DE2034608A1

DE2034608A1 - Gußlegierungen

Info

Publication number: DE2034608A1
Application number: DE19702034608
Authority: DE
Inventors: Carl Howard Hockin John Arlington Heights Woulds Michael John Schaumburg 111 Lund
Original assignee: MARTIN METALS CO
Current assignee: MARTIN METALS CO
Priority date: 1969-07-14
Filing date: 1970-07-13
Publication date: 1971-03-04
Also published as: CH583298A5; GB1332160A; GB1332159A; CA935671A; DE2034608C2; FR2051732A2; BE753419R; FR2051732B2

Description

Dr. W. Schalk, DipMnfl. P. Wir* Dipl-lng. G. Dannmberg Dr. V, Schmied-Kowarzik Dr. P. WeinhoW, Dr. D. GucU

6 FremkfurljM., Gr. ΕκΙηηΚ«ηΜΤ Sh-. 39

-15354· Wd/Hn/hn

Martin Metals Company 277 Park Avenue

Hew York, N₀Y. 10017, USA

Gußlegierungen

Die vorliegende Erfindung "betrifft Gußlegierungen, insbe-^ sondere Gußlegierungen auf Nickel- und Nickel/Kobalt-Basis, die außerdem Chrom, Kohlenstoff und Aluminium und mehr als etwa 5 Gew.-% an einer vorher umgeschmolzenen und gegossenen Legierung enthalten.

In der deutschen Patentanmeldung P 19 21 359·3 befaßt sich die Anmelderin mit einem der bei der Entwicklung von Legierungen zur Verwendung zur Herstellung von gegossenen Heißstufen-Gasturbinen-Metallteilen auftretenden Hauptprobleme, das darin besteht, der Legierung bei Temperaturen von etwa 760⁰G eine ausreichende Duktilität zu verleihen. Nach dieser Patentanmeldung ist es möglich_v durch Einarbeitung von etwa 1,0 bis etwa 4,0 Gew.-% Hafnium in eine ^-Primärphanenenthaltende Gußlegierungen auf Nickelbasis, die zur Herstellung von Heißetufen-Gasturbinenmetallteilen verwendet werden sollen, höchst zuverlässige und beständige Legierungen herzustellen, die bei der Prüfung unter einer Belastung von 6 600 kg/cm² bei 76O⁰O während der Kriechdehnung der dritten

109810/U49

_ P —

Stufe verhältnismäßig gleichmäßiges, vorhersehbares Versagen zeigen.

Bei der in dieser Patentanmeldung beschriebenen Legierung B handelt es sich um eine Legierung, die O,/T % Kohlenstoff, 8 % Chrom, 10 % Kobalt, 6 % Molybdän-, 4,25 % Tantal, 1 % Titan, 6 % Aluminium, 0,015 % Bor, 0,10 % Zirkonium, Rest Nickel enthält. Die statistische Analyse dieser technisch hergestellten Legierung, die in der oben genannten Patentanmeldung als Legierung B bezeichnet wird, zeigt, daß die Werte für die prozentuale vorherige Kriechdehnung, die auftritt, wenn die Legierung bei 760°^c auf Kriechdelnmngsbruch "' hin untersucht wird, eine abgeschrägte Verteilungskurve ergeben, die in der Fig. 1 der beiliegenden, Zeichnung als Kurve A bezeichnet wird. Unter der prozentualen vorherigen Kriechdehnung ist die prozentuale Kriechdehnung mehr als 1 Stunde vor dem Bruch zu verstehen. Unter den hier verwendeten Ausdrücken "unter Verwendung von umgeschmolzenem Material hergestellte Charge" oder "umgeschmolzene Charge" ist eine Legierungsschmelze zu verstehen^ die etwa 5 Gew.-5& oder mehr eines Metalls enthalt _% das vorher umgeschmalzen und in die Legierungsform gegossen worden ist« Hinge schmal ζ-ene Chargen treten definitionsgemäß auf, wenn die Hauptlegierung zuerst zu einem Barren gegossen, der Barren dann geschmolzen und in Formen gegossen wird, welche die Gestalt der Endprodukte aufweisen, wobei die überschüssigen Teile von dem gegossenen Produkt weggeschnitten werden und wobei diese überschüssigen Teile entweder allein oder unter Zusatz eines frischen Barrenmaterials in die nachfolgende Charge umgesohmolsen. werden. Eine weitere Analyse hat gezeigt, daß diese abgeschrägte Kurve das Ergebnis einer statistischen Verteilung zwischen frischen und umgeschmolzenen Chargen darstellt·

Eine etwas andere itatißtieek© Analyse, die iß: übe fig» 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist_t-feat g@s@igf_s.daß die Kurve A eine Synthese aus dta RgieohdelrauBgabruok. d©s aweiten Stufe, Kurve B₁ und dem Krieohdehnungsbrueb der dritten Stufe»

auch mit "Zeitatandverhalten" bezeichnet-

f09810/1

Kurve C, darstellt. Es ist möglich, daß, die niedrigen Werte sowohl der frischen als auch der umgeschmolzenen Chargen durch ein Versager^ahrend der Kriechdehnung der zweiten Stufe hervorgerufen werden. Obwohl dieses unerwünschte Kriechdehnung s/^{V r}t^aSer zweiten Stufe bei umgeschmolzenen Chargen häufiger vorkommt, tritt er auch bei frischen Chargen auf.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Herstellung von höchst vorteilhaften Turbinenmotormetallteilen, die aus Chargen hergestellt werden, die umgeschmolzenes Material enthalten, das, wenn man es unmodifiziert belassen würde, Eigen*- schaften von einer technischen Tragweite aufweisen würde, die am unteren Ende des StreuμngsbeΓeiches liegen«

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Gasturbinenmotormetallteilen aus umgeschmolzene Legierungen enthaltenden Chargen herzustellen, die eine normale statistische Verteilung der technischen Eigenschaften aufweisen.

'Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung von aus Chargen mit umgeschmolzenen Legierungen gegossenen Gasturbinenmotormetallteilen anzugeben, die eine stark verbesserte Beständigkeit gegenüber den nachteiligen Einflüssen der Zeit bei hoher Temperatur auf die Schlagfestigkeit aufweisen, sowie darin, neue, bei hohen Temperaturen belastbare Legierungen und Legierungen mit einer verbesserten 'Duktilität zu schaffen. ·

Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist eine graphische Darstellung der Häufigkeit des Auftretens der Werte der prozentualen vorherigen Kriechdehnung in bei 76O⁰C getesteten Formungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Rahmens der ' "vorliegenden Erfindung.

Es wurden neun Chargen von erfindungsgemäßen Legierungen mit der Zusammensetzung der Legierung B hergestellt, die jedoch' . anstelle einer gleichen Menge Nickel etwa 1 bis etwa 2 Gew.-%

109810/1 U9

Hafnium enthielten.. Fünf dieser Legierungschargen wurden unter Verwendung von umgeschmolzenem Metall hergestellt, vier der Chargen wurden aus frischen Materialien hergestellt. Bearbeitete Proben von aus diesen Chargen hergestei 1 ten . Schaufeln wurden zur Bestimmung der Bruchfestigiceit/und der prozentualen vorherigen Kriechdehnung bei 760 C und 6 600 kg/cm getestet* Keine der erfindungsgemäßen Legierungen versagte bei der Kriechdehnung der zweiten Stufe, was eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit anzeigt. Die Verteilungskurve für die Werte der prozentualen vorherigen Kriechdehnung fur diese Legierungen ist die Kurve D der Fig„ 1 der beiliegenden. Zeichnung und die Werte, auf denen diese Kurve basiert, sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

	V oder R*	Tabelle I	1,70	Std.	760°C/6600 kg/cm²
Charge		Gewo% Hf Test bei			vorherige Kriech
Nr.		•		86,6	dehnung in %
	V			91,1	5,59
1		1,40	94,7	5,76
			87,7	3,83
			75,3	4,51
	V		83,4	3,80
2		1,29	69,1 .	5,44
			119,7	4,02
			126,6	7,42
	V		91,1	6,82
3		1,40	50,4	,4,66
			65,5	2,30
			65,7	5,85
	V		93,7	3,56
4		61,9	6,59
		94,7	* 3,46-
			5,99

"^'(Bezeichnung für Zeit bis zum Bruch)

109810/U49

Fortsetzung; von (Tabelle I

Charge V	oder	R* Gew.% Hf	•	Test bei	760°C/6600 kp/cm²
Hr.				Std.	vorherige Kriech-
			1,46		dehnung in ;ό
5	R	1,48	-	91,5	5,50
				91,4	5,40
				107,9	5,10
			1,06	55,8	5,08
6	R	1,64	* -	85,2	4,51
		•		77,8	4,75
			97,6	4,71
		1,45	85,2	5,92
7	R		70,1	5,46
			78,2	4,08
			89,6	4,55
		umgenchmolzene	104,3	5,55
8	R	97,8	6,07
		85,4	4,46
		108,1	7,1
		119,5	6,30
9	R.	100,1	5,45
		76,0	4,30
		101,4	4,72
		63,1	2,62
• frische	oder	Charge

Eine statintinche Auswertung der Angaben in der obigen Tabelle bezüglich der prozentualen vorherigen Kriechdeiuiung ergab folgendes»

109810/t 4 4 9

	6 -	frische Charge	0,1315	2Ö348Q8	zusammenge setzte Charge
	4,975 %	•16	umgeschmol zene Charge	4,92 %
Durchschnittswert	1,423	* nicht abgeschrägte Verteilungen	4,88 %	1,19 .
Sigma .	Abschrägungswert (IbweichungP,00013* (Measure of Skewness)	1,01	0^0000*
Häufigkeitswert , (Measure of Kurtosis)	0,0000*	0*074
Anzahl der Meßpunkte	0,1659	36
20

Die gleichen Chargen ohne Hafniumzusätze zeigten ein durchschnittliches (2) von 1,37 % vorheriger Kriechdehnung mit einer Standardabweichung von 0,69. Diese ist offensichtlich stark abgeschrägt, da der X-2-Sigmawert ein unmöglich negativer Wert ist.

Aus den vorstehenden Angaben geht hervor _% daß kein wesentlicher Unterschied zwischen frischen und umgeschmolzenen Chargen besteht, wenn in der Legierung B Mengen von mehr als etwa 1 % Hafnium anstelle der gleichen Gewichtsmengen Nickel eingeführt werden. Da außerdem die Wahrscheinlichkeitskurve für die Werte der prozentualen vorherigen Kriechdehnung der erfindungsgemäßen Legierungen eine normale Wahrscheinlichkeitskurve darstellt, ist klar_f daß mehr als 95 % der.Proben der erfindungsgemäßen Legierungen, die aus Schaufeln/nergesteilt wurden, unter den angegebenen Testbedingungen voraussichtlich eine vorherige Kriechdehnung von mehr als 2,5 % aufweisen.

Ea ist auch interessant, daß sich die Bruchfestigkeit der in der Tabelle I angegebenen erfindungsgemäßen Legierungen ▼on einem Minimalwert von etwa 50 Stunden bis zu einem Maximalwert von etwa 125 Stunden erstreckt. Entsprechende Testproben tiner unmodifizierten Legierung B wiesen Bruchfestigkeiten innerhalb des Bereiches von etwa 2 bis etwa 28 Stunden auf*

Die Zusammensetzungen in Gew.-# von weiteren Beispielen von

aptnabhebimd ("machined from")

ORIGINAL INSPECTED

vorteilhaften, Hafnium enthaltenden Legierungen, die gegen die nachteiligen Einflüsse von umgeschmolzenem Material beständig sind, sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

Tabelle II Beispiel Nr.

Element 1 2 5 4 5 β 0 0,12 0,14.0,05 0,10 0,13 0,10 Cr 9 9 9 9,0 9,0 9,0 Co 9 9 9 10 10 10 W 9,9 9,6 10. 12,2 11,5 11,8 Mo 2,5 ■ 2,4 ■ - ■■ ₄ ■ ■ - - -Ta - ■ - ' 1,5 .'-■■■■ -Nb - - - 1,0 1,1 1,0 Ti ■ 1,5 1,5 -1,5 2,0 2,0 2,0 Al 5,5 5,5 5,5 5,0 5,0 5,0 Hf 1,5 3,3 4,5' 1,6 1,1 . 2,3 Ni RestE RestE RestE RestE RestE RestE Zr 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 B 0,0150,0150,0150,0150,0150,015

Jedes der Beispiele der vorstehenden Tabelle II wies eine ausgezeichnete Kombination von mechanischen Eigenschaften auf und war im allgemeinen zur Herstellung von Gasturbinenmetallteilendurch Präzisionsgießen geeignet.

Erfindungsgemäße frische Legierungen haben Zusammensetzungen., die im allgemeinen innerhalb der in der Patentanmeldung P 19 21 359.3 genannten Bereiche liegen, mit Ausnahme dessen, daß gefunden wurde, daß es zweckmäßig ist, den Hafniungehalr innerhalb des Bereiches von etwa 0,7 oder sogar 1 bis etwa 5 Gew.-% zu halten. Der prozentuale Gesamtgehalt an Titan,+ Aluminium sollte mindestens 6 %, vorzugsweise etwa 6,5 bis _;, etwa 10,5 % betragen und der Kohlenstoffgehalt kann bis zu · 0,5 Gew.%> betragen. Es ist sehr zweckmäßig, den Hafniumgehalt auf den Kohlenstoffgehalt abzustimmen, so daß die beiden Elemente auf Atombasis in etwa gleichen Mengen vorliegen.

_10981fl/m9

Kobalt wird, wenn es vorhanden ist, vorzugsweise auf 'eine Menge von etwa 20 Gew.% beschränkt, wobei der prozentuale Gesamtgehalt an Tantal + Chrom 16 % nicht übersteigt, und die erfindungsgemäßen Legierungen, sowohl die frischen als auch die umgeschmolzenen Legierungen, weisen einen Hartbarkeitsfaktor (HF) auf, der innerhalb des Bereiches' von 60 bis 72 liegt und aus der folgenden Gleichung errechnet wird: 1x%Cr + 1,1x%(W+Mo) + 3,4x%(Nb + Ta) + 4,3%Ti + 6x#Al = HF die Proζentangaben der verschiedenen Elemente beziehen sich auf das Gewicht.

Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird der durch diese Gleichung wiedergegebene numerische Wert in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen als "Hartbarkeitsfaktor" bezeichnet. Wenn dieser so definierte Hartbarkeitsfaktor etwa den Wert 60 übersteigt, weisen die aus dieser Legierung hergestellten Gußproben im allgemeinen eine Bruchfestigkeit von mindestens etwa 1000 Stunden auf, wenn sie bei 898⁰C unter einer Belastung von 1404 kg/cm getestet werden. Die meisten der erfindungsgemäßen Legierungen weisen unter einer Belastung von 1 404 kg/cm bei Temperaturen oberhalb 926⁰C Bruchfestigkeiten von 1000 Stunden auf«, Die Temperatur, bei der eine Legierung eine Bruchfestigkeit von 1000 Stunden bei einer Belastung von 1404 kg/cm aufweist, wird manchmal als "Temperaturleistung" (temperature capability!) dieser Legierung bezeichnet. Weitere Beispiele für erfindungsgemäße Legierungen sind in der folgenden Tabelle III angegeben.

•1 0 9 8 1 Π / 1 U 9

	7	Tabelle	8	9	III	11	0	12	13	14
Legierung	0,15	0,12	0,18	10	0,12	9	,14	0,05	0,12
C	9,0	10,0	10,0	0,05	9	9		9	12,5
Cr	10,0	-	15,0	12,0	9	2		9	-
Co	-	1,5	-	-	2,5	9	A	4,2	-
Mo	10,0	2,0	-	4,5	9,9	1	,6	10	- -
W	1,5	1,0		-	1,5	5	,5	1,5	0,8
Ti	5,5	6,5	5,5	0,6	5,5		,5	5,5	6,1
Al	0,015	0,020	0,014	5,9	-		-	-	-
B	0,05	0,10	Q, 06	0,010	-			-	—
Zr	1,5	2,0	-	0,10	-	3	-	1,5	-
Ta	2,5	2,5	2,5	■-	1,5		,3		1,5
Hf	Rest	Rest	Rest	1,5	Rest*	Rest*	Rest*	Rest*
Ni	-	1,0	-	Rest ,	-		-	2,0
Nb	M	_*	1.0	2,0
V	mm' -		-

* enthält kleine, übliche Mengen an Bor und Zirkonium

Die Ergebnisse von Raumtemperaturtests, die mit ausgegossenen Turbinenrädern der Legierung F, einer bekannten, etwa 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 12 Gew.-% Chrom, etwa 4,5 Gew.-% Molybdän, etwa 0,6 Gew.-% Titan, etwa 5,9 Gew.·-96 Aluminium, etwa 2 Gew.-% Niob, etwa 0,010 Gew.-% Bor, etwa 0,1 Gew.-% Zirkonium, Rest Nickel und aus einer modifizierten Gußlegierung (Legierung 10), die 1,5 Gew.% Hafnium anstelle einer gleichen Gewichtsmenge Nickel enthielt, hergestelltßn Proben durchgeführt wurden, sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Zuntand der Eigenschaften unmodifizierte modifizierte Lep;ifining LBflierunf); F Len^erum»; F

gegonnen U.T.ß.(kg/cm²)*· 8075 8425

(Aß-Cant)

gegonnrm Y.n.(kg/cm²)··· 7021 7221

Dehnung % 5 12

1098 1 Π / 1 AA 9

- ίο -

Fortsetzung von Tabelle IV

Zustand der Eigenschaften unmodifizierte modifizier::-

Legierung Legierung F Legierung ?

wärmebehandelt* U.T.S.(kg/cm²) 8004 8425

¹¹ Y. S. (kg/cm²) 7161 ?021

" Dehnung % 2,0 .12

* 4-stündiges Halten bei 982⁰C,
** äußerste Zugfestigkeit
*** Streckgrenze

Die vorstehende Tabelle IV zeigt, daß für Formlinge aus der Legierung F die vorliegende Erfindung nicht nur zur Erhöhung der Zugdehnung, sondern auch zur Herstellung eines Formlings mit einer geringeren Empfindlichkeit gegenüber den nachteiligen Einflüssen einer Wärmebehandlung, die oft als Teil eines Verfahrens zur Erzeugung eines Korrosionsschutzüberzuges auf esa Formling notwendig ist, brauchbar ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch gegenüber den Einwir-

. . ,Beanspruchung . . ,_ _m ^ *_ *.- *. kungen von hoher / . oei hohen Temperaturen bestandige Legierungen auf Nickelbasis, die auch besonders beständig sind gegenüber dem Verlust der Schlagfestigkeit beim Erhitzen a-oi hohe Temperaturen, Es ist bekannt, daß in bestimmten, von Hafnium freien Legierungen des hier in Frage kommenden Typs „bei etwa 50-stündigem Erhitzen auf Temperaturen von etwa 1093⁰C ohne Einwirkung eine:irf^^s^^pu iß§i beträchtlicher Verlust ar. Raumtemperatur-Schlagfestigkeit auftritt. Daten, die diesen Verlust gegenüber der Legierung A, die in der Patentanmeldung P 19 21 359.3 beschrieben ist, und die starke Verbesserung bei der Modifizierung dieser Legierung A durch· Ersatz von 2,jj- Gevt.-% Molybdän durch eine gleiche Gewichtsmenge Hafnium zeigen, sind in der folgenden Tabelle V angegeben.

109810/1U 9

Tabelle V

Schlagfestigkeit in mkg Schlagfestigkeit in n>g der Probe X* der Probe Y**

Legierung gegossen nach 50 Std. gegossen nach 50 Std„ ___ (as cast) bei 1093 0. ______ bei 1093 3

LegierungA 4,14-6,9 2,76-4,14 1,8-2,0? 0,69 Legierung

mit Hf 11,05-14,1 12,7 3,86-4,97 5,10-5,52

* Die Probe X stellte eine ungekerbte Charpy-Rundkerb-Probe .

ρ dar, die aus einem Stab mit einem Querschnitt-von 0,993 cm bestand.

** Die Probe Y stellte eine ungekerbte Charpy-Rundkerb-Probe dar, die aus einem runden Stab mit einem Durchmesser von 0,713 cm bestand.

Die in der vorstehenden labeile V angegebenen Daten zeigen nicht nur, daß die Hafnium enthaltende Legierung nicht nur eine viel höhere Anfangsschlagfestigkeit als die Vergleichslegierung aufwies, sondern daß auch beim Erhitzen/(z. B. 50 Stunden auf 1O93°C) keine irgendwie merkliche Verringerung dieser Schlagfestigkeit auftrat.

Dieser durch die Werte in der vorstehenden Tabelle V demonstrierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zum Teil auch auf Legierungen mit einer gehärteten ^-Primärphase auf Nickelbasis anzuwenden, die Molybdän enthalten. Bisher hatte sich Molybdän als ein wirksames Legierungselement in Legierungen erwiesen, die zur Verwendung in den heißen Stufen von Gasturbinenmotoren geeignet sind. Wenn jedoch die Motortemperaturen und der Legierungsgehalt sowohl an geschmiedeten als auch an gegossenen Legierungen steigen, nähern sich die Be-. triebstemperaturen solchen Temperaturen, bei denen bestimmte schädliche Carbide und andere Phasen in der Legierung entstehen können. Es wird angenommen, daß durch Ersatz von Molybdän durch Hafnium die Bildung dieser schädlichen Phasen während des Betriebs verhindert wird. Die Tatsache, daß der Ersatz

' auf hohe Temperaturen

109810/1449

von Molybdän durch Hafnium mehr bewirkt als eine bloße Beseitigung eines Nachteils der Molybdän enthaltenden Legier::.rgen geht aus den Daten in der Tabelle V klar hervor. Die Raumtemperatur-Schlagfestigkeit der Hafnium enthaltenden Legierung in der Gußform (as-cast condition) ist beträchtlich. höher als die Schlagfestigkeit der Legierung A, was auf eir=n beträchtlichen technischen Portschritt hindeutet. Die in der Tabelle V für die Hafnium enthaltende Legierung angegebener mkg-Werte entsprechen im wesentlichen den Werten_t die bei einigen Legierungen gemessen wurden, die ursprünglich für Flugzeuggasturbinenmotoren während der Entwicklung in Großbritannien am Ende der dreißiger und zu" Beginffnier vierziger Jahre verwendet wurden." Diese britischen Legierungen hatten eine Temperaturleistung, die als die Temperatur definiert ist, bei der bei einer / von 1406 kg/cm innerhalb von 1000 Stunden ein Bruch auftritt, von nicht mehr als etwa 788 C. Die Legierung A und ihre Hafnium enthaltende Modifikation weisen eine Temperaturleistung von etwa 971⁰C auf. Die Tatsache, daß es möglich ist, die gleiche Beständigkeit gegen plötzlich auftretende Kräfte in Legierungen zu erzeugen, die bis zu 971⁰C verwendet werden können, wie es für die Legierungen angegeben ist, die nur bis zu 788⁰C verwendet werden können, ist für die Entwicklung von Gasturbinenmctoren vom, praktischen Standpunkt aus gesehen von höchster Bedeutung.

Zusammensetzungen von anderen erfindungsgemäßen Legierungen in Gew.-% sind in der folgenden Tabelle VI angegeben.

BAD 109810/1U 9

	1?	Tabelle VI	17	•	1,1	18	19	20	21
LeRierunR	0,15	16	0,13	Rest	0,10	0,12	0,18	0,05
C	9,0	0,10	9,0	1,1	9,0	10,0	10,0	12,0
Gr	10,0	9,0	10,0		10,0	-	15,0	■— -
Co	—	10,0	-	-	1,5	mm	4,5
Mo	10,0	-	11,5	11,8	2,0	-	.-..
W	1,5	12,2	2,0	2,0	1,0		0,6
Ti	5,5	2,0	5,0	5,0	6,5	5,5	5,9
Al	0,015	5,0	0,01	0,01	0,020	0,014	0,010
B	0,05	0,01	0,05	0,05	0,10	0,06	0,10
Zr	1,5	0,05		2,0	-	-
Ta	2,5	-	2,3	2,5	2,5 -	1,5
Hf	Rest	1,6	Rest	Rest	Rest ·	Rest
Ni	-	Best	1,0	1,0	-	2,0
Nb		1,0			1,0	_
V

Wie wichtig es ist, den Hafniumgehalt bei etwa 0,7 oder 0,8 % zu halten, um in frischen Legierungen beachtliche Vorteile zu erzielen, geht aus einem Vergleich der Legierungen der Beispiele 16, 17 und 18 mit einer in der Zusammensetzung damit Identischen Legierung hervor, die jedoch nur 0,6 % Hafnium enthält. Ein solcher Vergleich ist in der folgenden Tabelle VII gegenüber Proben angegeben, die auf identische Art und Weise durch lange Alterung bei etwa 84-5⁰C hitzebehandelt worden sind

	6 Hf	libelle VII	Belastung^	>6319
	0,6	Zeitstandvereuch bei 760⁰C	Dehnung %	R.A.9&
Beispiel S Hr.	1,1	lebensdauer vorherige Std. Kriechdeh- (Standzeit) nun^ %	N.M.*	Ν,Μ.·
Vergleicha- legierung	1,6	79,1 N.M.*	1,5	4,2
16	2,3	407,8 1,5	3,0	6,4
17	467,1 2*0	3,5	6,8
18	448,1 3,oa

• K.M, - nicht meßbar

tO98in/U49

Die vorstehende Tabelle VII zeigt, daß eine Legierung, die im wesentlichen eine Modifikation der Legierung C der Patentanmeldung P 19 21 359.3 darstellt und 0,6 % Hafnium enthält, ein nicht zufriedenstellendes Verhalten bei der Kriechdehnung beim Bruch/aufwies, wenn sie bei 760^QC nach einer Wärmebehandlung getestet wurde, welche die Nachteile bei dieser Testtemperatur herausstellen sollte. Die vorstehende Tabelle VII . zeigt auch, daß die Wirkung von Hafnium zur Verbesserung der Legierung bei 1,1 % merklich ist und mit zunehmendem Hafniungehalt bis zu etwa 2 % allmählich, ansteigt. Diese Daten erläutern die weiter oben angegebene allgemeine Regel, daß -mindestens 0,7 % Hafnium erforderlich sind, um eine beachtliche Verbesserung der ITrischlegierungen zu erzielen. Abänderungen in der Legierungszusammensetzung können den minimal wirksamen Hafniumprozentsatz innerhalb des Bereiches von mehr als 0,5 % bis mehr'als 0,7 % variieren.

Unter bestimmten Gesichtspunkten kann es auch zweckmäßiger sein, mindestens etwa 1,0 % Hafnium, ζ. B. etwa 1,5 % Hafnium in die frischen Legierungen einzuarbeiten, Hafnium ist jedoch ein verhältnismäßig teures Element. Da die praktischen Bedürfnisse vorschreiben, daß die besten Ergebnisse bei den geringst möglichen Kosten erzielt werden sollen, wurde die untere Grenze für den Hafniumgehalt für frische Legierungen auf "mindestens mehr als 0,05 %" festgesetzt, um solchen Situationen Rechnung zu tragen, in denen die erfindungsgemäßen Ergebnisse mit möglichst geringen Kosten erzielt werden können.

Zeitstandversuch

Patentanspruch«! 1 0 9 8 1 Π / 1 A 4 S OHlGlNAL INSPECTED

Claims

-ν * 203460a Pat e nt a n s ρ r ü c h e ,

1. Gußlegierung, die mehr als etwa 5 Gew.-% einer vorher umgeschmolzenen und gegossenen Legierung enthält, auf Nickeloder Nickel/Kobalt-Basis, die Chrom, Kohlenstoff und Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,3 bis etwa

5 Gew.% Hafnium und eines oder mehrere der Elemente Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob, Titan, Vanadin, Zirkonium und Bor enthält, daß sie im erstarrten Gußzustand (as-cast condition) eine Ϋ-Primärphase aufweist und im gegossenen Zustand besonders geeignet ist zur Verwendung unter Belastung bei Temperaturen oberhalb etwa 898°C.

2. Gußlegierung nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß sie bis zu 6 Gew.% Tantal, etwa 6 bis etwa 12 Gew.% Aluminium + Titan enthält und einen Härtbarkeitsfaktor von mindestens etwa 60 aufweist·

3· Gußlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,02 bis etwa 0,2 Gew.% Kohlenstoff, etwa 7 bis etwa 13 Gew.-% Chrom, bis zu etwa 35 Gew.-% Kobalt, bis zu etwa 14 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 8 Gew.-% Molybdän, bis zu etwa 6 Gew.-% Tantal, etwa 0,5 bis etwa 6 Gew.-% Titan, etwa 4 bis etwa 7 Gew.% Aluminium, etwa 6,5 bis etwa 10,5 Gew.-% Aluminium + Titan, etwa 0,002 bis etwa 0,2 Gew,% Bor, bis zu etwa 0,15 Gew.% Zirkonium, bis zu etwa 3 Gew.-% Niob und bis zu etwa 1,5 Gew.-% Vr-nadin enthält. ■ "

4. Gußlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,1 bis etwa 0,18 Gew.% Kohlenstoff, etwa 7 bis etwa 11 Gew.-% Chrom, etwa 6 bis etwa 13 Gew.-% Kobalt, etwa 8 bis etwa 12 Gew.-% Wolfram, etwa 2 bis etwa 3 Gew.-% Molybdän, bis zu etwa 3 Gew.-% Tantal, etwa 1 bis etwa 2 Gew.-% Titan, etwa 5 bis etwa 6 Gew.-% Aluminium, etwa 0,004 bis etwa 0,02 • Gew.-% Bor, etwa 0,02 bis etwa 0,2 Gew.-% Zirkonium und etwa 0,3 bis etwa 4 Gew.-% Hafnium enthält, wobei der Rest im wesentlichen Niekei ist· .

109810/1Λ4 9

5· Gußlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,03 his etwa 0,13 Gew.-# Kohlenstoff, etwa 7 bis etwa 10 Gew.-% Chrom, etwa 6 bis etwa 13 Gew.-iS Hoc alt, bis zu etwa 2 Gew.-% Wolfram, etwa 4 bis etwa 8 Gew.-% üolybdän, etwa 2,5 his etwa 4,5 Gew.-% Tantal, etwa 0,5 bis etvra 1,5 Gew.% Titan, etwa 5»5 his etwa 6,5 Gew.-% Aluminium, etwa 0,004 bis etwa 0,02 Gew.-% Bor, etwa 0,02 bis etwa 0,2 Gew.-# Zirkonium und etwa 0,3 bis etwa 4 Gew.-% Hafnium enthält, wobei der Rest im wesentlichen Nickel ist.

6. Gießbare Legierung, die eine eutektische jp-Primär-Gußpiiase enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus etwa 0,02 bis etwa 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 7 his etwa 13 Gei>.-% Chrom, bis zu etwa 35 Gew.-% Kobalt, bis zu etwa 8 Gew.-5» Molybdän, bis zu etwa 14 Gew.-% Wolfram, bis zu etwa 3 Gew.-& Niob, bis zu 6 Gew.-% Tantal, etwa 4 bis etwa 7 Gew.-55 Aluminium, etwa 0,5 bis etwa 6 Gew.-% Titan, wobei die Gesamtmenge an Aluminium plus Titan etwa 6,5 bis etwa 10,5 Gew.-;»^: beträgt, bis zu etwa 1,5 Gew.-% Vanadin, bis zu etwa 0,2 Gew.-% Zirkonium, etwa 0,002 bis etwa 0,2 Gew.-% Bor und etwa 0,7 bis etwa 5 Gew.-% Hafnium, wobei der Rest im wesentlichen Nickel ist und daß Nickel in einer Menge von mindestens etwa 36 Gew.-% vorliegt, daß sie einen Härtbarkeit sf aktor von· mindestens etwa 60 aufweist, zur Verwendung unter Beanspruchung bei Temperaturen bis zu etwa 1037_t8°C geeignet ist und im Vergleich zu entsprechend zusammengesetzten, hafniumfreien Legierungen eine verbesserte Duktilität bei Temperaturen von etwa 704 bis etwa 815°C aufweist.

7. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Härtbarkeitsfaktor von etwa 60 bis etwa 72 aufweist, etwa 1 bis etwa 4 Gew.-% Hafnium, bis zu etwa 20 Gew.-?£ Kobalt enthält, wobei der Kohlenstoff- und Hafniumgehalt so aufeinander abgestimmt sind, daß diese Elemente gemeinsam in

. etwa gleichen Mengen, bezogen auf eine Atombasis, vorhanden sind·

8. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie

1098 10/U49

etwa 1 bis etwa 2 Gew.-% Hafnium und bis zu etwa 15 Gew.-% Kobalt enthält.

9. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie maximal 13 Gew.-% Tantal plus Wolfram enthält.

10. Gießbare Legierung, die eine eutektische ^-Primär-Gußphase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen besteht aus etwa 0,04 bis etwa 0,35 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 7 bis etwa 13 Gew.-% Chrom, etwa 0 bis etwa 15 Gew.-% Kobalt, bis zu etwa 12,5 Gew.-% Wolfram., bis zu etwa 6 Gew.-^ Molybdän, bis zu etwa 5 Gew.-% Tantal, mit der Maßgabe, daß die Summe der Gewichtsmenge an Tantal plus Wolfram weniger als 13 Gew.-% beträgt, etwa 0,6 bis etwa 5 Gew.-% Titan, etwa 4,5 bis etwa 6,7 Gew.-% Aluminium, wobei die Gesamtmenge an Aluminium plus Titan mindestens etwa 6,5 Gew.-% beträgt, etwa 1 bis etwa 5 Gew.-% Hafnium, bis zu etwa 1,1 Gew.-% Vanadin, bis zu etwa 2,2 Gew.-% Niob, bis zu etwa 0,2 Gew.-% Zirkonium, etwa 0,002 bis etwa 0,2 Gew.-% Bor, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht.

11. Gießbare Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen besteht aus etwa 0,10 bis etwa 0,18 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 7 bis etwa 11 Gew.-% Ohrom, etwa 6 bis etwa 13 Gew.-% Kobalt, etwa 8 bis etwa 12 Gew.-% Wolfram,' etwa 2 bis 3 Gew.-% Molybdän, bis zu etwa 3 Gew.-% Tantal, etwa 1 bis 2 Gew.-% Titan, etwa 5 bis etwa 6 Gew.-% Aluminium, wobei die Gesamtmenge an Aluminium plus Titan mindestens etwa 6,5 Gew,-% beträgt, etwa 0,004 bis 0,02 Gew.-% Bor, etwa 0,02 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium und etwa 1 bis 5 Gew.-% Hafnium, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht.

12. Gießbare Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichem besteht aue etwa 0,03 bis 0,13 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 7 bis 10 Gew.-% Chrom, etwa 6 bia

13 Gew.-% Kobalt, bis zu etwa 2 Gew.-% Wolfram, etwa 4 bia 8 Gew.-% Molybdän, etwa 2,5 bis 4,5 Gew.-% Tantal, ebwa 0,5 bie 1,5 Gew.-% Titan,

>/ Ζ;; V ' ■■■

109810/ 1/, 4 9

etwa 5,5 bis 6,5 Gew.-^ Aluminium, wobei die Gesamtmenge an Aluminium plus -Titan mindestens etwa 6_f5 Gew.-% beträgt, . etwa 0,004 bis 0_?02 Gew.,-% Bor, etwa 0,02 bis 0,20 Gew_e-% Zirkonium und etwa 1 bis 5 Gew.-% Hafnium, wobei der Rest im . wesentlichen aus Nickel besteht.

Gießbare Leglerungj dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen besteht aus etwa 0,05 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 12 Gew.-% Chrom, etwa 4,5· Gew.-% Molybdän, etwa 0,6 Gew.-% Titan, etwa 5,9 Gew.-% Aluminium, etwa 0,010 Gew.-% Bor, etwa 0,10 Gew.-$ Zirkonium, etwa-2,0 Gew.-% Niob, etwa 1 bis etwa 5 Gew.-% Hafnium, wobei der Rest im wesentlichen aus Nickel besteht» ·

14. Frische Legierung oder mehr als etwa 5 Gew.-% einer vorher umgeschmolzenen und gegossenen Legierung enthaltende Legierung auf Nickel- und/oder Nickel/Kobalt-Basis, die Chrom, Kohlenstoff und Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,3 bis 5 Gew.-% Hafnium, mindestens eines der folgenden Elemente V/olfram, Molybdän, Tantal, Niob, Titan, Vanadin, Zirkonium und Bor enthält, und daß sie enthält 0,02 bis 0,5 Gew,-% Kohlenstoff, 7 bis 18 Gew.-% Chrom, bis zu 0,3 Gew.-% Zirkonium und insgesamt 6,5 bis 12 Gew.-% Aluminium plus Titan.

15· Verfahren zur Minimalisierung der nachteiligen Wirkungen des Gehalts an umgeschmolzenem Material auf Legierungschargen auf Nickel- und Nickel/Kobalt-Basis, die Chrom, Kohlenstoff und Aluminium sowie mindestens eines der Elemente Wolfram, Molybdän, Tantal, NioTbj Titan, Vanadin, Zirkonium und Bor enthalten, wobei die Legierung in der erstarrten Gußform eine y-Primärphase aufweist und sum Vergießen in geachraolsenem Zustand zu Endformen besonders geeignet und imatande ist, in gegossenem Zustand unter einer. Belastung bei Temperaturen oberhalb etwa 898⁰C verwendet zu werden,"dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,3 bis @twa 5 Oewo-% Hafniua enthält^ das ' in einer Charge dieser Legierung eingearbeitet wird_ö dia ain°- deatena §twa 5 Gew.-% eines vorher lamgesehssolEöaea wiä gegossenen

109810/U49

Materials enthält", vor dem Gießen um dadurch jede nachteilige Wirkung des Gehaltes an umgeschmolzenem Material auf die so "behandelte Charge zu neutralisieren, und daß anschließend diese Legierung zu den Endformen vergossen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung in geschmolzenem Zustand unter Hochvakuumbedingungen so lange gehalten wird, bis die Legierung in der Endform erstarrt ist.

17· Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung so zusammengesetzt ist, daß sie einen Härtbarkeitsfaktor von mindestens etwa 60 aufweist und etwa 6,bis etwa 12 Gew.-% Aluminium"plus Titan und bis zu 6 Gew.-% Tantal enthält· . ~

18. Verwendung einer Gußlegierung nach Anspruch 1-14 zur Herstellung von Turbinenraetallteilen, insbesondere von Metallteilen von Gasturbinenmotoren.

1098TO/1U9

e e

QD

r s e ite