DE2225280A1 - Halbleitende Metall-Legierung - Google Patents
Halbleitende Metall-LegierungInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C—ALLOYS
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Description
M.
ing. K. HÖLZER
R» AUGSBURG
VHZUPFIVK-WSXf KU-STRASSB U
nuroMi IUIl
Augsburg, den 23. Mai 1972
National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74, Victoria Street, London, S.W.I., England
Halbleitende Metall-Legierung
Die Erfindung.betrifft halbleitende Metall-Legierungen,
insbesondere Metall-Legierungen auf der Basis von Ni^Al.
Die Mehrzahl warrafester Konstruktionsteile, die gegenwärtig
bei Gasturbinentriebwerken verwendet werden, sind aus
- 1 209850/0875
Nickelbasislegierungen hergestellt, die hauptsächlich durch
die Ausscheidung von Ni-,ΑΙ (^-Gitter) aus dem ^-N icke Ige füge
verstärkt werden. Während der letzten Jahre ist die Festigkeit derartiger Legierungen verbessert worden, indem
durch Beimengung von relativ großen Mengen beispielsweise der Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob und Titan die
Beständigkeit und der Volumenanteil der austenitischen Ausscheidung
vergrößert wurde. Dadurch wurde eine Verminderung des Nickel- und Chromgehaltes notwendig, so daß folglich die
Verbesserung der Festigkeit auf Kosten der Korrosionsbeständigkeit erreicht wurde. Es ist bekannt, daß die Anwesenheit
des austenitischen Gefüges bei handelsüblichen ausscheidungsgehärteten Nickelbasislegierungen zusätzlich zu seiner durch
seine Ausscheidung bedingten Härte eine gute Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen ergibt.
Binäres Ni-,ΑΙ hat nur geringe Warmfestigkeit und ist
ziemlich spröde, jedoch vereinigen auf Ni^Al basierende Legierungen,
die zusätzliche Legierungsbestandteile enthalten, die hohe Kossosionsbeständigkeit von Ni-,ΑΙ mit der Festigkeit
und der Dehnbarkeit moderner ausscheidungsgehärteter Nickelbasislegierungen bei höheren Temperaturen als denjenigen,
welchen die letzteren sonst widerstehen können.
209850/0 876
Gemäß der Erfindung ist eine halbleitende Metall-Legierung
durch zwei Hauptgrupperi von Legierungsbestandteilen gekennzeichnet,
von denen die erste Gruppe Nickel zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Chrom, Kobalt, Molybdän und
Wolfram enthält, und von denen die zweite Gruppe Aluminium zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Titan, Niob und
Tantal enthält, wobei sich die Legierungsbestandteile nach Molprozenten folgendermaßen aufteilen:
Erste Gruppe der Legierungsbestandteile: 72 % bis 8j5 %
Zweite Gruppe der Legierungsbestandteile: I7 % bis 28 %
Vorzugsweise sind die Legierungsbestandteile nach Molprozenten in folgenden Mengen vorhanden:
| Nickel | 60% | bis | 80# | Aluminium | 12# | bis | 26Ji |
| Chrom | 2% | bis | 6% | Titan | 0% | bis | 12Ji |
| Kobalt | 0% | bis | 12# | Niob | 0% | bis | 6% |
| Molybdän | 0% | bis | !>% | Tantal | 0% | bis. | 6% |
| Wolfram | 0% | bis | 1>% |
Zusätzlich sind, nach Molprozenten, folgende Spurenelemente vorhanden:
209850/087B
Kohlenstoff 0,05 % bis 0,5 % Bor 0,01 % bis 0,1 %
Zirkon 0,01 % bis 0,2 ^
Halbleitende Metall-Legierungen nach der Erfindung können durch die üblichen Vakuum-Schmelzverfahren hergestellt
werden.
Als typisches Beispiel werden Nickel, Kobalt, Kohlenstoff und Bor unter Vakuum geschmolzen und, nachdem die Schmelze
vollständig entgast ist, werden bei Anwesenheit von unter Teildruck stehendem Argon in die Schmelze Chrom und andere hochschmelzende Metalle hinzugefügt. Danach werden Aluminium, Titan
und Zirkon unter Vakuum zugegeben und das Metall in Barren gegossen. Mit herkömmlichen Gießtechniken sind Materialien mit
ausreichend hoher Warmfestigkeit und Dehnbarkeit erzielt worden. Es ist festgestellt worden, daß bei in einer Richtung
fortschreitendem Erstarren, bei dem ein Temperaturgefälle zum Zwecke der Steuerung des Kristallwachstumes durch fortschreitende
Abkühlung herbeigeführt wird, erhöhte Festigkeit und Dehnbarkeit erzielt werden und außerdem ein Gefüge aus Säulenkristallen entsteht.
Die nachstehende Tafel I zeigt die Zusammensetzung ver-
209850/0878
schiedener Beispiele von halbleitenden Metall-Legierungen nach
der Erfindung. Diese Zusammensetzungen sind typisch für Legierungen, die gute Kombinationen wünschenswerter Eigenschaften aufweisen,
sie sind aber nicht ausschließlich.
Tafel I
Legierungszusammensetzung
| Legie | Gruppe A | Cr | Co | Ni | Mo | W | Gruppe | Al | Ti | B | Ta | C | B | Zr |
| rung | 3.7 | 6.9 | 64.7 | 1.3 | - | 17.2 | 5.9 | Nb | - | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| Rl | 3.3 | 7.1 | 64.2 | 0.8 | 0.4 | 19.0 | 2.3 | - | 1.3 | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| R3 | 3.2 | 7.3 | 62.8 | 0.7 | 0.4 | 20.2 | 1.1 | 1.3 | 1.9 | 0.2 | 0.05· | 0.05 | ||
| r6 | 7.2 | 64.5 | 0.7 | 0.5 | 18.0 | 3.7 | 2.1 | 0.9 | 0.2 | 0.05 | 0.05 | |||
| R9 | 5.1 | 7.9 | 61.5 | - | 1.8 | 19.9 | - | 0.8 | 3.5 | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| A33 | 2.8 | 6.5 | 62.9 | 1.0 | - | 21.1 | - | - | 5.4 | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| A53 | 3.2 | 6.8 | 64.8 | 1.1 | - | 19.0 | - | - | - | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| a6o | 4.0 | 10.5 | 60.7 | 0.1 | - | 13.7 | 10.7 | 4.8 | - | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| A92 | 4.0 | - | 71.6 | 1.1 | - | 18.9 | 2.1 | - | - | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| A203 | 3.9 | 7.1 | 64.6 | - | 1.0 | 19.5 | - | 2.0 | 3.6 | 0.2 | 0.05 | 0.05 | ||
| Vl 97 | 3.5 | 7.1 | 70.0 | - | 0.9 | 16.5 | - | - | 3.6 | 0.25 | 0.10 | 0.05 | ||
| Vl 99 | - | |||||||||||||
209850/087S
222F780
Versuche mit der Legierung V197 haben eine Dichte von
3 ο
8,4 g/cm und einen Schmelzpunkt in der Nähe von 1300 C ergeben.
Die Tafeln II, III und IV zeigen Dehnbarkeit. Kriechfestigkeit und Oxydationsbeständigkeit dieser Legierung. Die
Gewichtsverluste von auf übliche Weise vergossenen und geschmiedeten Nickelbasislegierungen sind in Tabelle IV zum
Vergleich eingetragen.
Versuche mit der Legierung Vl99 haben eine Dichte von
8,6 g/cm und einen ähnlichen Schmelzpunkt wie bei der Legierung
Vl97 ergeben. Die Dehnbarkeit und Kriechfestigkeit dieser
Legierung sind in den Tafeln V und VI dargestellt.
Tafel II
Dehnbarkeit (Vl97)
| Versuchs- temperatur (0O) |
übliches Vergießen | Längen änderung (*) |
In einer Richtung fortge schrittenes Erstarren |
Längen änderung |
| 20 | Zugbean spruchung 2 (kp/mm ) |
3 | Zugbean spruchung 0 (kp/mm ) |
7 |
| 700 | 79 | 3 | 88 | 8 |
| 100 | 112 |
2098507087B
Tafel III Kriechfestigkeit (Vl97)
| Versuchs- | 900 | ° C | übliches | Vergießen | In einer Richtung fort geschrittenes Erstarren |
Längen änderung |
| bedingungen | 1000 | 0C | Bruch zeit (h) |
Längen änderung |
Bruch zeit (h) |
27 |
| 2 30 kp/mm , |
1150 | 0C | . | 37 | 65 | |
| 2 12,6 kp/mm , |
1000 | °c | 17 | 8 | 50 | 50 |
| ρ 3,1 kp/mm , |
9 | 5 | 44 | |||
| 2 9,5 kp/mm , |
70 | 14 | ||||
Tafel IV Oxydationsbeständigkeit
| Werkstoff und Zustand | Gewichtsverlust nach 200 h bei 1250 C (mg/cm2) |
| vergossen V 197 mit Belag |
3 1 |
| Handelsübliche vergossene Nickelbasislegierung, mit Belag |
5 |
| Handelsübliche geschmiedete Nickelbasislegierung mit Belag |
■7 30 |
2098S0/087S
Tafel V
Dehnbarkeit (Vl99)
| Versuchs- temperatur (0C) |
übliches Vergießen | Längen änderung (*) |
In einer Richtung fortge schrittenes Erstarren |
Längen änderung (*) |
| 20 | Zugbean spruchung (kp/mm ) |
11 | Zugbean spruchung (kp/mm ) |
8 |
| 700 | 80 | 2 | 80 | 5 |
| 83 | 112 |
Tafel VI Kriechfestigkeit (V199)
| Versuchs- bedingungen |
übliches Vergießen | Längen änderung (*) |
In einer Richtung fort geschrittenes Erstarren |
Längen änderung . (*) |
| 6,3 kp/mm2, 1100 0C | Bruch- zeit (h) |
13 | Bruch- zeit (h) |
30 |
| 3,15 kp/mm2, II50 °C | 8 | 5 | 70 | 30 |
| 9,5 kp/mm2, 1000 0C | 10 | 2 | 261 | |
| 23,6 kp/mm2, 900 °C | 70 | 2 | ||
| 140 |
209850/087b
Claims (3)
1. Halbleitende Metall-Legierung, gekennzeichnet durch zwei Hauptgruppen von Legierungsbestandteilen, von denen die
erste Gruppe Nickel zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Chrom, Kobalt, Molybdän und Wolfram enthält, und von
denen die zweite Gruppe Aluminium zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Titan, Niob und Tantal enthält, wobei
sich die Legierungsbestandteile nach Molprozenten folgendermaßen aufteilen:
Erste Gruppe von Legierungsbestandteilen : 72$ bis 83$
Zweite Gruppe von Legierungsbestandteilen : 17$ bis 28$
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Metalle der ersten und der zweiten Gruppe nach Molprozenten in folgenden Mengen vorhanden sind:
Nickel 60 $ bis .80 $ Aluminium 12 $ bis 26 $
Chrom 2 $ bis 6 % Titan 0 $ bis 12 $
Kobalt 0 $ bis 12 $ Niob 0 $ bis 6 $
Molybdän 0 $ bis 3 % Tantal 0 % bis 6 %
Wolfram 0 % bis 3 %
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-
- 9 2098507087b
net, daß Kohlenstoff, Bor und Zirkon als Spurenelemente nach
Molprozenten in folgenden Mengen vorhanden sind:
Kohlenstoff Bor Zirkon
0,05 % bis 0,5 % 0,01 % bis 0,1 %
0,01 % bis 0,2 fo
- 10 -
20985.0/087S
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