DE1165878B - Die Verwendung einer Eisen-Nickel-Legierung fuer thermisch beanspruchte Bauteile - Google Patents
Die Verwendung einer Eisen-Nickel-Legierung fuer thermisch beanspruchte BauteileInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: C 22 c
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Deutsche Kl.: 40 b-39/36
M 39450 VI a/40 b
30. Oktober 1958
19. März 1964
30. Oktober 1958
19. März 1964
Die Oberflächentemperatur von Flugzeugteilen kann bei sehr schnellem Flug durch die Atmosphäre in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit und Flughöhe beträchtlich ansteigen. Legierungen für Flugzeugteile
müssen daher auch bei hohen Temperaturen die üblichen Flugbeanspruchungen aushalten und eine
0,1% Dehngrenze von mindestens 31,5 kg/mm2 im gesamten Bereich bis herauf zur Arbeitstemperatur
haben.
Weiterhin müssen Legierungen für Flugzeugteile ίο
einen möglichst niedrigen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, um zusätzliche Beanspruchungen durch
Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Bereichen der Teile zu vermeiden. Wird der Ausdehnungskoeffizient
der für Flugzeugteile meist verwendeten Aluminiumlegierungen und Stähle verringert, dann nimmt
ihre Festigkeit ab. Bestimmte Nickel-Eisen-Legierungen haben zwar bis zu Temperaturen von etwa
5000C geringere Ausdehnungskoeffizienten als die vorstehenden
Werkstoffe, jedoch ist ihre Festigkeit nicht ausreichend. Die Festigkeit kann zwar durch Zugabe
von Titan erhöht werden, jedoch steigt dabei der mittlere Ausdehnungskoeffizient an, so daß der Temperaturbereich,
in dem die Nickel-Eisen-Legierungen verwendet werden können, eingeengt ist.
Von Legierungen zur Herstellung von Flugzeugteilen wird weiterhin gefordert, daß sie zu Blechen großer
Abmessungen gut zu verarbeiten sind. Außerdem muß die Legierung so beschaffen sein, daß die Teile sich in
einfacher Weise durch Kaltverarbeitung und Verschweißen herstellen lassen und die geforderten physikalischen
und mechanischen Eigenschaften bei einer Warmbehandlung mit geringem Aufwand erreicht
werden. Bis heute ist keine Legierung bekannt, die alle diese Anforderungen erfüllt.
Die Erfindung schlägt nun vor, als Werkstoff für durch kinetische Erwärmung beanspruchte Teile, vornehmlich
für Flugzeugbleche, die von hoher Festigkeit bei allen Gebrauchstemperaturen sein müssen, dabei
einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen sollen und auch in großen Abmessungen unter guter
Warm- und Kaltverformbarkeit herzustellen sind, eine vorwiegend austenitisch erstarrende Eisen-Nickel-Legierung
zu verwenden, die folgende Zusammensetzung aufweist:
Nickel 22 bis 36%
Kobalt 5 bis 30%
Titan 1,25 bis 1,75%
Kupfer bis 2%
Kohlenstoff 0,05%
Rest Eisen und Verunreinigungen
Die Verwendung einer Eisen-Nickel-Legierung
für thermisch beanspruchte Bauteile
für thermisch beanspruchte Bauteile
Anmelder:
The International Nickel Company (Mond)
Limited, London
Limited, London
Vertreter:
Dr.-Ing. G. Eichenberg
und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,
Düsseldorf, Cecilienallee 76
Als Erfinder benannt:
Arthur William Franklin,
John Brian Barber, London
Arthur William Franklin,
John Brian Barber, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 1. November 1957
(Nr. 34184)
(Nr. 34184)
Als Verunreinigungen kommen hauptsächlich Mangan, Silizium, Molybdän und Niob vor. Ihre Konzentrationen,
insbesondere die des die Wärmeausdehnung steigernden Mangans, sollen möglichst niedrig gehalten
werden.
Ferritische Nickel-Titan-Eisen-Legierungen, die 1 bis 50%, vorzugsweise 10 bis 11 ·?/ο Titan enthalten, sind
als Werkstoff für Dauermagnete bekannt. Sie sind jedoch mit Werkstoffen für durch kinetische Erwärmung
mechanisch hoch beanspruchte Flugzeugteile nicht vergleichbar.
Vorzugsweise soll der Kohlenstoffgehalt der erfindungsgemäßen
Legierung unter 0,03% UQd das Verhältnis
von Nickel zu Eisen zwischen 0,5 und 0,65% liegen.
Da die Eigenschaften der Legierung sehr stark vom Titangehalt abhängen, der in fester Lösung in der
Legierung vorliegt und nicht vom Kohlenstoff abgebunden ist, soll ein 0,03 % übersteigender Kohlenstoffgehalt
durch eine zusätzliche Titanzugabe im Umfang etwa des vierfachen Kohlenstoffüberschusses unschädlich
gemacht werden.
In F i g. 1 der Zeichnung sind für eine erfindungsgemäße Legierung mit 29% Nickel und 17% Kobalt
409 539/419
in Abhängigkeit vom Titangehalt die Änderung des mittleren Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich
von 25 bis 3000C (Kurve A), die Änderung der 0,1 % Dehngrenze bei Raumtemperatur (Kurve B) und
bei 300° C (Kurve C) dargestellt. Danach hat der mittlere Ausdehnungskoeffizient bei 1,5% Titan ein
ausgeprägtes Minimum, und die Dehnungswerte sind in dem der Erfindung entsprechenden Bereich des
Titangehaltes ausreichend hoch.
Es wurde weiter gefunden, daß das Minimum des mittleren Ausdehnungskoeffizienten auch vom Kobaltgehalt
der Legierungen bestimmt wird und mit dem Temperaturbereich ansteigt, über den der Mittelwert
bestimmt wurde. Diese Abhängigkeit ist in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt. Es zeigt sich, daß ein aus einer
erfindungsgemäßen Legierung bestehender Teil mit zunehmender oberer Grenze seiner Arbeitstemperatur
ansteigende Kobaltgehalte aufweisen soll. Die Erfindung schlägt dementsprechend auch noch vor, für den
fraglichen Verwendungszweck den Kobaltgehalt der Legierungen entsprechend dem Feld A-B-C-D-A
nach Fig. 3 der Zeichnung einzustellen, so daß die Legierungen bei Gebrauchstemperaturen von mehr
als 250C und bis zu 500° C nachstehende Kobaltgehalte aufweisen:
Bei Prüftemperaturen von 300 und 500°C wurden
folgende Eigenschaften festgestellt:
5 | 300° C 500° C |
0,1 "/0 Dehngrenze (kg/mm2) |
Zugfestigkeit (kg/mm8) |
65.7 60.3 |
91,0 82,6 |
bis zu 100° C 5 bis 8% Co,
bis zu 200 0C 6 bis 9% Co,
bis zu 300°C 11 bis 16% Co,
bis zu 4000C 15 bis 20% Co,
bis zu 500° C 16 bis 26% Co.
Hohe Festigkeiten werden bei den erfindungsgemäßen Legierungen durch eine Aushärtungsbehandlung
erzielt, die, wie üblich, aus einem Lösungsglühen (bei etwa 800° C), einem Abkühlen und einem Auslagern
oberhalb der Raumtemperatur bestehen kann. Große aus Blech hergestellte Teile können jedoch einer
Lösungsglühung nicht ohne starkes Verwerfen unterzogen werden. Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen
Legierung besteht nun darin, daß sie ihre wertvollen Eigenschaften auch durch ein Aushärten
ohne vorheriges Lösungsglühen erlangt.
Die Eigenschaften werden noch gesteigert, wenn das warm gewalzte Blech vor dem Aushärten kalt gewalzt
wird. Das ist von Bedeutung, weil dünne Bleche vorzugsweise durch Kaltwalzen hergestellt und auch viele
Bauteile durch Kaltbearbeitungsverfahren gefertigt werden.
Das Schweißen der erfindungsgemäßen Legierungen ist sowohl mittels Gas- als auch mit Lichtbogenschweißung
möglich.
Die Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Legierung seien nachstehend an einem Beispiel beschrieben:
Die Legierung hat die Zusammensetzung: 0,02% Kohlenstoff, 0,61% Silizium, 0,28% Mangan, 1,43%
Titan, 27,6% Nickel und 25,6% Kobalt. Sie wurde durch Warmwalzen zu einem Blech von 6 mm Dicke
verformt, das Blech eine Viertelstunde lang bei 800 0C
geglüht, dann an Luft abgekühlt, anschließend 24 Stunden lang bei 600° C geglüht und danach an Luft
abgekühlt. Bei Raumtemperatur ergaben sich folgende Eigenschaften:
Beim Zeitstandversuch über 500 Stunden zeigte die Legierung mit 55,1 kg/mm2 Belastung und 300°C
Prüftemperatur eine Kriechdehnung von 0,2% und bei 500°C Prüftemperatur und einer Belastung von
50,4 kg/mm2 eine Kriechdehnung von 0,4%.
Für den mittleren Ausdehnungskoeffizienten wurden folgende Werte ermittelt:
Ausdehnungskoeffizient
je°C
je°C
25 bis 200°C 8,01 · K)-"
25 bis 300°C 7,67· 10"«
25 bis 400°C 7,29 · 10""
25 bis 500°C 7,49 · 10""
Die 6 mm starken, warm gewalzten und durch 24stündiges Glühen bei 600° C ausgehärteten Bleche
wiesen folgende Eigenschaften auf:
Raumtemperatur
300°C
500° C
300°C
500° C
0,1 °/o Dehngrenze
(kg/mm2)
(kg/mm2)
93,0
76,6
71,0
76,6
71,0
Zugfestigkeit
(kg/mm2)
(kg/mm2)
110,0
95,2
95,2
0,1% Dehngrenze (kg/mm2) |
Zugfestigkeit (kg/mm2) |
81,1 | 103,1 |
Um die technologische Wirkung von Kaltbearbeitungen darzulegen, sei folgendes erwähnt: Die
20 Minuten lang bei 9500C geglühte Legierung zeigte eine Härte von 177HB (Brinell). Nach einem nachfolgenden
Kaltwalzen stieg die Härte an auf 235, 245 bzw. 255 HB bei Dickenabnahmen von 15, 35 bzw.
52%· Das 1,625 mm starke Blech, das auf eine Enddicke von 50% der Anfangsdicke gewalzt war, ergab
beim Tiefziehversuch nach E r i c h s ο η noch eine gute Kaltverformbarkeit.
Claims (5)
1. Die Verwendung einer vorwiegend austenitisch erstarrenden Eisen-Nickel-Legierung der Zusammensetzung:
Nickel 22 bis 36%
Kobalt 5 bis 30%
Titan 1,25 bis 1,75%
Kupfer bis 2%
Kohlenstoff ... 0,05%
Rest Eisen und Verunreinigungen
als Werkstoff für durch kinetische Erwärmung beanspruchte Teile, vornehmlich für Flugzeugbleche,
die von hoher Festigkeit bei allen Gebrauchstemperaturen sein müssen, dabei einen niedrigen
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen sollen und auch in großen Abmessungen unter guter Warm-
und Kaltverformbarkeit des Werkstoffs herzustellen sind.
2. Die Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, jedoch mit
einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03 %, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Die Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei denen das
Verhältnis von Nickel zu Eisen 0,5 bis 0,65 beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Die Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1 für den Zweck
nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Kobaltgehalt der Legierungen bei Gebrauchstemperaturen über 250C in dem Feld A-B-C-D-A
•der F i g. 3 der Zeichnung liegt.
5. Die Verwendung von Legierungen der Zusammensetzung nach Anspruch 1, für den Zweck
nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß die Legierungen bei Gebrauchstemperaturen von mehr als
25°C und bis zu 5000C nachstehende Kobaltgehalte
aufweisen:
bis zu 1000C 5 bis 8°/0Co,
bis zu 200°C 6 bis 9°/0Co, ο bis zu 300° C 11 bis 16% Co,
bis zu 400° C 15 bis. 20°/0 Co,
bis zu 500° C 16 bis 26% Co.
In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 764 375.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 539/419 3.64 © Bundesdruckerei Berlin
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB3418457A GB861458A (en) | 1957-11-01 | 1957-11-01 | Improvements relating to iron-nickel alloys and to articles made therefrom |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1165878B true DE1165878B (de) | 1964-03-19 |
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ID=10362430
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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DE4120346A1 (de) * | 1991-06-19 | 1992-12-24 | Krupp Industrietech | Eisen-nickel-kobalt-titan-formgedaechtnislegierung und verfahren zu ihrer herstellung |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR764375A (fr) * | 1933-05-01 | 1934-05-19 | Kinzoku Zairyo Kenkyusho | Alliage d'acier pour aimants permanents |
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- NL NL232786D patent/NL232786A/xx unknown
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1957
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- 1958-10-29 CH CH6556358A patent/CH376276A/fr unknown
- 1958-10-30 DE DEM39450A patent/DE1165878B/de active Pending
Patent Citations (1)
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FR764375A (fr) * | 1933-05-01 | 1934-05-19 | Kinzoku Zairyo Kenkyusho | Alliage d'acier pour aimants permanents |
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Publication number | Publication date |
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LU36544A1 (de) | |
GB861458A (en) | 1961-02-22 |
NL232786A (de) | |
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