DD142206A5 - Platinmetallhaltige legierungen - Google Patents
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Description
21 1 398 -<·-
Platinmetallhaltige Legierungen
Die ,vorliegende Erfindung bezieht sich auf platinmetallhaltige Legierungen. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung Gamma-Primärlegierungen auf Nickel-Chrom-Grundlage mit einem Gehalt an Platinmetallen·
Aus der GB-PS 1 520 630 sind bestimmte platinmetallhaltige Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis bekannt, die sich wie folgt zμsammensetzen:
a) Zu 40-78 % aus Nickel und/oder Kobalt,
b) in geringen Mengen bis 25 % aus Chrom,
c) in geringen Mengen bis 15 % aus Platinmetallen und
d) in geringen Mengen bis 13 % aus Aluminium und oder Titan.
Derartige Legierungen verfugen über eine bemerkenswerte hochtemperaturbeständige Leistungsfähigkeit, im besonderen mit Bezug auf ihre Festigkeit und Dauerstandfestigkeit, lind eignen sich ganz besonders für solche Verwendungszwecke, wie zur Herstellung von Teilen für die Verwendung in der Glasindustrie und in jenem Teil der Plugmotorenindustrie, wo es sich um Strahltriebwerke und Gasturbinen handelt.
Die-metallurgische Struktur (Peinstruktur) der Legierungen entsprechend der GB 1 520 630 besteht aus einem Grundgefüge
211 398
-2- 31.7.1979
AP C 22 C/211 398 (55 134/12)
der Nickel-Chrom-Gamma-Phase einschließlich eines kleineren Mengenanteiles des vorhandenen Platinmetalles zusammen mit bis zu etwa 65 'Gew.-% der Gamma-Primärphase, die sich hauptsächlich aus Trinickelaluminid (Ni-JIl) zusammensetzt, substituiert durch ein Metall der Platingruppe, Chrom und andere Legierungsbestandteile· Der größte Mengenanteil an dem Platinmetall, wobei es sich wahrscheinlich um mehr als 90 % handelt, liegt in der Gamma-Primärphase vor und wir sind der Meinung, daß wir es mit einer Substitution vorwiegend für die Aluminium-Komponente der besagten Phase zu tun haben.
Obgleich das Trinickelaluminid selbst keine brauchbaren physikalischen Eigenschaften für Anwendungen unter harten Beanspruchungen aufweist, wie sie weiter oben beschrieben wurden, so wird im allgemeinen nichtdestoweniger die Auffassung vertreten, daß es gerade an dem Vorhandensein des Trinickelaluminides, wobei wir es mit einer Gamma-Primärphase zu tun haben, zumal im besonderen eine derartige Phase auch ein Platinmetall enthält, in Verbindung mit einer anderen Phase oder mit mehreren anderen Phasen liegt, was zur hochtemperaturbeständigen Leistungsfähigkeit beiträgt» Es wird ebenfalls die Meinung vertreten, daß Legierungen mit einem Gamma-Primär-Grundgefüge eine höhere Temperaturleistungsfähigkeit aufweisen, verglichen mit Legierungen mit einem Gamma-Grundgefüge, durchsetzt mit einer Ausscheidung einer Gamma-Primärphase· Aber bisher wiesen derartige Legierungen die Tendenz auf, über einen relativ schlechten Korrosionswiderstand zu verfügen, im besonderen bei erhöhten Temperaturen«
2 1 1 398 -3- .31.7.1979
: AP C 22 C/211
(55 134/12)
Ziel der Erfindung ist es, den Korrosionswiderstand von Legierungen insbesondere bei hohen Temperaturen zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue platinhaltige Legierungen mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen©
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Legierung auf Nickel- und Chromgrundlage, die sich, abgesehen von Verunreinigungen aus Aluminium (4-13i5 %), Chrom (in kleinen Mengen bis zu 6 %), einem Metall oder mehreren Metallen der Platingruppe (in kleinen Mengen bis zu 20 % insgesamt) sowie als Rest aus Nickel zusammensetzt (Angaben in Gew«-%)·
Unter Metall der Platingruppe wird verstanden Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Palladium und Osmium· Von diesen Platinmetallen werden für den Einsatz im 'besonderen ein Metall aus der Reihe Platin, Rhodium und Ruthenium oder mehrere Metalle dieser Reihe bevorzugt·
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Legierung gemäß dem ersten Aspekt und auch mit Mengenanteilen an Hafnium (in kleinen Mengen bis zu 5 %) und/oder Titan (in kleinen Mengen bis zu 6 %) und/oder Tantal (in kleinen Mengen bis zu 12 %)·
211 398 -4- 31.7.1979
AP C 22 G/211 398 (55 134/12)
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Legierung gemäß entweder den ersten oder zweiten Aspekten und des weiteren mit kleinen Mengenanteilen bis zu den spezifizierten Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Metalle:
Niob 6 % Skandium, Yttrium oder
v«ui.v,r,+^-p.p λ ir ot deren Oxide und/oder Kohlenstoff 0,15 % Seltenerdmetalle oder
Bor 0,1 % Oxide 3 %
Kobalt 10 % Silizium 0,25 %
Molybdän 14 % Magnesium . 1 %
Wolfram H % Eisen 10 %
Zirkon 1,75 % Mangan . 0,25 %
Vanadin 2 %
Es versteht sich, daß zusätzlich zu den Oxiden des Skandiums, des Yttriums und der Seltenerdmetalle, die weiter oben erwähnt wurden, andere Bestandteile der Legierungen, zum Beispiel das Zirkon, gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise in Form ihrer Oxide vorhanden sein könneno Die genannten Oxide können entweder als solche den anderen Legierungsbestandteilen zugegeben oder sie können in situ unter den Bedingungen der Legierungsbildung gebildet werden.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Legierung weist die folgende Zusammensetzung in Gew,-% auf: Aluminium 7,3 %, Titan 0,8 %, Kobalt 6,5 %9 Niob 0,99 %, Molybdän 1,0 %, Tantal 10,5 %, Chrom 2 %, Wolfram 2 %, Kohlenstoff 0,05 %9 Bor 0,01 %, Zirkon 0,07 %, Platin 7,5 % und als Rest Nickel·
2 1 1 398 -5- 31.7.197 9
AP C 22 C/211 398 (55 134/12)
Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen ein Grundgefüge aus einer dendritischen Gamma-Primärphase auf, wobei Einlagerungen aus Gamma- und/oder Beta- sowie Alpha-Boriden bzw. -Karbiden usw. zwischen den einzelnen Gebilden zu verzeichnen sind· Die genaue Struktur ist von dem Gehalt an Aluminium abhängig. Es wird die Auffassung vertreten, daß die Platinmetalle wenigstens in den Gamma-Primärphasen und in den HiAl-Beta-Phasen in Erscheinung treten. Die Legierungen können mit Hilfe der Standard-Vakuumschmelz- und Gießverfahren hergestellt werden oder beispielsweise durch mechanisches Legieren. Ein bevorzugtes Verfahren macht von einer Erstarrung in einer Richtung Gebrauch, wodurch die mechanische Festigkeit in der Erstarrungsrichtung verbessert wird.
Es wurde festgestellt, daß Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine temperaturbeständige Leistungsfähigkeit bis etwa 1100 0G mit Bezug auf die Festigkeit und die Oxydationsbeständigkeit aufweisen, wodurch sie den meisten bekannten Superlegierungen auf Nickelgrundlage überlegen und ungefähr mit den Legierungen der früheren Art vergleichbar sind, die über ein Grundgefüge aus einer Gamma-Primärphase verfügen. Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen ebenfalls eine größere Warmkorrosionsbeständigkeit auf, verglichen mit den meisten bekannten Superlegierungen der früheren Zusammensetzung und auch mit den Legierungen mit einem Gamma-Primär-Grundgefüge der früheren Art«,
Die folgende Tabelle 1 liefert Beispiele für erfindungsgemäße Legierungen zusammen mit verschiedenen Legierungen
211 398
31.7.1979 AP C 22 C/211 (55 134/12)
398
bekannter Zusammensetzung. Die Zahlenangaben für die Zusammensetzung der Legierungen basieren auf den zugegebenen Mengenanteilen und es versteht sich» daß eine Analyse irgendeiner gegebenen Legierung wahrscheinlich zu Werten führen würde, die sich geringfügig von den angegebenen Werten unterscheiden würden·
Die weiter unten folgende Tabelle 2 sowie die Pig· 1 'bis 5 enthalten Ergebnisse für verschiedene erfindungsgemäße Legierungen im Vergleich mit verschiedenen bekannten Legierungen bei Prüfungen zur Ermittlung der Korrosionsbeständigkeit bei Einwirkung einer Salzschicht an der Luft· Bei jeder Abbildung ist das Ergebnis für die Legierung K (Trinickelaluminid - Ni^Al) zu Vergleichszwecken mit einbezogen·
Tabelle 1 : Zusammensetzung der Legierungen (in Gew,-%)
Legie- Pt Ni Al rungen
Ti Cr Co W Mo Ta
Hb andere Elemente
| K | > | 16,6 | i 13,28 | 4,6 | 3,7 | 7, | 8 | 8, | * | 1 | 2, | 0 |
| α | 16,2 | 10,4 | 4,1 | 3,45 | 7, | 2 | 7, | 52 | 1, | 95 | ||
| A | 8,73 | 9,2 | 4,0 | 3,4 | 6, | 52 | 8, | 1 | 4, | 1 | ||
| B | 6,8 | 4,28 | 3,2 | 7, | 5 | 7, | 9 | 4, | 1 | |||
| R | 8,7 | 8,69 | .3,4 | 2,6 | ||||||||
| H | 9,7 | 3,2 | 2,7 | |||||||||
| S | 7,96 | 8,05 | 3,2 | |||||||||
| J | 7,1 | 2,94 | ||||||||||
| W | 15,2 | 5,74 | 3,9 | |||||||||
| GP4 | 6,8 | 3,7 | ||||||||||
| GP5 | 4,8 | |||||||||||
| L | R | 7,0 | 1 I O7 | Q | Ti | -7- | Co | W | 31.7. | 1979 | Ta Fb andere Ele mente | |
| 4,6 | 3,2 | 7,8 | AP C | 22 C/211 398 | 6,0 | |||||||
| 7,5 | 2,98 | 7,32 | (55 134/12) | 5,62 | ||||||||
| Legie rungen | Pt | ·" | Ni Al | 3,1 | Cr | 7,7 | 5,6 | Mo | 3,2 | |||
| L | 9,41, | 7,2 | 2,94 | 3,5 | 7,24 | 5,26 | 3,2 | 2,96 | ||||
| X | 8,08 | 5,82 | 0,8 | 3,23 | 6,5 | 2 | 2,97 | 0,5 0,990=0,05 B=0,01 Zr=O,07 | ||||
| N | 7,1 | 1,0 | 3,4 | 7,5 | 2 | 1,7 | 7,0 2,5 0=0,08 B=O,02 Zr=O,05 Hf=1,5 | |||||
| Y | 7,98 | 5,73 | 0,9 | 3,19 | 7,5 | 1,8 | 1,56 | 6,0 2,2 C=O,08 B=O,02 Zr=O,05 Hf=1,5 | ||||
| GP1 | 7,5 | 7,3 | 1,2 | 2 | 7,2 | 2,0 | 1,0 1 | 5,5 2,5 C=O,08 B=O,02 Zr=O,05 | ||||
| GP2A | 7,3 est | 0,8 | 2,5 | 7,0 | 2,0 | 1,5 | 0,0 1,0 C=O,05 B=O,01 Zr=O,07 Y=O,3 | |||||
| GP2B ' | 6,9 | 0,41 | 2,2 | 10,14 | 4,75 | 1,5 | I 3,89 2,0 C=O,145 B=O,02 Zr=O,11 | |||||
| GP3 | 10,0 | 0,38 | 2,5 | 9,47 | 4,43 | 1,3 | 3,64 1, 87 C=O,135 B=O,02 Zr=O,10 | |||||
| GPY | 7,05 | 2,0 | 1,0 1 | |||||||||
| GP6 | 6,04 | 6,26 | 2,4S | |||||||||
| GP7 | 5,64 | 5,85 | 2,31 | |||||||||
Tabelle 2: Ergebnisse der Salzschicht-Korrosionsprüfung bei 900 0C (1,5 mg/cm2
Legie- Prüfdauer in Stunden und Gewichtszunahme in mg/cm*
rungen —
24 Stunden 48 Stunden 72 Stunden 96 Stunden
| 5,1 | 211.; | J? 8 | co | 2 mg/cm | 10,5 | 31.7 | .1979 | 123 | 398 | |
| 32,3 | Il | 104,6 | AP C | 22 C/211 | 6,6 | |||||
| 4,9 | - | 4,8 | (55 | 134/12) | ο mg/cm | |||||
| K | 2,7 | ρ mg/cm | 7,3 | It | 3,5 | mg/crt | 2 12,3 | η | ||
| G | 4,7 | π | 70,1 | It | 22,9 | Il | 128,1 | tt | ||
| A | 15,3 | tt | Il | 108 | ti | 5,4 | ti | |||
| B - | 1,0 | Jl | 3,2 | Il | 2,5 | Il | 3,8 | Il | ||
| R | 13 | It | 11,2 | tt | 23,5 | Il | 41,5 | Il | ||
| H | 2,7 | Il | 24,5 | Il | 6,5 | Il | 111 | M | ||
| S | 16,0 | Il | 3,7 | Il | 29,5 | Il | 5,0 | tt | ||
| J | 1,0 | Il | 23,5 | tt | 3,5 | ti | 23,9 | It | ||
| W | 28,9 | ti | 4,3 | ti | 117,8 | It | 7,8 | ti | ||
| L | 1,0 | It | 28 | Il | 4,1 | π | 30,3 | |||
| X | ti | 2 | ti | - | Il | |||||
| Il | 75,9 | It | Il | |||||||
| Y | Il | 3,7 | Il | |||||||
Die weiter unten folgende Tabelle 3 und die Pig. 6 enthalten Ergebnisse von Prüfungen auf Sulfidationsbeständigkeit im völlig eingetauchten Zustand bei 925 0C für die Legierung GP5 in einer Gegenüberstellung zu der Legierung GP4 und Fig. 7 enthält Ergebnisse von Untersuchungen der zyklischen Oxydationsbeständigkeit in bezug auf zwei erfindungsgemäße Legierungen in einer Gegenüberstellung zu einer im Handel erhältlichen Superlegierung.
Bei den Untersuchungen der zyklischen Oxydationsbeständigkeit bestand jeder Zyklus darin, die betreffende Legierung bis auf 1100 C zu erwärmen und sie auf dieser Temperatur insgesamt 40 Minuten lang zu halten und im Anschluß daran die Legierung auf 20 0C abzukühlen und sie auf dieser Temperatur insgesamt 20 Minuten lang zu halten«
211 398 -9- 31.7.1979
AP C 22 C/211 398 (55 134/12)
In Abbildung 7 entspricht die Legierung MAR M 200 einer im Handel erhältlichen Legierung, die zu Vergleichszwecken mit in die graphische Darstellung aufgenommen wurde· Sie besteht aus 9 % Chrom, 10 % Kobalt, 12 % Wolfram, 1 % Niob, 5 % Aluminium, 2 % Titan, 0,15 % Kohlenstoff, 0,015 % Bor, 0,05 % Zirkon und der Rest aus Nickel.
Tabelle 3: SuIfidationsprüfung bei 925 0C im völlig einge-" tauchten Zustand in 10 % NaCl und
Legie- Versuchsdauer in Stunden und entzunderter rung · Gewichtsverlust je Flächeneinheit
(in mg/cm )
1 Stunde 4 Stunden 1 5 Stunden
GP4 149*1 mg/cm 430,7 mg/cm völlig angegriffen
GP5 9,4 mg/cm2 40,1 mg/cm2 8,09 mg/cm
Claims (7)
1. Eine Legierung auf Nickel- und Chromgrundlage, gekennzeichnet dadurch, daß sie abgesehen von Verunreinigungen folgende Zusammensetzung in Gew.% aufweist:
Zu 4 bis 13,5 % aus Aluminium, in kleinen Mengen bis zu 6 % aus Chrom, in kleinen Mengen bis insgesamt 20 % aus einem Metall der Platingruppe oder aus mehreren Metallen der Platingruppe sowie als Rest aus Nickel.
2. Legierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
eines der Metalle Hafnium (in kleinen Mengen bis 5 %), Titan (in kleinen Mengen bis 6 %) und Tantal (in kleinen Mengen bis 12) oder mehrere dieser Metalle vorhanden sind.
eines der Metalle Hafnium (in kleinen Mengen bis 5 %), Titan (in kleinen Mengen bis 6 %) und Tantal (in kleinen Mengen bis 12) oder mehrere dieser Metalle vorhanden sind.
2 1 1 398 -10- 31.7.1979
AP C 22 C/211 (55134/12)
Erfindungsanspruch
3. Legierung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß eines oder mehrere der folgenden Metalle in kleinen Mengenanteilen bis zu den spezifizierten prozentualen G-ewichtsanteilen vorhanden ist bzw. sind:
Skandium, Yttrium oder
deren Oxide und/oder
Seltenerdmetalle oder
Oxide 3 %
deren Oxide und/oder
Seltenerdmetalle oder
Oxide 3 %
Silizium 0,25 %
Magnesium 1 %
Eisen " 10 % Mangan 0,25 %
Vanadin : . 2 % ·
21 1 398 -11- 31.7.1979
AP C 22 G/211
(55 134/12)
4. Legierung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß Skandium, Yttrium und die Seltenerdmetalle wenigstens teilweise in der Form ihrer betreffenden Oxide vorhanden sind.
5· Legierung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Metalle Niob, Kohlenstoff, Bor, Kobalt, Molybdän, Wolfram, Zirkon, Silizium, Magnesium, Eisen, Mangan und Vanadin wenigstens teilweise· in der Form ihrer betreffenden Oxide vorhanden sind·
6. Legierung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß sie sich wie folgt zusammensetzt:
7,3 % Aluminium, 0,8 % Titan, 6,5 % Kobalt, 0,99 % Niob, 1,0 % Molybdän, 10,5 % Tantal, 2 % Chrom, 2 % Wolfram, 0,05'% Kohlenstoff, 0,01 % Bor, 0,07 % Zirkon, 7,5 % Platin und der Rest nickel.
HserzuJÜ_Seiten Zeichnungen
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