Claims (2)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
1. Legierung 1. Alloy
2. Legierung2. Alloy
20-10020-100
3,33.3
0,90.9
20-20020-200
3,33.3
1,91.9
20-30020-300
3,53.5
4,24.2
20-35020-350
4,04.0
4,74.7
20-40020-400
4,94.9
6,56.5
20-50020-500
6,76.7
8,18.1
20-60020-600
8,28.2
9,59.5
Diese Ergebnisse wurden erzielt, obwohl der Gehalt an Nickel, Kobalt, Titan und Niob nach obiger Formel bei der ersten Legierung 40,5% und bei der zweiten Legierung 34,9% beträgt.These results were obtained even though the content of nickel, cobalt, titanium and niobium according to the above formula is 40.5% for the first alloy and 34.9% for the second alloy.
Die mechanischen Eigenschaften der beiden Legierungen wurden bei Raumtemperatur und bei 600 °C gemessen.The mechanical properties of the two alloys were measured at room temperature and at 600 °C.
Legierungalloy
Versuchstrial
ZugfestigTensile strength
Streckstretch
Dehnungstrain
temperatur keit grenzetemperature limit
(°C)(ºC)
(N/mm2)(N/mm2)
(N/mm2)(N/mm2)
(%)(%)
11
2020
10451045
760760
2525
22
2020
11001100
10301030
1717
11
600600
610610
780780
1313
22
600600
470470
760760
1313
Diesen Ergebnissen ist zu entnehmen, dass eine derartige erfindungsgemässe Gusslegierung besonders geeignet ist für mechanisch und thermisch hoch belastete Maschinenteile, bspw. Rotoren von gasdynamischen Druckwellenmaschinen.It can be seen from these results that such a cast alloy according to the invention is particularly suitable for mechanically and thermally highly stressed machine parts, for example rotors of gas-dynamic pressure wave machines.
22
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050
5555
GG
1. Aushärtbare Eisen-Nickel Gusslegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 5 x 10~6/°C zwischen 20 und 300 °C und einer Streckgrenze von über 350 N/mm2 bei 20 °C, welche, basierend auf Eisen neben Verunreinigungen zwischen 35 bis 45% Nickel, weniger als 4% freies Titan auch einen Kobaltzusatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kobaltgehalt zwischen 1,5 und 2,5 Gewichtsprozente beträgt.1. Hardenable iron-nickel cast alloy with a coefficient of linear expansion less than 5 x 10~6/°C between 20 and 300 °C and a yield point of over 350 N/mm2 at 20 °C, which, based on iron and impurities, is between 35 up to 45% nickel, less than 4% free titanium also has an addition of cobalt, characterized in that the cobalt content is between 1.5 and 2.5 percent by weight.
2. Gusslegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Nickelgehalt von 42,9%, einen Kobaltgehalt von 2,14%, einen Titangehalt von 1,66% sowie einen Niobgehalt von 0,43%.2. Casting alloy according to claim 1, characterized by a nickel content of 42.9%, a cobalt content of 2.14%, a titanium content of 1.66% and a niobium content of 0.43%.
3. Gusslegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Nickelgehalt von 37,4%, einen Kobaltgehalt von 1,99%, einen Titangehalt von 1,70% sowie einen Niobgehalt von 0,51%.3. Cast alloy according to claim 1, characterized by a nickel content of 37.4%, a cobalt content of 1.99%, a titanium content of 1.70% and a niobium content of 0.51%.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Eisen-Nickel Gusslegierung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an iron-nickel cast alloy according to the preamble of patent claim 1.
Derartige Gusslegierungen sind bekannt (Ch-PS 602 949) und es konnte bei ihnen eine optimale Kombination von Festigkeit und thermischem Ausdehnungskoeffizienten festgestellt werden, sofern die Komponenten Nickel, Titan, Kobalt und Niob folgender Gesetzmässigkeit genügen:Casting alloys of this type are known (Ch-PS 602 949) and an optimal combination of strength and thermal expansion coefficient was found in them, provided that the components nickel, titanium, cobalt and niobium comply with the following law:
%Ni + 0,7(%Co) - l,25(%Ti + 0,35(%Nb)%Ni + 0.7(%Co) - 1.25(%Ti + 0.35(%Nb)
- 2(%Ti) / (%Ti) + %Nb) = 37 bis 39- 2(%Ti) / (%Ti) + %Nb) = 37 to 39
Es heisst jedoch, dass eine solche ausgehärtete Legierung, sofern ihre Zusammensetzung nicht nach obiger Formel erfolgt, wohl die Streckgrenze von 350 N/mm2 bei 20 °C bei entsprechend hohem Titangehalt aufweisen kann, dass jedoch dann ein Ausdehnungskoeffizient kleiner als 5 x 10~6/°C im Temperaturbereich von 20-300 °C nicht erzielt wird.However, it means that such a hardened alloy, if its composition is not based on the above formula, can have a yield point of 350 N/mm2 at 20 °C with a correspondingly high titanium content, but that the expansion coefficient is then less than 5 x 10 -6 /°C is not achieved in the temperature range of 20-300 °C.
Weiter heisst es, dass für die angestrebte Zugfestigkeit das minimal erforderliche Gehalt an freien Titan mindestens 1,7 Gew.-% betragen muss, und dass nur bei erhöhtem Titangehalt von 2% und mehr eine gute Oberflächenbeschaffenheit bei Gussstücken erreicht wird.It also states that the minimum required content of free titanium must be at least 1.7% by weight for the desired tensile strength, and that a good surface finish in castings can only be achieved with an increased titanium content of 2% and more.
Bei diesen bekannten Gusslegierungen ist überdies ein Kobalt-Gehalt zwischen 5 und 16% erforderlich, um den linearen Ausdehnungskoeffizienten insbesondere im Bereich zwischen 300 und 600 °C niedrig zu halten.In addition, these known cast alloys require a cobalt content of between 5 and 16% in order to keep the coefficient of linear expansion low, particularly in the range between 300 and 600.degree.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gusslegierung auf Eisen-Nickel Basis mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu schaffen, wobei die Zusammensetzung der wichtigsten Komponenten sich nicht innerhalb der Grenzen der bekannten Formel bewegen muss.The object of the invention is to create an iron-nickel-based cast alloy with a low coefficient of thermal expansion, in which the composition of the most important components does not have to move within the limits of the known formula.
Überraschenderweise konnte anhand von Versuchen festgestellt werden, dass bei einem Minimalgehalt an Titan eine Reduzierung des Kobalts auf den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Gehalt der neuen Legierung mindestens gleichwertige Eigenschaften verleiht wie sie die bekannten Legierungen aufweisen.Surprisingly, tests have shown that with a minimum content of titanium, reducing the cobalt to the content specified in the characterizing part of patent claim 1 gives the new alloy properties that are at least equivalent to those of the known alloys.
Der besondere Vorteil ist nunmehr darin zu sehen, dass die erfindungsgemässe Legierung aufgrund der derzeitigen hohen Beschaffungskosten für Kobalt wesentlich kostengünstiger wird.The particular advantage can now be seen in the fact that the alloy according to the invention is significantly more economical due to the current high procurement costs for cobalt.
Anhand von 2 Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend erläutert.The invention is explained below on the basis of 2 exemplary embodiments.
Beide untersuchten Legierungen wurden im Vakuum erschmolzen, in Metallformen zu Stangen mit 14 mm Durchmesser vergossen und unter Vakuum verfestigt. Um Porositäten auszuscheiden, wurden die Stangen bei 1120 °C auf 6 mm Durchmesser warmgewalzt und dann während 5 Stunden einer Wärmebehandlung bei 650 °C unterzogen. Dieses Stangenmaterial wurde spanabhebend zu Festigkeitsproben verarbeitet.Both alloys investigated were melted in a vacuum, cast in metal molds into rods with a diameter of 14 mm and solidified under vacuum. To eliminate porosity, the bars were hot rolled at 1120°C to 6mm diameter and then heat treated at 650°C for 5 hours. This bar stock was machined into strength specimens.
Eine erste Legierung mit folgender Zusammensetzung:A first alloy with the following composition:
Nickel 42,9%, Kobalt 2,14%, Titan 1,66%, Niob 0,43%, Aluminium 0,13%, Kohlenstoff 0,003%, Silizium 0,05%, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen und eine zweite Legierung mit folgender Zusammensetzung:Nickel 42.9%, cobalt 2.14%, titanium 1.66%, niobium 0.43%, aluminum 0.13%, carbon 0.003%, silicon 0.05%, balance iron and impurities from the smelting and a second alloy with the following composition:
Nickel 37,4%, Kobalt 1,99%, Titan 1,70%, Niob 0,51%, Aluminium 0,07%, Kohlenstoff 0,002%, Silizium 0,04%, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen wiesen nachstehende Eigenschaften auf :Nickel 37.4%, cobalt 1.99%, titanium 1.70%, niobium 0.51%, aluminum 0.07%, carbon 0.002%, silicon 0.04%, the rest iron and impurities caused by smelting showed the following properties:
Temperatur- Linearer Ausdehnungskoeffizient bereiche(°C) (xlO~6/°C)Temperature Linear expansion coefficient ranges(°C) (xlO~6/°C)