DE2608511A1

DE2608511A1 - Legierungen und aus ihnen hergestellte gusstuecke

Info

Publication number: DE2608511A1
Application number: DE19762608511
Authority: DE
Inventors: Dennis S Acuncius; Steven J Matthews
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1975-03-27
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-10-14
Also published as: BR7601833A; BE839970A; AU1220376A; CA1053487A; IL49170A0; CH609730A5; GB1472170A; NO143431B; NL7603221A; LU74646A1; NO761067L; IL49170A; SE7602128L; FR2305505B1; JPS5912735B2; NO143431C; US3969111A; JPS51120925A; IT1058760B; FR2305505A1

Description

PATENTANWALT ? P Π ß R DIPL-ING. ^iQUOJ HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 70 Schneckenhofstr. 27-Tel. 617079

1. März 1976 CABOT CORPORATION . Gzy/goe

Legierungen und aus ihnen hergestellte Gußstücke

Die Erfindung betrifft Legierungen, insbesondere Legierungen auf der Basis von Nickel, zur Herstellung von Gußstücken, welche eine hohe Duktilität nach dem Altern, eine hohe thermische Stabilität nach dem Altern, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine gute Beständigkeit gegen Oxydation haben.

Die Erfindung betrifft also solche Legierungen und aus ihnen hergestellte, bei hohen Temperaturen beständige Gußstücke, insbesondere praktisch eisenfreie Nickel-Legierungen des Typs von festen Lösungen, die Chrom und Molybdän enthalten, und eine hohe Wärmebeständigkeit, eine hohe Wärmefestigkeit, eine Beständigkeit gegen Oxydation bei Temperaturen bis herauf zu etwa 76O°C, einen geringen Koeffizienten der Wärmeausdehnung und auch nach dem Altern eine hohe Duktilität haben.

In den letzten Jahren ist es versucht worden, Nickel-Legierungen des Typs der festen Lösungen zu finden, um ein verbessertes Material für Gegenstände zu haben, die beim Gebrauch verschiedenen

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hohen Temperaturen bis herauf zu etwa 87O⁰C und darüber ausgesetzt sind. Düsenantriebe sind eines der Gebiete, in welchen bei immer höhereren Betriebstemperaturen gearbeitet werden soll, um eine höhere Wirksamkeit zu erzielen. Hierfür sind bisher in erster Linie geschmiedete Legierungen verwendet worden.

Bisher ist im allgemeinen das Gebiet der Gußstücke aus Legierungen zur Verwendung bei etwas niedrigeren Temperaturen von z.B. 76O C stark vernachlässigt worden, oder es wurden bei noch höheren Temperaturen beständige Legierungen verwendet. Es wurde also ein sehr teures Material verwendet, und zwar dort, wo es nicht wirklich benötigt wird. Schwierigkeiten bei der Verwendung von Gußstücken anstelle der Werkstücke aus geschmiedeten Legierungen entstehen auch dadurch, daß die Gußstücke beim Altern ihre Duktilität bei Temperaturen von 5^0 bis 870⁰C nicht verlieren sollen.

Trotz mancher Versuche zur Verbesserung der Nickel-Legierungen, um äie bei Temperaturen über 87O C verwenden zu können, gab es bisher noch keine bei 5^0 bis 87O C verwendbare Legierungen, die einen höheren Widerstand gegen Oxydation und Korrosion, eine brauchbare Festigkeit in der Hitze, eine thermische Stabilität und eine Duktilität nach dem Altern haben.

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Aufgabe der Erfindung sind Legierungen und aus ihnen hergestellte Gußstücke, welche allen diesen Anforderungen entsprechen. Diese Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß man gleichzeitig die Zusammensetzung der Legierungen innerhalb bestimmter Grenzen hält, ebenso wie die Elektronen-Vakanz (Nv-Zahl). Die Vorhersage der thermischen Stabilität nach dem Altern bei hohen Temperaturen unter Verwendung der Nv-Zahl ist in einem Aufsatz von C* T. Sims in der Zeitschrift "Journal of Metals" vom Okt.1962 besprochen.

Die erfindungsgemäßen Legierungen zur Herstellung von Gußstücken mit einer guten Beständigkeit gegen Oxydation, einer hohen Festigkeit in der Hitze, einer thermischen Stabilität und einer Erhaltung der Duktilität nach dem Altern bestehen erfindungsgemäß im wesentlichen aus 13,7 - 15, 5 % Molybdän,

IiJ,7 - 16,5 % Chrom, höchstens 0,02 % Kohlenstoff, bis zu 0,02 % Bor, 0,3 - 1,0 % Mangan, 0,2 - 0,75 %· Silizium, höchstens 2,0 % Kobalt,

höchstens 3,0 % Eisen, ^;

höchstens 1,0 % Wolfram, höchstens 0,02 % Phosphor, höchstens 0,015 % Schwefel, 0,1 - 0,5 % Aluminium, Rest Nickel.

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Diese Legierungen haben eine Nv-Zahl zwischen 2,23 und 2,31. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Legierung besteht aus

14,0 % Molybdän

15,5 % Chrom

so wenig wie möglich Kohlenstoff

0,01 % Bor

0,5 % Mangan

0,4 % Silizium

so wenig wie möglich Kobalt

so wenig wie möglich Eisen

so wenig wie möglich Wolfram

so wenig wie möglich Phosphor

so wenig wie möglich Schwefel

0,25 % Aluminium

Rest Nickel,

Diese Legierung hat eine Nv-Zahl so nahe wie möglich zu 2,28, und zwar innerhalb des Bereiches von 2,23 und 2,31.

Die einzigartigen Eigenschaften dieser Legierungen und der aus ihnen hergestellten Gußstücke gehen aus den nachfolgenden Beispielen hervor.

Beispiel 1

Aus einer Schmelze von etwa 9 kg wurden im Vakuum Stifte gegossen. Die chemische Zusammensetzung dieser Gußstücke geht aus der Tabelle I hervor. Bei jedem Guß wurden 10 Stifte mit Durchmessern von etwa 12,7 nun und Längen von etwa 10 cm hergestellt. Aus die-

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sen Stiften wurden die Versuchsstangen zur Prüfung der Festigkeit hergestellt. Muster dieser Gußstücke wurden (1) metallographisch geprüft, (2) bei Raumtemperatur (RT) und bei 76O⁰C auf ihre Zugfestigkeit geprüft, und (3) bei 76O⁰C unter einer Belastung von

2
1750 kp/cm auf ihre Bruchfestigkeit geprüft. Je zwei Muster jedes Gusses wurden auf ihre Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 1000-stündigem Altern bei 87O⁰C geprüft. Weitere Muster wurden auf ihre Oxydationsbeständigkeit geprüft, und zwar auf statische Oxydationsbeständigkeit bei 5oo-stündigem Behandeln mit strömender Luft von 87O C in einer Menge von 260 l/Std.; und auf dynamische Oxydationsbeständigkeit durch eine 300-stündige Behandlung mittels mit hoher Geschwindigkeit strömender Verbrennungsgase von Heizöl Nr. 2 von 87O⁰C, wobei die Muster jede 30 Minuten aus der heißen Zone entnommen wurden.

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TABELLE I Chemische Analyse der Legierung Element Gewichts-%

Ni 69,07

Cr . 15,55

Mo 14,14

Al 0,17

B 0,014

Co 0,01

Cu 0,01

Pe 0,10

Mg 0,01

Mn 0,43

P 0,005

S 0,01

Si 0,33

Ti 0,01

W 0,10

C 0,003 Nv-Zahl =2,28

Metallographisch wurden an den gegossenen Stiften keine unerwünschten' Strukturen festgestellt.

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Die Tabelle II enthält die mechanischen Eigenschaften der Gußstücke, wobei die Zahlen Mittelwerte von je zwei Versuchen sind.

	TABELLE	36	II
RT	Zugfestigkeit	82	ksi
RT	Bruchfestigkeit	62	ksi
RT	%E	51	%
RT	JfRA	35	*.
RT⁺	Zugfestigkeit	76	ksi
RT⁺	Bruchfestigkeit	42	ksi
RT⁺	%E	33	%
RT⁺	%RA	20	%
760	°C Zugfestigkeit	HO	ksi
760	⁰C Bruchfestigkeit	33	ksi
760	⁰C %E	37	%
760	⁰C SRA	%

76O°C/25 ksi

Lebensdauer bis

zum Bruch 34 Stunden

⁺ Naöh 1000-stündigem Altern bei 07O⁰C.

Die Tabelle III zeigt die Beständigkeit der Gußstücke, wobei die Zahlen die Mittelwerte von jeweils zwei Versuchen sind.

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	TABE	LLE III	Versuchs- Wert dauer (Std.)	Mikron Mikron
	Oxydationsbeständigkeit der Gußstücke	500 M ^¹' 300 M_L ^Kdj
Versuchs anordnung	Versuchs temperatur (⁰C)
Statisch Dynamisch	870° 870°

¹ 2 ¹ 65

M_r ist der Metallverlust in Mikron je Seite, bestimmt durch

die Gewichtsänderung nach dem Entzundern.

M₁. ist der Gewichtsverlust in Mikron je Oberfläche, bestimmt

durch Änderung des Durchmessers des Musters.

Beispiel II

Die erfindungsgemäße Legierung wurde auf die Dehnung geprüft im Vergleich zu zwei bekannten Nickel-Legierungen hoher Festigkeit zur Herstellung von Gußstücken, Hastelloy B und Hastelloy C, Die Zusammensetzungen dieser Legierungen in Gewichts-^ sind in der Tabelle IV enthalten.

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TABELLE IV

	Hastelloy B	Hastelloy C	Erfindungsgemäße	0,002
			Legierung
Ni	Rest	Rest	Rest	0,01
Mo	28,0	17,0	14,5
Cr	0,8	16,5	15	0,01
Al	-	-	0,23
B	-	-	0,017
V	o,i	0,1	weniger als
Co	2,0	2,0	0,08	0,005
Cu	-	-	weniger als	0,006
Fe	5,0	6,0	0,09
Mg	-	-	weniger als
Mn	0,5	0,5	0,56
Si	0,5	0,5	0,34
V	0,2	0,2	-
P	0,015	0,015	weniger als
S	0,015	0,015	weniger als
W		4

Aus diesen Legierungen wurden nach dem im Beispiel I beschriebenen Verfahren Stifte gegossen. Die Stifte ließ man längere Zeit isothermisch altern und stellte dann aus ihnen Stangen für die Prüfung 'der Zugfestigkeit her.

Die mechanischen Eigenschaften sind in der Tabelle V enthalten.

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TABELLE V

Dehnung %

Geprüft bei Haste Hoy B Hastelloy C Erfindungsgemäße Legierung

Frisch gegossen	R.T.	6	11	62
100 Std. bei 800°C gealtert	R.T. 815°C	5 10	0 22	26 37
1000 Std. bei	R.T.	3	2	21
800⁰C gealtert	815°C		6	17
16 Std. bei	R.T.	-	2	30
87O°C gealtert

Die Tabelle zeigt, daß die erfindungsgemäßen Legierungen in frisch gegossenem Zustande und nach dem Altern ungewöhnlich hohe Werte für die Dehnung haben.

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Claims

Patentansprüche

1.) Legierung zur Herstellung von Gußstücken mit einer hohen thermischen Stabilität, mit einer Beständigkeit gegen Oxydation bei Temperaturen bis hinauf zu etwa 87O°C, mit einer Duktilität nach dem Altern, und mit einer Nv-Zahl zwischen 2,23 und 2,31, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 13,7 bis 15,5 % Molybdän, 14,7 bis 16,5 % Chrom, höchstens 0,02 % Kohlenstoff, bis zu 0,015 % Bor, 0,3 bis 1,0 % Mangan, 0,2 bis 0,75 % Silizium, höchstens 2,0 % Kobalt, höchstens 3,0 % Eisen, höchstens 1,0 % Wolfram, höchstens 0,02 % Phosphor, höchstens 0,015 % Schwefel, 0,1 bis 0,5 % Aluminium, Rest Nickel, besteht.

2. Legierung nach Anspruch 1, zur Herstellung von Gußstücken mit einer Nv-Zahl von annähernd 2,28, dadurch gekennzei chnet, daß sie im wesentlichen aus 14,0 % Molybdän, 15,5 % Chrom, so wenig wie möglich Kohlenstoff, 0,01 % Bor, 0,5 % Mangan, 0,4 % Silizium, .so wenig wie .möglich Kobalt, so wenig wie möglich Eisen, so wenig wie möglich Wolfram, so wenig wie möglich Phosphor, so wen^g wie möglich Schwefel, 0,25 % Aluminium, Rest Nickel, besteht,

3· Gußstücke, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 bestehen.

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