π 14 619 auch eine Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung
mit 8 bis 25% Chrom, 5 bis 30% Kobalt, 0,5 bis 8% Titan,
1 bis 10% Aluminium, 0,01 bis 0,5% Kohlenstoff, 0,005 bis 0,2% Bor, 0 bis 12% Molybdän, 0 bis 10% Wolfram, 0
bis 5% Eisen, 0 bis 1% Zirkonium und 0 bis 2% Niob und/oder Tantal, Rest mindestens 30% Nickel. Diese
Legierung dient zum pulvermetallurgischen I !erstellen
von Gasturbinenschaufeln.
Des weiteren ist aus der deutschen Auslegeschrift 10 96 040 eine bei hohen Temperaturen kriechfeste
Nickel-Chrom-Legierung mit 4 bis 30% Chrom, 0 bis 55% Kobalt, 0 bis 40% Eisen, bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis
20% Molybdän, 0 bis 5% Wolfram, 0 bis l%Niob und/oder Tantal, bis 1% Mangan, bis 2% Silizium, 0,01
bis 0,2% Zirkonium, 0,5 bis 8% Titan, 0,3 bis 8% Aluminium und 0,001 bis 0,01% Bor, Rest mindestens
40% Nickel bekannt.
In der deutschen Patentanmeldung ρ 50 38b D/40b
wird eine hitzebeständige Nickel-Chrom-Legierung mit
12 bis 35% Chrom, bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 15% Eisen, 0,5 bis 5% Aluminium, 0,1 bis 5% Titan,
-, 0,001 bis 0,2% Zirkonium, bis 5% Molybdän und/oder Wolfram, bis 45% Kobalt, 0,002 bis 5% Niob, bis V1A,
Bor beschrieben, deren Gesamtgehalt an Aluminium und Titan 2,5 bis 6% beträgt und die bei hohen
Temperaluren von 900"C eine hohe Festigkeit, insbe-
ι» sondere Kriechfestigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit
besitzt. Über die Zähigkeit dieser Legierung, insbesondere nach einer langzeitigen Beanspruchung
bei hohen Temperaturen ist nichts bekannt. Außerdem besitzt eine als Beispiel angegebene Legierung mit 20%
π Chrom, 0,96% Aluminium, 2,48% Titan, 0,05% Zirkonium, 0,42% Eisen, 0,57% Silizium, 0,39% Mangan und
20% Kobalt bei 8I5°C und einer Belastung von
27 kp/mm- eine Standzeit von nur 40 Stunden; sie unterliegt zudem bei/n Eintauchen in eine Salzschmelze
_>o aus 25% Natriumchlorid und 75% Natriumsulfat bei
900qC im Verlauf von 300 Stunden einem Gewichtsverlust von 1680 mg/cm-'.
Aus der britischen Patentschrift 7 83 955 ist schließ lieh eine Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung mit 0,001 bis
_>-, 0,15% Kohlenstoff, je 0,1 bis 1,0% Mangan und Silizium,
10 bis 25% Kobalt, 15 bis 25% Chrom, 0 oder 8 bis I Wo
Wolfram, 0,001 bis 0,05% Bor, 0 bis 10% Molybdän, l.b
bis 2,75% Titan, 0.2 bis 2% Aluminium, 0 bis 5% Eisen und einzeln oder nebeneinander 0 bis 3% Niob, Tantal
in und Vanadin, Rest mindestens 40% Nickel bekannt.
Diese Legierung eignet sich als Guß- und Knetwerkstoff; sie soll bei Temperaturen von 600 bis 1000 'C eine
gute Festigkeit und Zunderbeständigkeit, beispielsweise bei 87O0C und einer Belastung von 14 kp/mm- eine
r> Standzeit von mindestens 50 Stunden, im Ein/elfall von 225 Stunden besitzen.
Ausgehend von dem vorerwähnten Stande der Technik besieht die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe darin, ein Verfahren zum Herstellen einer
in Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung zu schaffen, die bei
815°C und einer Belastung von 27 kp/mm- eine Standzeit von mindestens 268 Stunden und nach einem
lOOOstündigen Glühen bei 8500C und anschließendem
Abkühlen an Luft bei Raumtemperatur eine Keil)
r> Schlagzähigkeit von mindestens 0,74 kpm/cm-' besitzt
sowie bei höheren Temperaturen beständig gegen Korrosion durch unreine, schwefelhaltige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe
und chloridhaltige Medien ist. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem
■in Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß
der Titan- auf den Aluminiumgehalt so abgestimmt wird, daß das Verhältnis 1:1 bis 4 : 1 beträgt und daß
der Gesamtgehalt an Titan und Aluminium so auf den Niobgehalt abgestimmt wird, daß die entsprechenden
Wertepaare in das von den Eckpunkten A, B, C. D, Λ definierte Feld im Koordinatensystem, in dem die
Summe der Titan- und Aluminiumgehalte gegen den Niobgehalt aufgetragen ist, fallen.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge-
ω) stellte Legierung eignet sich beispielsweise als Werkstoff
zum Herstellen von Läuferschaufeln oder anderen Teilen von Gasturbinen, die mit unreinen, insbesondere
Schwefel enthaltenden Kohlenwasserstoffen und insbesondere in maritimer Atmosphäre betrieben werden.
b) Im Hinblick auf eine möglichst hohe Korrosionsbeständigkeit
enthält die Legierung mindestens lyy/n
Chrom. Chromgehalte über 26% bedingen dagegen eine Versprödung bzw. beeinträchtigen die Zeitstandltstiji
keit. Vorzugsweise enthalt die Legierung 24 bis 25% Chrom.
Durch Kohlenstoffgchaile unter 0,01% wird die Zeitstandfestigkeit der Legierung verschlechtert.
Er liegt deshalb vorzugsweise zwischen 0,015 und 0,08%. Ein zu großer Kohlenstoffgehalt macht die
Legierungen spröde. Deshalb soll der Kohlenstoffgehalt 0,2% nicht überschreiten.
Kobalt erhöht die Festigkeit der Legierungen. Deshalb werden mindestens 10% und vorzugsweise
mindestens 12% und mit besonderem Vorteil mindestens 14% für diesen Zweck vorgesehen. Übersteigt der
Kobaltgehalt jedoch 24%, so neigen die Legierungen zum Verspröden bei langer dauernder Erhitzung.
Vorzugsweise überschreitet daher der Kobaltgehalt nicht 22%.
Die Festigkeit der Legierung wird ferner durch Niob, Titan, Aluminium und Molybdän erhöhl.
Das Zeitstandverhalten der Legierungen wird im allgemeinen durch die Anwesenheit von Niob erhöht.
Die Legierungen enthalten daher mit Vorteil mindestens 0,25% Niob und vorzugsweise 0,5% Niob.
(Jbersteigt jedoch der Niobgchalt 2%, so erhält man Legierungen mit unzureichendem Zeitstandverhalten in
bezug auf die Lebensdauer und niedriger Festigkeit gegen Schlagbeanspruchung bei niedrigen Raumtemperaturen.
Tantal kann nebenbei mit dem Niob in einer Menge bis zu etwa einem Zehntel des Niobgehaltcs
beigefügt werden. Für den mit der Erfindung verfolgten Zweck sind solche Tantalmengen als Teil des Niobgehaltes
anzusehen.
Wenn der Gesamtgehalt an Titan plus Aluminium kleiner ist als 4,25%, so ist das Zcitstandverhalten
bezüglich der Lebensdauer wiederum verhältnismäßig schlecht, während die Festigkeil gegen Schlagbeanspruchung
nach längerer Erhitzung auf 850"C unzureichend ist, wenn der Gesamtgehall an Titan plus Aluminium zu
groß ist, und zwar mil Rücksicht auf den Gehalt an Niob.
Die Legierung würde also dann durch einen Punkt repräsentiert werden, der oberhalb und rechts der Linie
AB in der beiliegenden Zeichnung liegt, in welche die Summe der prozentualen Gehalle an Titan und
Aluminium als Ordinaten über dem Niobgehalt aufgetragen sind.
Diese Wirkungen sind erläutert durch die Vcisuchsergebnisse,
die mit Reihen von Legierungen der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen durchgeführt wurden.
In dieser Tabelle sind die Legierungen Nr. 1 bis 4 erfindungsgemäß zusammengesetzt und alle übrigen
Legierungen nicht. Das Ti : Al-Gewichtsverhältnis betrug bei allen diesen Legierungen 2:1. Zusätzlich zum
Nickel und den angegebenen Bestandteilen enthielt jede Legierung nominell 0,003% Bor und 0,05% Zirkonium.
Die Legierungen wurden im Vakuum erschmolzen. Es wurden 0,003% Magnesium beigegeben in Form einer
Ni-!5%-Magnesiumlegierung, womit sich ein Überschuß an Magnesiumgehalt von 0,02% ergab, und die
Legierungen wurden im Vakuum gegossen. Die Blöcke wurden durch Warmverformung in Stäbe oder Stränge
verwandelt, von denen Proben zur Untersuchung des Zeitstandveraltens geschnitten wurden, und einer
Wärmebehandlung unterworfen, die aus Lösungsglühen über 4 Stunden bei 1150° C, Abkühlen in Lur't, Aushärten
über 16 Stunden bei 85O0C und erneutem Abkühlen in
Luft bestand. Proben zur Untersuchung der Kerbschlagfähigkcit
wurden gleichfalls hergestellt. Diese wurden ebenfalls einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus
vierstündigem Lösungsglühen bei 1150°C, Abkühlen in Luft und hierauf Erhitzen für die Dauer von 1000
Stunden bei 850°C und anschließendem Abkühlen in Luft bestand. In den drei letzten Spalten der Tabelle 1 ist
das Zcitstandverhalten in Stunden bei 27 kp/mm2 und 815°C, die prozentuale Dehnung bei Bruch und die bei
Raumtemperatur mittels Charpy-Kerbschlagprobe mit Spitzkerbe bestimmte Kerbschlagzähigkeit in kgm/cm2
angegeben.
| Legierung | C | M | Ii | Ii + ΛΙ | Cr | Cd | Nb | Mo | Zeitstand | Dehnung | Kerb |
| verhalten | schlag | ||||||||||
| %) | zähigkeit | ||||||||||
| Lebens | 9,2 | ||||||||||
| dauer | 9,3 | ||||||||||
| (%) ( | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (Std.) | 5,5 | (kg/cm') | ||
| A | 0,058 | ,3 | 2.7 | 4.0 | 25,1 | 20 | _ | 2,05 | 143 | 16 | 5,75 |
| 1*) | 0,047 | ,45 | 3.2 | 4,65 | 25,2 | 21,2 | _ | 2,0 | 337 | 9,8 | 2,90 |
| 2Ί | 0,047 | ,8 | 3,5 | 5,3 | 24,8 | 21,1 | — | 2,0 | 321 | 9,4 | 2,37 |
| 3«) | 0,046 | ,65 | 3,2 | 4,85 | 24,4 | 19,8 | 0,6 | 2,1 | 283 | 14,9 | 2,51 |
| Il | 0,047 | ,8 | 3,55 | 5,35 | 24,5 | 19,8 | 0,6 | 2,05 | 313 | 9,8 | 1,38 |
| C" | 0,046 | ,3 | 2.3 | 3.6 | 24,4 | 20,1 | 1,1 | 2,1 | 170 | 6,5 | 4,99 |
| D | 0,060 | ,35 | 2,7 | 4,05 | 24,8 | 20 | 0,98 | 2,05 | 167 | 9,4 | 4,13 |
| 4«) | 0,043 | ,5 | 3,05 | 4,55 | 25,1 | 19,7 | 1,05 | 2,1 | 354 | 5,0 | 2,76 |
| ι: | 0,044 | ,25 | 2,35 | 3,6 | 24,1 | 20,1 | 2,1 | 2,15 | 197 | 3,01 | |
| Γ | 0,058 | ,35 | 2,7 | 4,05 | 24,2 | 19,7 | 1,9 | 2,05 | 214 | 2,37 | |
| CJ | 0,045 | ,55 | 3,0 | 4,55 | 23,5 | 19,8 | 2,05 | 2,05 | 216 | ||
') Niii-Ii dem crfindungsgciuüHcii Verfahren hergestellte Legierung.
Die Legierungen in Tabelle 1 werden durch die I'unkIe repräsentiert, die in der dieser Beschreibung
beigefügten Zeichnung eingetragen sind. In jedem Linzclfiill bedeuten die in Klammern angegebenen
/iihlcn die Standzeit in Stunden, die prozentuale
Dehnung und die Kcrbschlngziihigkcii in kgni/em2.
Die vier untersuchten Legierungen, deren Zusammensetzungen innerhalb des Feldes ABCUA liegen
i,ri (also Legierungen I, 2, 3 und 4), zeigten sämtlich eine
Standzeil von mehr als 280 Stunden und eine
Kcrbschlagzähigkcit über 1,7 kgm/cm2, während die
anderen Legierungen in der einen oder anderen
Beziehung diesen Legierungen in bezug auf die in Rede stehenden Eigenschaften unterlegen waren.
Verhältnisse von Titan zu Aluminium kleiner als 1 :1
führen zu Verlust an Duktilität unter Dauerbeanspruchung und zu einer Verminderung der Widerstandsfähigkeit
gegen Schlagbeanspruchung während das Zeitstandverhalten unbefriedigend ist, wenn das genannte
Verhältnis 4 :1 überschreitet. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis 1 :1 bis 2,5 :1.
Bei Abwesenheit von Molybdän verschlechtert sich das Zeitstandverhalten der Legierungen, und mindestens
0,5% Molybdän müssen anwesend sein, da Molybdän bis 2% das Zeitstandverhalten verbessert und
bei mehr als 2% wieder etwas senkt, jedoch die Kerbschlagzähigkeit nach längerem Erhitzen auf 8500C
progressiv mit zunehmendem Molybdängehalt abnimmt. Bei mehr als 2% Molybdän besteht im übrigen
die Gefahr der Bildung einer Sigmaphase. Hieraus folgt, daß zwecks zufriedenstellender Kerbschlagzähigkeit
und Vermeidung von Versprödung bei längerem Erhitzen die Legierungen nicht mehr als 2% Molbdän
enthalten sollen. Vorzugsweise beträgt der Molybdängehalt 1 bis 2,0%.
Diese Wirkungen werden durch die aus Tabelle II ersichtlichen Versuchsergebnisse veranschaulicht, die
mit Legierungen erhalten wurden, welche nominell zusätzlich zum Molybdän Titan und Aluminium in den
angegebenen Mengen enthielten, und zwar bei einem Ti: Al-Verhältnis von 2:1, ferner 0,04% Kohlenstoff,
25% Chrom, 20% Kobalt, 0,003% Bor, 0,05% Zirkonium, 0,02% Magnesium, Rest, abgesehen von Verunreinigungen,
Nickel. Die Legierungen wurden in derselben Weise hergestellt, wärmebehandelt und getestet, wie
dies in Verbindung mit Tabelle I beschrieben worden ist. Legierung 2a wurde nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt, die Legierungen H und K dagegen nicht.
Legierung
Nr.
Mo Ti+ Al
Zeitstandverhalten
(Std.)
Dehnung
Kerbschlagzähigkeit
(kgm/cm2)
2a
4,6
4,65
4,7
120
337
296
337
296
16,8
5,25
2,90
0,52
2,90
0,52
Bor und in geringem Maße auch Zirkonium verbessern das Zeitstandverhalten der Legierungen,
und diese müssen mindestens 0,001 und vorzugsweise mindestens 0,003%, aber nicht mehr als 0,05% Bor
enthalten. Ein Borgehalt von mehr als 0,05% hat einen schädlichen Einfluß auf die Schmiedbarkeit der Legierungen.
Zirkonium darf in Mengen bis 0,15% anwesend sein. Der Gesamtgehalt von Bor und Zirkonium,
ausgedrückt durch
Der Vorteil eines Borgehalts von mindestens 0,003% wird durch die in Tabelle III angegebenen Ergebnisse
veranschaulicht, die mit erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierungen erhalten wurden, also Legierungen,
die zusätzlich zu Chrom, Molybdän und Bor nominell 0,04% Kohlenstoff, 20% Kobalt, 3% Titan, 1,5%
Aluminium, 1% Niob, 0,04% Zirkonium, Rest, von Verunreinigungen abgesehen, Nickel enthielten.
Die Herstellung, Wärmebehandlung und Prüfung der Legierungen erfolgte ebenso, we dies in Verindung mit
| (10% B), | Cr | Mo | B | Tabelle I 1 | ist, jedoch | mit einer | Zeitstandverhalten | Dehnung Sigma- | phase | bei 22 kp/inm2 | Dehnung | Sigma | Kerb | |
| zusätzlicher | ι Untersuchung des Zeitstandverhaltens bei | bei 27 kp/mm2 | Lebens | phase | schlag zähigkeit |
|||||||||
| muß mindestens 0,02% betragen. | jeschrieber | 22kp/mm2und815°C. | Lebens | (o/o) | nein | dauer | (0/0) | |||||||
| Tabelle III | ι worden | dauer | 5 | nein | (Std.) | 5 | ja | |||||||
| (% Zr) + | Legierung | (%) | (0/0) | (0/0) | (Std.) | 6 | nein | 707 | 11 | nein | (kgm/cm2) | |||
| 25 | 2 | 0,003 | 268 | 5 | nein | 1107 | 9 | nein | 2,75 | |||||
| 25 | 1,5 | 0,003 | 624 | 6 | nein | 944 | 5 | nein | 2,37 | |||||
| 24 | 1,5 | 0,003 | 333 | 8 | 1310 | 11 | ja | |||||||
| 24,5 | 1,5 | 0,012 | 448 | 967 | 2,87 | |||||||||
| 5 | 26 | 2 | 0,003 | 347 | 0,74 | |||||||||
| 6 | ||||||||||||||
| 7 | ||||||||||||||
| 8 | ||||||||||||||
| 9 | ||||||||||||||
Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß bei einem so niedrigen Borgehalt wie 0,003% und einem so hohen
Molybdängehalt wie 2% oder einem so hohen Chromgehalt wie 26% eine Tendenz zur Versprödung
bei längerer Erhitzung auf 8150C und Beanspruchung
auf 22 kp/mm2 besteht. Um bei Legierungen, die hohen Tempersturen und hohen Beanspruchungen ausgesetzt
sind, Versprödung möglichst zu vermeiden, sollte daher der Borgehalt mindestens 0,003%, der Molybdängehalt
bo weniger als 2% und der Chromgehalt weniger als 26% betragen.
Hafnium kann in Mengen bis zu 0,1% anwesend sein, beispielsweise von 0,02 bis 0,07%, um die Schweißbarkeit der Legierungen zu verbessern, insbesondere bei
br) solchen Legierungen, die sowohl Bor als auch
Zirkonium enthalten. Magnesium wird den Legierungen mit Vorteil in Mengen bis herauf zu 0,04% beigegeben,
um ihre Verarbeitbarkeil zu verbessern, jedoch haben
größere Mengen die entgegengesetzte Wirkung und erschweren die Verarbeitung. Besonders geeignet sind
Magnesiumgehalte von 0,01 bis 0,03%.
Die Widerstandsfähigkeit der Legierungen gegen Oxydation und Zündern wird durch die Anwesenheit >
seltener Metalle verbessert und eines oder mehrere Metalle, die zu diesen gehören, können beigegeben
werden, beispielsweise in der Form von Mischmetall. Mit Vorteil werden 0,01 bis 0,3%, beispielsweise 0,03 bis
0,08% an Seltenen Erdmetallen beigegeben. Es wurde iu
gefunden, daß Beigaben von Yttrium gleichfalls die Widerstandsfähigkeit der Legierungen gegen Oxydation
und Zündern sowie gegen Sulfidierung erhöhen, und Yttrium kann mit Vorteil in Mengen von 0,2 bis 2%,
beispielsweise von 0,5 bis 1 %, beigegeben werden.
Von den oben angegebenen Bestandteilen abgesehen, besteht der Rest der Legierungen aus Nickel und
Verunreinigungen.
Was die Elemente betrifft, die als Verunreinigungen anwesend sein können, so hat Silizium eine schädliche
Wirkung auf die Korrosionsbeständigkeit und sollte daher unter 1% und vorzugsweise unter 0,5% gehalten
werden. Bei anderen Verunreinigungen kann es sich um Mangan in Mengen bis zu 1 % und Eisen in Mengen bis
zu 2% handeln.
Eine besonders vorteilhafte Kombination von Eigenschaften zeigen Legierungen, die 24 bis 25% Chrom, 19
bis 22% Kobalt, 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, 2,8 bis 3,2% Titan, 1,4 bis 1,6% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Niob,
1,8 bis 2,0% Molybdän, 0,001 bis 0,006% Bor, 0,03 bis 0,06% Zirkonium, 0 bis 0,03% Magnesium, 0 bis 0,07%
Hafnium, 0 bis 0,3% seltene Erdmetalle und 0 bis 1% Yttrium, Rest von Verunreinigungen abgesehen, Nickel
enthalten. Andere Legierungen mit vorteilhaften Eigenschaften enthalten 14 bis 17% Kobalt, wobei die
restliche Zuammensetzung mit der soeben angegebenen übereinstimmt.
Eine besonders bevorzugte Ausführung einer Legierung nach der Erfinung hat eine nominelle Zusammensetzung
von 24,5% Chrom, 20% Kobalt, 1,5% Molybdän.3% Titan, 1,5% Aluminium, 1% Niob, 0,04% Zirkonium,
0,012% Bor, 0,04% Kohlenstoff, Rest von Verunreinigungen abgesehen, Nickel.
Um das gute Zeitstandverhalten der Legierungen in schmiedbarer oder knetbarer Form voll zu entwickeln,
müssen sie einer Wärmebehandlung unterworfen
werden, die aus Lösungsglühen und anschließendem Altern besteht. Das Lösungsglühen kann sich beispielsweise
zusammensetzen aus Erhitzen auf die Dauer von 1 bis 8 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 1050
bis 1250°C, und die Legierungen können dann durch Erhitzen gealtert werden, beispielsweise auf die Dauer
von 1 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 9500C. Eine alternd wirkende Zwischenbehandlung,
beispielsweise in der Form einer Erhitzung auf die Dauer von 1 bis 16 Stunden bei 800 bis 1050° C,
kann zwischen das Lösungsglühen und die endgültige Alterungsbehandlung eingeschaltet werden. Die Legierungen
können mit irgendeiner angemessenen Geschwindigkeit nach jeder Stufe der Wärmebehandlung
abgekühlt werden, beispielsweise durch Kühlen in Luft (im allgemeinen bis auf Raumtemperatur) oder auch
durch direkte Überführung von einem Ofen in einen anderen Ofen, in dem sie einer niedrigeren Temperatur
ausgesetzt werden.
Die Beständigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierungen gegen Korrosion
unter Einwirkung von Verbrennungsprodukten aus unreinen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen oder von
Seewasser wurde durch Versuche ermittelt, bei denen Proben der Legierungen der Einwirkung einer geschmolzenen
Mischung aus 25 Gewichtsprozent Natriumchlorid und 75% Natriumsulfat bei 9000C unterworfen
wurden. Der Korrosionsschaden wurde durch Vergleich des Gewichts jeder Probe nach Entfernen der
Korrosionsprodukte durch kathodisches Entzundern in geschmolzenem Natriumhydroxyd mit dem Gewicht
vor Beginn der Einwirkung abgeschätzt. Die Stoffe höherer Widerstandsfähigkeit sind die, welche den
geringsten Gewichtsverlust zeigen.
Die Versuche wurden auf zwei verschiedene Arten durchgeführt:
Test A: Proben jeder Legierung wurden in die Salzmischung getaucht, während sie in Luft erhitzt
wurden.
Test B: Proben jeder Legierung wurden in einem vertikalen, oben offenen Ofen erhitzt, in welchem das
Salzgemisch in Form einer feinen Dispersion mit einer Geschwindigkeit von 5 g/Std. kontinuierlich eingebracht
wurde.
Die Ergebnisse der Vergleichsversuche sind in Tabelle IV wiedergegeben.
Legie- Zusammensetzung (Gew.-%)*)
Nr. C Cr Co Mo
Ti
Al
Nb Zr
Gewichtsverlust (mg/cm2)
Test A Tesi B
nach nach nach
300 Std. 72 Std. 120Std.
0,043
0,15
0,15
25,1
14,5
14,5
19,7
19,7
19,7
2,1
4,97
4,97
") Rest Nickel und Verunreinigungen.
3,05
1,27
1,27
1,50 1,05 4,50 0,05
0,09
0,09
0,003
0,004
0,004
15
1562
1562
- 27
>1800
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (22)
1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs, der eine Lebensdauer bis zum Bruch von mindestens 268
Stunden bei einer Belastung von 27 kp/mm2 bei 815"C sowie nach einem lOOOstündigen Glühen bei
8500C und anschließendem Abkühlen in Luft bei Raumtemperatur eine Kerbschlagzähigkeit von
mindestens 0,74 kpm/cm2 besitzen und gleichzeitig
bei höheren Temperaluren beständig gegen Korrosion durch unreine, schwefelhaltige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe
und chloridhaltige Medien sein muß, aus einer Legierung, bestehend aus 23,5 bis
26% Chrom, 0,01 bis 0,2% Kohlenstoff, 10 bis 24% Kobalt, 0,5 bis 2,1% Molybdän, 4,25 bis 5,6% Titan
und Aluminium, 0 bis 2,0% Niob, 0,001 bis 0,05% Ror,
0 bis 0,15% Zirkonium bei einem Gesamtgehalt an Zirkonium und dem Zehnfachen des ßorgehaltes
von mindestens 0,02%, 0 bis 0,1% Hafnium, 0 bis 0,04% Magnesium, 0 bis 0,3% Seltene Erdmetalle
und 0 bis 2% Yttrium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel, dadurch
gekennzeichnet, daß der Titan- auf
den Aluminiumgehalt so abgestimmt wird, daß das Verhältnis 1:1 bis -4:1 beträgt, und daß die Summe
der Titan- und Aluniiniumgehalte auf den Niobgehalt
so abgestimmt wird, daß die entsprechenden Wertepaare in das in der Zeichnung von den
Eckpunkten A, B, C, D, Λ definierte Feld im Koordinatensystem, in dem die Summe der Titan-
und Aluniiniumgehalte gegen den Niobgehalt aufgetragen ist, fallen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 24 bis 25% Chrom, 0,015 bis 0,08%
Kohlenstoff, Kobalt und mindestens 1% Molybdän enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt
auf mindestens 0,5% sowie das Verhältnis des Titangehaltes zum Aluminiumgehalt auf 1:1 bis
2,5 : 1 eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Legierung 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, 19 bis 22%
Kobalt, 0,03 bis 0,06 % Zirkonium, 0 bis 0,03% Magnesium, 0 bis 0,07% 1 lafniiim, 0 bis 0,3% Seltene
Erdmetalle und 0 bis 1% Yttrium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf 0,5 bis 1,0%,
der Titangehalt auf 2,8 bis 3,2% und der Aluniiniumgehaltauf
1,4 bis 1,6% eingestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 24 bis 25% Chrom, 19 bis 22% oder 14 bis
17% Kobalt, 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, 1,8 bis 2,0%
Molybdän, 0,001 bis 0,006% Bor, 0,03 bis 0,06% Zirkonium, 0 bis 0,03% Magnesium, 0 bis 0,07%
Hafnium, 0 bis 0,3% Seltene Erdmetalle und 0 bis 1 % Yttrium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der
Niobgehalt auf 0,5 bis 1,0%, der Titangehalt auf 2,8 bis 3,2% und der Aluminiumgehalt auf 1,4 bis 1,6%
eingestellt werden.
5. Verfahren nach Ansprach 1, wobei die Legierung 24,5% Chrom, 20% Kobalt, 1,5%
Molybdän 0,04% Zirkonium, 0,012% Bor und 0,04% Kohlenstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
der Niobgehalt auf 1%, der Titangehalt auf 3% und der Aluminiumgehalt auf 1,5% eingestellt werden.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I auf eine im Anspruch I genannte Legierung, die
jedoch 0,001 bis 0,01% Bor enthält.
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 auf eine im Anspruch 5 genannte Legierung, die
jedoch 1,0 bis 2% Molybdän und 0,001 bis 0,006% Bor enthält.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 auf eine im Anspruch 3 genannte Legierung, die
jedoch 1,4 bis 1,6% Molybdän und 0,010 bis 0,015%
Bor enthält.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I auf eine in den Ansprüchen I, 6, 7 und 8 genannte
Legierung, die jedoch mindestens 12% Kobalt
id enthält.
10. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine in den Ansprüchen 1, 6, 7, 8 und 9 genannte
Legierung, die jedoch mindestens 0,25% Niob enthält.
ι > 11. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen
1 und 2 auf eine in den Ansprüchen 1,2 und 6 bis
10 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,003% Zirkonium enthält.
12. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprü-.'0
chen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen I bis 11 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,02%
Hafnium enthält.
13. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 12
_>> genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,01% Magnesium enthält.
14. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 13 genannte
Legierung, die jedoch mindestens 0,01% Seltene
«ι Erdmetalle enthält.
15. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine Legierung nach den Anspi lichen
1 bis 14, die jedoch höchstens 0,08% Seltene Erdmetalle enthält.
D 16. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 13
genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,2% Yttrium enthält.
17. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüto
chen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen I bis 15 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,5%
Yttrium enthält.
18. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 17
Ii genannte Legierung, die jedoch unter 1% Silizium
entheilt.
19. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen I bis 17
genannte Legierung, die jedoch unter 0,5% Silizium
in enthält.
20. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 19
genannte Legierung, die jedoch höchstens 1% Mangan enthält.
υ
21. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen
1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 20 genannte Legierung, die jedoch höchstens 2% Eisen
enthält.
22. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprü-
bi) chen 1 oder 2 auf eine in den Ansprüchen I, 2 und 6
bis 21 genannte Legierung, die jedoch höchstens 17% Kobalt enthält.
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