DE60015728T2

DE60015728T2 - Wärmebeständiger legierungsdraht

Info

Publication number: DE60015728T2
Application number: DE60015728T
Authority: DE
Inventors: Hiromu Itami-shi IZUMIDA; Nozomu Itami-shi KAWABE; Sadamu Itami-shi MATSUMOTO; Norihito Itami-shi YAMAO; Teruyuki Itami-shi MURAI
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: EP1154027A1; CN1339070A; KR20020002369A; CN1101479C; TW491899B; WO2000044950A1; EP1154027B1; JP3371423B2; US6478897B1; DE60015728D1; EP1154027A4; KR100605983B1; BR0006970A

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen wärmebeständigen Legierungsdraht auf Ni-Basis oder Ni-Co-Basis, der eine γ-Phasen-(Austenit)-Metallstruktur aufweist und der hauptsächlich als Material für Federn für verschiedene Teile eingesetzt wird, die eine Wärmebeständigkeit erforderlich machen, wie beispielsweise Motorteile, Teile für die Atomkrafterzeugung und Turbinenteile.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Als Material für Federn, die in Abgassystemen von Kraftfahrzeugmotoren verwendet werden, kam rostfreier Austenit-Stahl herkömmlicherweise als wärmebeständiger Stahl, z.B. SUS 304, SUS 316 oder SUS 631J1, bei Betriebstemperaturen von Normaltemperatur bis 350°C zum Einsatz. Eine wärmebeständige Legierung auf Ni-Basis, z.B. Inconel X750 oder Inconel 718 (Markennamen) wurde als Material für Teile verwendet, die bei Temperaturen über 400°C eingesetzt wurden.
In jüngster Zeit gab es zunehmende Forderungen nach einer strengeren Kontrolle der Abgase von Kraftfahrzeugen als Maßnahme des Umweltschutzes. Diese Forderungen haben meist dazu geführt, dass die Temperatur der Abgassysteme erhöht wurde, um die Leistung von Motoren und Katalysatoren zu steigern. Dadurch hat sich die Betriebstemperatur der Federn, die bislang gewöhnlich bei etwa 600°C zum Einsatz kamen, auf etwa 650°C erhöht. In einem solchen Fall kann selbst eine wärmebeständige Legierung auf Ni-Basis, wie beispielsweise Inconel X750 oder Inconel 718, nur unzureichend im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und vor allem die Durchbiegebeständigkeit (resistance to sag) bei hohen Temperaturen sein, die bei wärmebeständigen Federn besonders wichtig ist.
In einem derartigen Fall können wärmebeständige Legierungen auf Ni-Co-Basis, wie beispielsweise Waspaloy und Udimet 700 (Markennamen), als Legierungen in Betracht gezogen werden, die bei den bislang höchsten Temperaturen zum Einsatz gebracht werden können. Allerdings weisen sie nicht unbedingt eine ausgezeichnete Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen auf.
Die vorgenannten Legierungen auf Ni-Basis und die Legierung auf Ni-Co-Basis sind verstärkte Legierungen, bei denen die γ'-Phasen (ausgefällte Phasen mit Ni₃Al als Grund form) intensiv in der γ-Phase (Austenit-Phase) ausgefällt werden, die als Matrix dient. Die Strukturen in der Matrix und der γ'-Phase müssen gesteuert werden, um die Wärmebeständigkeit zu verbessern.
Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Tokukoushou 48-7173 begrenzt die Mengen und die Verhältnisse der beigegebenen Elemente, wie beispielsweise Mo, W, Al, Ti, Nb, Ta und V, um eine Hochtemperaturfestigkeit bei Temperaturen von über 600°C zu erreichen.
Eine weitere veröffentlichte japanische Patentanmeldung, Tokukoushou 54-6968 begrenzt die Gehalte von und beigegebenen Verhältnisse zwischen Mo und W sowie die Gehalte und hinzu gegebenen Verhältnisse zwischen Ti und Al, damit eine Hochtemperaturfestigkeit, eine Korrosionsbeständigkeit und eine Sprödbruchbeständigkeit erzielt werden.
US-A 4 979 995 legt ein Element offen, z. B. einen Draht für Federn, der aus einer Austenit-Legierung auf Ni-Basis hergestellt wurde, die besteht aus: 0,02 – 0,06 Gew.-% C, 17 – 23 Gew.-% Cr, 0,4 – 1,5 Gew.-% Al, 1,5 – 5 Gew.-% Mo, 0,7 – 2 Gew.-% Ti, 1 – 4 Gew.-% Nb, 5 – 30 Gew.-% Fe, wobei der Rest aus Ni und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
JP-A-59 136 443 legt einen Bolzen zur Verwendung in Kernreaktorteilen offen, der aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, die besteht aus: 0,02 – 0,06 Gew.-% C, 15 – 25 Gew.-% Cr, 1 – 8 Gew.-% Mo, 0,4 – 2 Gew.-% Al, 0,7 – 3 Gew.-% Ti, 0,7 – 4,5 Gew.-% Nb und dem Rest aus Ni.
Allerdings konzentrieren sich diese Erfindungen auf die Verbesserung der Wärmebeständigkeit (hauptsächlich Festigkeit bei hoher Temperatur) vor allem durch Steuerung der ausgefällten Phase und nicht auf die Verbesserung der Durchbiegebeständigkeit bei Temperaturen über 600°C, die bei wärmebeständigen Federn erforderlich ist. Legierungsdrähte für wärmebeständige Federn werden hergestellt durch die folgenden Schritte: Schmelzen, Gießen, Walzen, Schmieden, Lösungsglühen, Drahtziehen, Federerzeugung und Wärmehärtung. Die Ausbildung einer Textur in der Matrix (γ-Phase) und die Änderung des Kristallkorndurchmessers während des obigen Prozesses haben ebenfalls beträchtliche Auswirkungen auf die Wärmebeständigkeit der Erzeugnisse.
Angesichts der obigen Umstände besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines wärmebeständigen Legierungsdrahts mit ausgezeichneter Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen zwischen 600 und 700°C, die bei Federmaterialien eine wesentliche Anforderung darstellt. Die ausgezeichnete Durchbiegebeständigkeit wird erreicht, indem der Kristallkorndurchmesser der γ-Phase gesteuert wird, welche die Matrix einer wärmebeständigen Legierung auf Ni-Basis oder Ni-Co-Basis bildet, und durch Steuerung der Ausfällung der γ'-Phase (Ni₃(Al, Ti, Nb, Ta)].
OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
Der erfindungsgemäße wärmebeständige Legierungsdraht hat die folgenden Merkmale:

(a) Er enthält 0,01 bis 0,40 Gew.-% C, 5,0 bis 25,0 Gew. % Cr und 0,2 bis 8,0 Gew.-% Al.
(b) Er enthält wenigstens einen Bestandteil, ausgewählt aus 1,0 bis 18,0 Gew.-% Mo, 0,5 bis 15,0 Gew.-% W, 0,5 bis 5,0 Gew. % Nb, 1,0 bis 10,0 Gew.-% Ta, 0,1 bis 5,0 Gew.-% Ti und 0,001 bis 0,05 Gew.-% B.
(c) Er enthält wenigstens einen Bestandteil, ausgewählt aus 3,0 bis 20,0 Gew.-% Fe und 1,0 bis 30,0 Gew.-% Co.
(d) Er weist einen Rest auf, der hauptsächlich aus Ni und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
(e) Er hat eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 1400 N/mm² und weniger als 1800 N/mm².
(f) Er hat einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von nicht weniger als 5 μm und weniger als 50 μm im Querschnitt.
(g) Er hat ein Kristallkorn-Längenverhältnis im Längsschnitt (Verhältnis zwischen einer Hauptachse/Nebenachse) von 1,2 bis 10.

Der erfindungsgemäße Legierungsdraht wird hauptsächlich als Material für Federn verwendet. Daher muss nach dem Drahtziehvorgang der Draht durch einen Federwindeprozess zu einer Feder ausgebildet werden. In Anbetracht der erforderlichen Zugfestigkeit für den Windeprozess und die Möglichkeit des Brechens während des Prozesses muss der Draht eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 1400 N/mm² und weniger als 1800 N/mm² aufweisen.
Wenn das Kristallkorn-Längenverhältnis im Längsschnitt weniger als 1,2 und mehr als 10 beträgt, kann eine ausreichende Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen nicht erreicht werden.
Um die Wärmebeständigkeit weiter zu verbessern, ist es wünschenswert, wenn der Legierungsdraht vor dem Federwindeprozess einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von nicht weniger als 10 μm im Querschnitt hat. Diese Untergrenze soll dafür sorgen, dass die Anzahl von Korngrenzen sinkt, so dass die Gesamtverschiebung verringert werden kann, wenn es zu einem Verschieben an den Korngrenzen kommt. Wenn der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser im Querschnitt 50 μm oder mehr beträgt, kann die für den Federherstellprozess erforderliche Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nicht gewährleistet werden. Daher muss der Durchmesser weniger als 50 μm betragen. Hierbei zeigt der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser im Querschnitt den aus der vorgenannten γ-Phase.
Zum Steuern des Kristallkorndurchmessers ist es hilfreich, die Temperatur für das Lösungsglühen zu erhöhen. Speziell bei Ausführung des Lösungsglühens bei einer Temperatur von nicht unter 1100°C und unter 1200°C kann der angegebene Kristallkorndurchmesser in kurzer Zeit mühelos erreicht werden. Selbst wenn das Lösungsglühen bei einer Temperatur von nicht unter 1000°C und unter 1100°C ausgeführt wird, kann ein Legierungsdraht mit ausgezeichneter Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen entstehen, wenn das Drahtziehen mit einer Reduzierungsrate im Bereich von 5 % bis 60 %, am besten zwischen 10 und 20 %, durchgeführt wird.
Der erfindungsgemäße Legierungsdraht ist ein wärmbeständiger Legierungsdraht, bei dem die γ'-Ausfällung intensiviert ist. Der mittels der vorangehenden Steuerung des Kristallkorndurchmessers behandelte Legierungsdraht wird zu einer Feder verarbeitet. Anschließend wird eine geeignete Wärmehärtung gewählt und bei einer Temperatur von nicht weniger als 600°C und weniger als 900°C für einen Zeitraum ausgeführt, der nicht unter einer Stunde und unter 24 Stunden liegt. Dadurch kann die geforderte hohe Wärmebeständigkeit erreicht werden. Die γ'-Phase kann mittels Röntgenstrahldiffraktion erkannt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung erfolgen die Auswahl der Bestandteile und die Eingrenzung der Bereiche der Bestandteile aus den folgenden Gründen:
Das Element C erhöht die Festigkeit bei hoher Temperatur durch Kombination mit Cr und anderen Elementen in der Legierung, was zur Entstehung von Carbiden führt. Allerdings verringern sich durch eine zu große Menge an C die Zähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Dementsprechend wird eine Menge von 0,01 C bis 0,40 Gew.-% C als effektiver Gehalt festgelegt.
Das Element Cr ist wirksam bei der Erlangung einer Wärmebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Zuerst werden ein Ni-Äquivalent und ein Cr-Äquivalent aus den anderen Bestandteilen in dem erfindungsgemäßen Legierungsdraht berechnet. Danach wird unter Berücksichtigung der Phasenstabilität der γ-Phase (Austenit) ein Gehalt von 5,0 Gew.-% oder mehr Cr festgelegt, um die geforderte Wärmebeständigkeit zu erreichen. Angesichts der Verschlechterung der Zähigkeit wird ein Gehalt von 25,0 Gew.-% oder weniger Cr festgelegt.
Das Element Al ist der Hauptbestandteil der γ'-Phase [Ni₃ (Al, Ti, Nb, Ta)]. Es bildet leicht Oxide aus und wird ebenfalls als Desoxidationsmittel bei der Schmelzveredelung eingesetzt. Eine zu große Beigabe von Al führt jedoch leicht zu einer Verschlechterung der Warmverformungseigenschaft. Dementsprechend werden 0,2 – 8,0 Gew.-% Al gewählt.
Die Elemente Mo und W bilden eine feste Lösung mit der γ-Phase (Austenit) und tragen erheblich zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit bei hoher Temperatur und der Durchbiegebeständigkeit bei. Andererseits tendieren sie dazu, TCP-Phasen zu bilden, wie z.B. eine δ-Phase, durch die sich die Zeitbruchfestigkeit und die Duktilität verringern. In Anbetracht der Mindestbeigabemenge, die zur Verbesserung der Durchbiegebeständigkeit erforderlich ist, und in Anbetracht der Verschlechterung der Verarbeitbarkeit werden Gehalte zwischen 1,0 und 18,0 Gew.-% Mo und 0,5 bis 15,0 Gew.-% W festgelegt.
In dem erfindungsgemäßen Legierungsdraht werden die γ'-Phasen, konkret [Ni₃ (Al, Ti, Nb, Ta)], intensiv ausgefällt, um die Wärmebeständigkeit zu verbessern. Die Mengenbereiche der Bestandteile werden aus den folgenden Gründen eingegrenzt: Das Element Ti ist der Hauptbestandteil der γ'-Phase [Ni₃ (Al, Ti, Nb, Ta)]. Durch eine übermäßige Beigabe von Ti wird jedoch eine zu starke Ausfällung einer η-Phase (Ni₃Ti: eine hcp-Struktur) an den Korngrenzen hervorgerufen. Dadurch ist es nicht möglich, die Ausfällung der γ'-Phase [Ni₃ (Al, Ti, Nb, Ta)] zu steuern, die zum Erreichen der Wärmebeständigkeit allein durch Wärmevergütung erforderlich ist. Um eine wirksame Ausfällungsmenge sicherzustellen, ist es notwendig, den Gehalt des Elements Ti auf 0,1 – 5,0 Gew.-% zu begrenzen.
Durch das Element Nb wird eine Fe₂Nb-Phase (Laves-Phase) ausgefällt, wenn es in zu großer Menge beigegeben wird. Um die daraus resultierende Verringerung der Festigkeit zu vermeiden, wird ein Gehalt an Nb von 0,5 – 5,0 Gew.-% festgelegt.
Das Element Ta ist, wie auch Nb, ein Ferrit-stabilisierendes Element. Wenn zu viel davon beigegeben wird, macht es daher die γ-Phase instabil. Um eine übermäßige Ausfällung in den Korngrenzen zu vermeiden, wird ein Gehalt von 1,0 – 10,0 Gew.-% Ta festgelegt.
Das Element B wird beigegeben, um eine Warmbrüchigkeit zu verhindern und die Zähigkeit während des intensiven Ausfällens der γ'-Phase zu erhöhen, so dass die γ-Phase gestärkt wird. Aus diesem Grund wird ein Gehalt an B von 0,001 – 0,05 Gew.-% festgelegt.
Die Elemente Co und Fe bilden eine feste Lösung mit Ni und liegen in hohen Konzentrationen in der γ-Phase vor. Das Element Fe ist nützlich für die Verringerung der Herstel lungskosten von Legierungen. Allerdings kann es die Ausfällungsmenge der γ'-Phase verringern oder mit Nb oder Mo eine Laves-Phase bilden. Deshalb wird ein Fe-Gehalt von 3,0 bis 20,0 Gew.-% festgelegt. Das Element Co hat die folgenden Funktionen:

(a) Verringerung der Stapelfehlerenergie;
(b) Intensivierung der Mischkristallverfestigung;
(c) Erhöhung der Temperaturen für die Lösbarkeitsgrenze der γ'-Phase in den Korngrenzen;
(d) Erhöhen der zulässigen Betriebstemperaturen der Legierungen;
(e) Erhöhen der Ausfällungsmenge der γ'-Phase in den Kristallkörnern, und
(f) Unterdrückung des Kornwachstums in der γ'-Phase (die γ'-Körner) in den Kristallkörnern.

Daraus folgend wird ein Gehalt an Co von 1,0 bis 30,0 Gew.-% als wirksam festgelegt.
EINFACHE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNG
Figur ein 1 ein Diagramm, welches einen Test zur Bewertung der Durchbiegefestigkeit darstellt. In 1 kennzeichnet die Ziffer „1" ein Muster.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutert. Die Legierungserzeugnisse auf Ni-Basis, deren chemische Zusammensetzungen in Tabelle 1 dargestellt sind, wurden mit einem 150-kg-Vakuum-Schmelzofen geschmolzen und gegossen. Die Gusskörper wurden geschmiedet und warmgewalzt, so dass Walzdrähte mit einem Durchmesser von 9,5 mm entstanden. Die Walzdrähte wurden wiederholt dem Lösungsglühen und dem Drahtziehen unterzogen. Die letzte Lösungsglühbehandlung wurde bei einem Durchmesser von 5,2 mm ausgeführt. Das letzte Drahtziehen erfolgte mit einer Reduktionsrate im Bereich von 40 %, so dass Testmuster mit einem Durchmesser von 4 mm entstanden. Tabelle 1 zeigt den durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser im Querschnitt und das Längenverhältnis der Kristallkörner im Längsschnitt jedes Musters.
Der Kristallkorndurchmesser im Querschnitt eines Testmusters schwankt entsprechend den Walzbedingungen, den Bedingungen beim Lösungsglühen und beim Drahtziehen. Bei diesen Testmustern wurde der Kristallkorndurchmesser hauptsächlich durch die Temperatur beim Lösungsglühen gesteuert. Konkret wurden die Kristallkorndurchmesser der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 8 durch Lösungsglühen bei einer Temperatur erreicht, die mit 1100°C oder mehr relativ hoch lag. Bei dieser Wärmebehandlung wurde das Wissen zur Anwendung gebracht, dass in diesem Temperaturbereich eine Vergröberung der Kristallkörner zum Zeitpunkt der Rekristallisation einer Metallstruktur mühelos erreicht wird. So wurden beispielsweise die Muster, die einen größeren Korndurchmesser haben, durch Lösungsglühen bei einer Temperatur von 1250°C hergestellt. Verschiedene Längenverhältnisse der Kristallkörner im Längsschnitt wurden hauptsächlich durch richtige Auswahl der Reduktionsrate in dem Bereich von 80 – 99,9 % während des Walzprozesses erreicht, da die Bedingungen des Drahtziehens unveränderlich waren. Die Vergütungsbedingungen wurden für alle Muster festgelegt: acht Stunden lang bei 750°C.
Test 1
Es wurde die oben beschriebene Durchbiegebeständigkeit des wärmebeständigen Legierungsdrahts bei hohen Temperaturen ausgewertet. Die hergestellten Schraubenfedern hatten einen Drahtdurchmesser von 4,0 mm, einen durchschnittlichen Windungsdurchmesser von 22,0 mm, die Anzahl der effektiven Windungen lag bei 4,5 und die federfreie Länge betrug 50,0 mm. Das Testverfahren ist in 1 abgebildet. Muster 1 in Form einer Schraubenfeder wurde einer Druckbelastung ausgesetzt (die Scherspannung der Last betrug 600 MPa) und 24 Stunden lang bei dieser Last und einer Testtemperatur von 650°C gehalten. Die Restscherverformung wurde durch das nachstehend beschriebene Verfahren berechnet. Ein Federmaterial mit einem kleineren Restscherverformungswert wird als ein Federmaterial eingeschätzt, welches eine höhere Durchbiegebeständigkeit bei höheren Temperaturen aufweist. In Tabelle 2 sind die Größenordnungen der restlichen Scherverformung (%) nach dem Test abgebildet.
Die Restscherverformung (%) wurde mit folgender Formel berechnet: 8/π × (P1 – P2) × D/(G × d3) × 100,wobei
d (mm): Drahtdurchmesser;
D (mm): durchschnittlicher Windungsdurchmesser;
P1 (N): Last, die eine Spannung von 600 MPa hervorruft, wobei die Last bei Raumtemperatur gemessen wurde (a (mm): Verdrängung der Schraubenfeder, wenn die Last P1 vor dem Test bei 650°C angelegt wurde);
P2 (N): Last, die zum Erreichen der Verdrängung a (mm) nach dem Test bei 650°C angelegt wurde, wobei die Last bei Raumtemperatur gemessen wurde; und
G: Schubelastizitätsmodul
Tabelle 2 Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen (Restscherverformung) der erfindungsgemäßen Materialien (600 – N/mm² Last bei 650°C. 24 Stunden lang)
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, haben die Beispiele 1 bis 6 eine geringe Restscherverformung, was Anzeichen dafür ist, dass sie eine ausgezeichnete Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen. Speziell die Beispiele 7 bis 10, die einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von nicht weniger als 10 μm und weniger als 50 um im Längsschnitt des Drahts aufweisen, haben eine besonders kleine Restscherver formung. Dieses Ergebnis zeigt, dass eine Erhöhung des durchschnittlichen Kristallkorndurchmessers die Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen steigert.
Im Gegensatz dazu haben die folgenden Vergleichsbeispiele eine große Restscherverformung, was auf eine mangelhafte Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen hinweist:

(a) Vergleichsbeispiele 1 und 2, die einen geringen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser im Längsschnitt aufweisen;
(b) Vergleichsbeispiele 3 und 4, die ein äußerst geringes Längenverhältnis der Kristallkörner im Querschnitt haben; und
(c) Vergleichsbeispiele 5 und 6, die ein äußerst großes Längenverhältnis der Kristallkörner im Querschnitt haben.

Die Vergleichsbeispiele 7 und 8, die weder Mo, noch W, Nb, Ta, Ti oder B in ihrer Zusammensetzung aufweisen, sind nicht nur durch eine große Restscherverformung gekennzeichnet, sondern auch durch eine geringe Zugfestigkeit.
Test 2
Als Nächstes wurden Legierungsdrähte mit derselben Zusammensetzung wie in den Beispielen 1 und 2 unter verschiedenen Walzbedingungen, Lösungsglühbedingungen bzw. Flächenreduktionsraten während des Drahtziehens hergestellt, um den Einfluss dieser Bedingungen auf die Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen zu untersuchen. Tabelle 3 zeigt diese Bedingungen und die Untersuchungsergebnisse. In Tabelle 3 haben die Beispiele 11, 12 und 13 dieselbe Zusammensetzung wie Beispiel 1, und die Beispiele 14, 15 und 16 haben die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 2.
Tabelle 3 Walztemperatur, Lösungsglühtemperatur, Flächenreduktionsrate während des Drahtziehens und Wärmebeständigkeit der erfindungsgemäßen Materialien
Wie aus der Größe der Restscherverformung (%) in Tabelle 3 ersichtlich ist, weisen die erfindungsgemäßen Materialien eine hohe Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen auf. Eine Erhöhung der Walztemperatur, eine Erhöhung der Temperatur beim Lösungsglühen und eine Verringerung der Flächenreduktionsrate haben einen wesentlichen Einfluss auf die Steuerung des Kristallkorndurchmessers (d. h. die Vergröberung). Selbst wenn die Herstellungsbedingungen einigen Beschränkungen unterliegen, ermöglicht folglich die richtige Auswahl dieser Bedingungen dennoch die Herstellung des erfindungsgemäßen Legierungsdrahts, der über eine hohe Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen verfügt. Speziell wenn eine γ-Phase (Austenit) eine geringe Phasenstabilität bei hohen Temperaturen hat, d. h. wenn das Walzen und das Lösungsglühen nicht bei einer Temperatur von 1100°C oder mehr ausgeführt werden können, wird es durch eine Verringerung der Flächenreduktionsrate während des Drahtziehens von 5 bis 60 %, am günstigsten 10 % bis 20 %, möglich, eine vergleichsweise hohe Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen zu erreichen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben angegeben, erzeugt die vorliegende Erfindung einen wärmebeständigen Legierungsdraht mit einer ausgezeichneten Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen zwischen 600 und 700°C, wobei diese ausgezeichnete Beständigkeit eine wesentliche Anforderung an Federmaterialien ist. Die ausgezeichnete Beständigkeit wird durch Steuerung des Kristallkorndurchmessers der γ-Phase erreicht, bei der es sich um die Matrix einer wärmebeständigen Legierung auf Ni-Basis oder Ni-Co-Basis handelt, und durch Steuerung der Ausfällung der γ'-Phase [Ni₃(Al, Ti, Nb, Ta)]. Weiterhin wird es durch eine Begrenzung der Vergütungsbedingungen, der Lösungsglühbedingungen und der Flächenreduktionsrate während des Drahtziehens möglich, eine bessere Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen zu erreichen. Da der erfindungsgemäße wärmebeständige Legierungsdraht eine ausgezeichnete Durchbiegebeständigkeit bei hohen Temperaturen von 600 – 700°C aufweist, eignet sich der Draht als Material für wärmebeständige Federn für Teile, die bei vergleichsweise hohen Temperaturen eingesetzt werden, z.B. bei Teilen in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen, z.B. Kugelgelenke und Klingen als flexible Gelenkteile, Drahtgestrickfedern zur Lagerung von Dreiwegekatalysatoren und Rückschlagventile zur Auswahl der Kapazität von Schalldämpfern. Daher hat der erfindungsgemäße wärmebeständige Legierungsdraht einen hohen Wert für die Industrie.

Claims

Wärmebeständiger Legierungsdraht, der umfasst: (a) 0,01 bis 0,40 Gew.-% C, 5,0 bis 25,0 Gew.-% Cr und 0,2 bis 8,0 Gew.-% Al; (b) wenigstens einen Bestandteil, ausgewählt aus 1,0 bis 18,0 Gew.-% Mo, 0,5 bis 15,0 Gew.-% W, 0,5 bis 5,0 Gew.-% Nb, 1,0 bis 10,0 Gew.-% Ta, 0,1 bis 5,0 Gew.-% Ti und 0,001 bis 0,05 Gew.-% B; (c) wenigstens einen Bestandteil, ausgewählt aus 3,0 bis 20, 0 Gew.-% Fe und 1,0 bis 30,0 Gew.-% Co; und (d) wobei die übrigen Bestandteile aus Ni und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen, und der aufweist: (e) eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 1400 N/mm² und weniger als 1800 N/mm²; (f) einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von nicht weniger als 5 μm und weniger als 50 μm im Querschnitt, und (g) ein Kristallkorn-Längenverhältnis im Längsschnitt (Verhältnis zwischen einer Hauptachse/Nebenachse) von 1,2 bis 10.
Wärmebeständiger Legierungsdraht gemäß Anspruch 1, wobei der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser im Querschnitt nicht weniger als 10 μm und weniger als 50 μm beträgt.
Wärmebeständiger Legierungsdraht gemäß Anspruch 1, wobei der Draht zur Herstellung von Federn verwendet wird.
Feder mit einem wärmebeständigen Legierungsdraht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.
Verwendung einer Feder im Temperaturbereich von 600 bis 700 °C, wobei die Feder einen wärmebeständigen Legierungsdraht gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst.
Verwendung einer Feder gemäß Anspruch 5 bei einer Temperatur im Bereich von 650 bis 700 °C.
Verwendung eines wärmebeständigen Legierungsdrahts gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 3 in einer Feder, um bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 700 °C eine Durchbiegebeständigkeit zu gewährleisten.
Verwendung eines wärmebeständigen Legierungsdrahts gemäß Anspruch 7, um eine Durchbiegebeständigkeit bei einer Temperatur im Bereich von 650 bis 700 °C zu gewährleisten.