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Die
vorliegende Erfindung ist eine auf Eisen basierende, wärme- und
korrosionsbeständige
Legierung gerichtet, die niedere Dichte, gute Zug-Duktilität, und exzellente
Eigenschaften in Bezug auf die Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit,
Gießbarkeit
und Festigkeit aufweist. Diese neue Klasse von Legierungen ist etwa
20–25%
leichter und 20–80%
billiger als die meisten herkömmlichen
Nickel-enthaltenden Stähle,
z.B. rostfreie Stähle,
wärmebeständige Stähle und
wärmebeständige Legierungen.
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Derzeit
werden bei wärmebeständigen,
strukturellen Anwendungen am häufigsten
wärmebeständige Stähle, wärmebeständige Legierungen
und Superlegierungen verwendet. Es gibt jedoch einen Bedarf an Materialien
mit ähnlichen
Eigenschaften mit einer viel niedrigeren Dichte, da wärmebeständige Stähle, wärmebeständige Legierungen,
und Superlegierungen relativ hohe Dichten aufweisen. Während alternative
Materialien, wie Keramiken und intermetallisch-geordnete Legierungen
auf ihre niederen Dichten untersucht werden, erreichte keine von
diesen die Kombination einer niederen Dichte, adäquate Zug-Duktilität, hohe
Festigkeiten, und gute Oxidationsresistenz, die für Hochtemperatur-Konstruktionsanwendungen
benötigt
wird.
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Im
Fall von Keramik beschränkt
das vollständige
Fehlen ihrer Zug-Duktilität
erheblich den Vorteil ihrer niederen Dichten. Zusätzlich werden
keramische Komponenten üblicherweise
durch einen Pulver-Sintervorgang hergestellt, welcher ein relativ
teurer Vorgang ist. Aufgrund des Fehlens von Duktilität und der
hohen Kosten, können
keramische Teile nur in sehr wenigen Anwendungen verwendet werden.
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Leichte
intermetallisch-geordnete Materialien haben eine angemessene intrinische
Zug-Duktilität nicht erreicht
und zeigten einen niederen Bruchwiderstand, insbesondere bei Raumtemperatur.
Als Folge dieser Eigenschaften müssen
relativ komplexe Verarbeitungstechniken eingesetzt werden, um diese
Materialien herzustellen und diese zu Komponenten zu verarbeiten.
Dies erhöht
die Produktionskosten signifikant und ihre relativ geringe Belastbarkeit
bei Raumtemperatur kann zu Bearbeitungsproblemen und zu hohen Ausschussraten
von Komponenten führen.
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Ein
Beispiel eines solchen intermetallisch-geordneten Materials ist
Fe3Al. Im Gegensatz zu reinem Eisen, welches
eine kubisch-raumzentrierte (BCC) feste Lösung ist und sehr duktil ist,
bildet Fe3Al eine geordnete BCC Struktur
(im Allgemeinen als DO3 bei Raumtemperatur
und B2 bei hohen Temperaturen definiert),
in welcher Fe-Atome und Al-Atome in einer regelmäßigen Art und Weise angeordnet
sind.
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Fe3Al hat aufgrund seines hohen Aluminiumgehaltes
niedrige Dichte und einigermaßen
gute Oxidationsresistenz bis zu etwa 800°C. Das Aluminium im Material
wird leicht einen Oxidbelag in einer oxidierenden Umgebung bilden,
obwohl der Oxidbelag nicht stark ist und leicht bei Temperaturen über 800°C abblättert. Außerdem sind
die Rohmaterialien für
Fe3Al auch relativ kostengünstig. Jedoch
ist Fe3Al sehr spröde und weist eine niedere Zug-Duktilität bei Raumtemperatur
auf, und es zerbricht leicht auf sowohl intergranluare als auch transgranulare
Art und Weise.
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Obwohl
Chrom-enthaltendes Fe3Al eine beschränkte Verbesserung
der Zug-Duktilität
gezeigt hat und relativ leichtgewichtig ist, wie durch eine Dichte
von etwa 6,5 g/cm3 bewiesen ist, leiden
konventionell-geordnete Fe-Al-Cr-Zusammensetzungen an relativ-schlechten
Hochtemperatur-Festigkeiten, Korrosionsresistenz und Oxidationsresistenz.
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Somit
ist die gleichzeitige Erreichung eines finanziell-leistbaren, wärmebeständigen Strukturmaterials, das
niedrige Dichte, gute Zug-Duktilität, exzellente Oxidationsbeständigkeit
und exzellente Verarbeitbarkeit aufweist, ein anhaltendes Ziel dieser
Anstrengungen. Insbesondere hat es Bedarf an einer auf Eisenbasierenden
Legierung mit niedriger Dichte, hoher Festigkeit, angemessener Zug-Duktilität, die als > 5% Zugsdehnung definiert
ist, und ausgezeichneter Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit
gegeben. Die oben erwähnten
Ziele können
im Wesentlichen durch das Hinzufügen
von Kohlenstoff zu einer Chrom-enthaltenden Eisen-Aluminium-Zusammensetzung
erreicht werden, so dass eine kubisch-raumzentrierte Eisen-Aluminium-Chrom-Kohlenstoff-Legierung
gebildet wird.
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Ein
Artikel, Intermetallics, 6 (1998), 765–769, offenbart eine Hochkohlenstoff-Fe3Al-intermetallische Legierung,
die Fe, 16 Gew.-% Al und 1,1 Gew.-% C enthält. Es wird in Barren durch
Luft-Induktionsschmelzen geformt, von welchen berichtet ist, dass
sie außerordentliche
Zug-Eigenschaften aufweisen.
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Die
unmittelbare Anwendung für
die vorliegende Erfindung umfasst Turbolader für hochtourigen Dieselmotoren,
die in Booten, Lastkraftwagen und Personenkraftwagen verwendet werden.
Dieselmotoren werden aufgrund einer höheren Treibstoff-Wirtschaftlichkeit
im Vergleich zu Benzinmotoren viel verwendet. Um eine solche Treibstoff-Wirtschaftlichkeit,
sowie eine erhöhte
Motoreneffizienz und reduzierte Verschmutzung zu erreichen, werden
Turbolader routinemäßig in hochtourigen
Dieselmotoren verwendet. Die meisten gewerblichen Lastkraftwagen
sowie etwa 10% der Personenkraftwagen in der Welt (bis zu 20% in
Europa und 10% in Japan) werden durch hochtourige Dieselmotoren
mit Turboladern angetrieben.
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Ein
Turbolader für
einen Dieselmotor besteht aus einem Kompressor und einer Turbine,
Von einer mechanischen Leistungsperspektive ist die Turbine der
kritischste Teil, da er bei hohen Temperaturen, z.B. bis zu 650°C, und unter
hoher zentrifugalen Beanspruchung aufgrund der Hochgeschwindigkeitsrotation
arbeitet. Die Umgebung, in welcher eine Turbine arbeitet, kann auch
sowohl oxidierend als auch korrosiv sein.
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Derzeit
werden Turbolader-Turbinen aus einer Legierung auf Eisen-Nickel-Basis
oder einer Legierung auf Nickel-Basis gegossen, die sowohl teuer
als auch schwer sind. Aufgrund des Gewichtes brauchen die derzeitigen
Turbolader Zeit, um die Trägheit
zu überwinden,
bevor die Turbine die Arbeitsgeschwindigkeit, bei welcher die Turbine
am wirksamsten arbeitet, erreichen kann. Wie durch die Emission
einer dunklen Abgaswolke einer plötzlichen Beschleunigung gezeigt
ist, wird das Abgas während
der Zeit, die von der Turbine benötigt wird, um ihre Betriebsgeschwindigkeit
zu erreichen, nicht richtig verbrannt. Um die oben erwähnten Probleme, die
mit Turboladern aus Legierungen auf Fe-Ni-Basis oder Ni-Basis verbunden
sind, zu lösen,
wurden Turbolader-Turbinen und Kompressoren aus der kubisch-raumzentrierten
Eisen-Aluminium-Chromium-Kohlenstoff-Legierung
in der vorliegenden Erfindung hergestellt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Material, welches
im Wesentlichen aus einer kubisch-raumzentrierten, festen Lösung aus
Eisen-Aluminium, insbesondere Fe-Al-Cr-C, besteht, wie in den angefügten Ansprüchen dargelegt
ist. Das Material enthält
10 bis 80 At.% Eisen, 10 bis 45 At.% Aluminium, 1 bis 70 At.% Chrom
und 0,9 bis 15% Kohlenstoff. Das Material weist exzellente Eigenschaften
in polykristalliner Form auf. Zusätzlich kann die Festigkeit
des Materials durch bekannte Verfahren, die die feste Lösungsfestigkeitssteigerung,
Korngrößen-Verbesserung,
oder durch den Einführung
von Partikeln einer festigkeitssteigernden Phase, gesteigert werden.
Vorzugsweise kann das Material durch Präzipitieren innerhalb der festen
Lösung,
BCC, festen Lösungspartikeln,
die im Wesentlichen die gleichen Gitterparameter wie die zugrundeliegende
feste Lösung
aufweisen, festigkeitsverstärkt
werden. Das erfindungsgemäße Material
ist oxidationsbeständig
bei Temperaturen bis zu 1150°C,
und weist exzellente mechanische Eigenschaften bei Temperaturen
bis zu 650°C
auf.
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Beschreibung der Zeichnung
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Die
folgende Zeichnung, welche einen Teil der Offenbarung der vorliegenden
Erfindung bildet, zeigt einen zusätzlichen Aspekt der Erfindung.
Aus der Zeichnung:
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1 ist
ein ternäres
Phasendiagramm, das ein BCC Phasenfeld zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in einer neuen Fe-Al-Cr-C-kubisch raumzentrierten
festen Lösungslegierung
verkörpert,
die niedrige Dichte (z.B. in dem Bereich von 5,5 g/cm3 bis
7,5 g/cm3, und vorzugsweise 6,1 g/cm3), angemessen Zug-Duktilität bei Raumtemperatur,
exzellente Hochtemperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Legierung
weist vorzugsweise 10 bis 80 At.% Eisen, 10 bis 45 At.% Aluminium, 1
bis 70 At.% Chrom und 0,9 bis 15% Kohlenstoff auf, wobei die Kombination
von Aluminium und Chrom vorzugsweise in einer Menge von zumindest
30 At.% vorhanden ist.
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In
Abhängigkeit
von den gewünschten
Endeigenschaften kann sich der Chromgehalt verändern und fällt in unterschiedliche bevorzugte
Bereiche. Zum Beispiel verwenden vorzugsweise Gusswerkstoffe 5 bis
20 At.% Chrom, während
Schmiedematerialien geringere Mengen an Chrom verwenden, z.B., etwa
1 bis 10 At.%.
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In
der vorliegenden Erfindung wird die Pulver-Röntgenbeugung verwendet, um
die Existenz einer BCC Phase von den relativen Intensitäten der
Beugungspeaks zu bestimmen. In dieser Erfindung ist eine BCC Phase
entweder eine einzelne BCC-Phase oder ein Kombination von mehreren
BCC Phasen mit im Wesentlichen den gleichen Gitterparametern. Eine
BCC Phase ist als eine Phase definiert, die < 3% Nicht-BCC-Phase enthält. Das
heißt,
sogar wenn ein Beugungsmuster für
eine Phase schwache Nicht-BCC Peaks zeigt, dann wird die Phase nach
wie vor als eine BCC Phase betrachtet, wenn die relative Intensität der Nicht-BCC-Peaks < 3% der Intensität des stärksten BBC
Peaks ist. Eine solche Bestimmung ist nur notwendig, um die Grenzen des
in 1 gezeigten ternären Phasendiagramms zu definieren,
da ein Beugungsmuster innerhalb jenen Grenzen nur BCC Peaks zeigt.
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Das
erfindungsgemäße Material
weist eine Fließfestigkeit
von mehr als 320 MPa bis zu und einschließlich einer Temperatur von
etwa 650°C
auf. Zusätzlich
erhöht
sich die Fließfestigkeit
des erfindungsgemäßen Materials
oder bleibt dieselbe mit zunehmender Temperatur von Raumtemperatur
bis etwa 600°C.
In einer Ausführungsform
erhöht
sich die Fließfestigkeit
scharf mit steigender Temperatur von Raumtemperatur bis etwa 600°C, welches
im Gegensatz zu herkömmlichen
BCC Materialien ist. Die Fließfestigkeit
von BCC Materialien verringert sich im Wesentlichen mit steigender
Temperatur.
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Dieses
Material kann weiters festigkeitsgesteigert werden durch (a) den
Einbau einer zusätzlichen
festen Lösungsphase
in besagte feste Lösung,
(b) Korngrößen-Verbesserung,
(c) die Einführung
von Partikeln einer festigkeitssteigernden Phase, oder (d) den Zusatz
eines festigkeitssteigernden Elements in der festen Lösung.
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Der
Einbau einer zusätzlichen
festen Lösungsphase
kann durch die Präzipitation
von kubisch-raumzentrierten Partikeln innerhalb der festen Lösung erreicht
werden, wobei die Partikel mit Wesentlichen die gleiche Gitterparameter
wie die feste Lösung
aufweisen.
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Die
Festigkeitssteigerung kann auch die Zugabe eines hitzebeständigen Oxidpartikels
zu der festen Lösung,
wie Y2O3, durchgeführt werden.
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Es
wurde unerwarteterweise entdeckt, dass die Zugabe von signifikanten
Mengen an Kohlenstoff und Chrom, das leichtgewichtige Eisen-Aluminium
von einer geordneten BCC Legierung in eine feste BCC Lösung umwandelt.
Zusätzlich
wurde gefunden, dass die Löslichkeit
des Kohlenstoffs bei der vorliegenden Erfindung mit zunehmenden
Mengen an Chrom und abnehmenden Mengen an Aluminium aussteigt.
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Die
Leichtgewicht-Legierung besitzt eine angemessene Zug-Duktilität bei Raumtemperatur.
Wie durch die nachstehenden Eigenschaften gezeigt ist, ist die Kombination
einer niedrigen Dichte, einer angemessenen Zug-Duktilität und Hochtemperaturfestigkeiten
ein signifikanter technologischer Durchbruch für leichtgewichtige, wärmebeständige Strukturmaterialien.
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Es
wurde weiters entdeckt, dass Standardverarbeitungstechniken (z.B.
Gießen)
verwendet werden können,
um die erfindungsgemäße Legierung
in gewünschte
Artikel zu formen. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb,
unter Verwendung von Standardverarbeitungstechniken, einen Artikel
oder einen Verbundwerkstoff herzustellen, welcher feste Lösungsphasen
von Fe-Al-Cr-C aufweist,
wobei die festen Lösungsphasen
jeweils kubisch-raumzentriert und Einzelphasen sind, und ihre Gitterparameter
im Wesentlichen miteinander übereinstimmen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Turboladerteil
herzustellen, insbesondere einen Turbinenrotor oder einen Kompressor,
welcher die erfindungsgemäße Legierung
aufweist.
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Eigenschaften
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A. Oxidationsbeständigkeit
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Die
vorliegende Erfindung weist exzellente Oxidationsbeständigkeit
auf, welche als die Gewichtsveränderung
des Materials, wenn es zu einer Hochtemperatur-, oxidierenden Umgebung
ausgesetzt ist, definiert. Tatsächlich
zeigen die erfindungsgemäßen Materialien
Oxidationsbeständigkeit,
die rostfreien Stählen,
wärmebeständigen Stählen, wärmebeständigen Legierungen
und Superlegierungen überlegen
ist. In einer Ausführungsform
zeigt das Material eine Gewichtsverlustrate von 0,2 g/m2 Tag
nach mehr als 100 Stunden bei 1000°C an der Luft. Es wird angenommen,
dass die exzellente Oxidationsbeständigkeit durch die großen Mengen
an Aluminium und Chrom in dem Material begründet ist. Falls erforderlich
kann die Oxidationsbeständigkeit
durch das Hinzufügen
von seltenen Erdelementen zu dem Material weiters verbessert werden.
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B. Festigkeit
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Ein
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellter Artikel zeigt Hochtemperatur-Festigkeit, z.B.,
bis zu 650°C,
die rostfreien Stählen,
und den meisten wärmebeständigen Stählen und
Legierungen überlegen
ist. In Anbetracht der mit dem Material verbundenen niedrigen Dichte
ist die spezifische Festigkeit des Materials bei Temperaturen von
bis zu 650° sogar
noch überlegener.
Zum Beispiel hat die vorliegende Erfindung in der Gusszustand-Form
eine Fließfestigkeit
von mehr als 320 MPa bis zu 650°C.
Die Festigkeit dieser Legierung kann weiters verbessert werden mit
konventionellen festigkeitssteigernden Verfahren, wie Kornverbesserung (z.B.
Warmwalzen, gefolgt von der Rekristallisierung, um die Mikrostruktur
des Artikels zu ändern),
feste Lösung-Festigkeitsteigerung
(z.B., Einbau eines festigkeitssteigernden Elements in die feste
Lösung),
und zweite Phase-Partikel Festigkeitssteigerung.
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Die
zweite Phasen-Partikel Festigkeitsteigerung kann von der externen
Zugabe von hochschmelzenden Oxiden, wie Y2O3, herrühren.
Vorzugsweise wird die zweite Phasen-Partikel Festigkeitsteigerung
intern durchgeführt, über eine
in situ Technik. Durch Einstellen der Fe-Al-Cr-C-Zusammensetzung, präzipitieren
interne Partikel von Fe-Al-Cr-C innerhalb der festen Lösung. Zum
Beispiel können
die Menge und die Verteilung der kubisch-raumzentrierten Partikel
innerhalb der festen Lösung
durch Einstellen der Menge von Eisen, Aluminium, Chrom und Kohlenstoff
innerhalb der Zusammensetzung bedarfsgerecht erstellt werden. Diese
Partikel sind ebenfalls BCC, ihre Gitterparameter stimmen im Wesentlichen
mit der umgebenden festen Lösung überein,
was die Beanspruchung in Bezug auf Gradienten zwischen den Phasen
eliminiert und eine Hochtemperaturstabilität ergibt.
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Die
Kombination von Oxidationsbeständigkeit
und Hochtemperaturfestigkeit, die mit dem erfindungsgemäßen Material
verbunden ist, ermöglicht
die leichte Verwendung als Last-tragende
Komponenten, die einer oxidieren Umgebung bei Temperaturen von bis
zu 685°C
ausgesetzt sind. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls für Nicht-Last-tragende
Teile bei Temperaturen bis zu 1200°C verwendet werden.
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C. Korrosionsbeständigkeit
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Ein
Artikel, welcher das erfindungsgemäße Material aufweist, zeigt
ebenfalls gute Korrosionsbeständigkeit,
wenn es in einer Salpetersäure-Lösung getestet
wird. Das Material hat eine Korrosionsbeständigkeitsrate von weniger als
0,01 mm/Jahr Gewichtsverlust in HNO3-Lösung im Bereich von 20% bis
65% bei Raumtemperatur. Das Material zeigt ebenfalls kein Zeichen
einer Korngrenzenkorrosion, wenn es den vorangehenden Bedingungen
ausgesetzt wird.
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D. Duktilität
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Die
vorliegende Erfindung hat eine angemessenen Zug-Duktilität bei Raumtemperatur
und eine gute Zug-Duktilität
bei über
700°C, was
eine gute Warm-verarbeitbarkeit ergibt. Zum Beispiel zeigt die vorliegende Erfindung
in Gusszustand-Form eine Zug-Duktilität von über 5% bei Raumtemperatur und über 95%
bei etwa 900°C.
Deshalb wurde das erfindungsgemäße Material
bei Temperaturen über
900°C leicht
warmgewalzt.
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E. Gießbarkeit
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Aufgrund
der exzellenten Gießbarkeitseigenschaften,
die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind, z.B. eine niedere
Viskosität,
wenn geschmolzen, können
Standardmetallschmelz- und Gießtechniken verwendet
werden, um die fertigen Artikel herzustellen. Artikel können unter
Verwendung konventioneller Induktionsschmelztechniken, die in einer
kontrollierten oder geschützten
Atmosphäre,
z.B. in einem inerten Gas oder unter Vakuum, durchgeführt werden,
hergestellt werden. Die einzigartige Fähigkeit des Materials, endformnahe
Artikel zu formen, ist eine Kombination der Fluidität der geschmolzenen
Legierung und der Charakteristika der festigkeitssteigernden Phase.
Vorzugsweise weist das Material eine eutektische Struktur auf. Diese
Mikrostruktur gekoppelt mit exzellenten Fließeigenschaften ermöglicht der
geschmolzenen Legierung, sich der Gestalt der Gießform anzupassen,
und führt
zu endformnahen Artikeln, die keine zusätzlichen Endfertigungsschritte
vor dem Gebrauch benötigen.
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Die
Mikrostruktur eines Artikels, welcher in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, kann weiters durch Einstellen der Gießtemperatur
bedarfsgerecht erstellt werden. Es wurde zum Beispiel entdeckt,
dass eine höhere
Gießtemperatur
zu einer feineren Partikelgröße für die zweite,
festigkeitssteigernde Phase führen
kann. Für
Illustrationszwecke, eine feine Mikrostruktur ist eine solche, bei
welcher die mittlere Größe der Präzipitate
der zweiten Phase kleiner als etwa 50 μm ist, und vorzugsweise etwa
10–20 μm.
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Artikel
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In
einer Ausführungsform
wurde Vakuum-Präzisisionsguss
verwendet, um einen gegossen Turbolader Turbinenrotor mit der dünnsten Laufschaufel
mit einer Dicke von etwa 0,5 mm herzustellen. Wie in Beispiel 1 nachstehend
gezeigt ist, zeigte der Gusszustand-Turbolader-Turbinenrotor exzellente Hochtemperaturfestigkeiten
bis zu 650°C.
Diese Hochtemperaturfestigkeit ist ähnlich zu gegossenen wärmebeständigen Legierungen
auf Eisen-Nickel-Basis,
die derzeit in Turboladern verwendet werden. Aufgrund der geringen
Dichte des erfindungsgemäßen Materials
ist die spezifische Festigkeit jedoch etwa 25% höher als derzeitig gegossene Turbolader
auf Eisen-Nickel-Basis. Zum Beispiel hatte die Turbolader-Turbine,
die die erfindungsgemäße Legierung
aufweist, eine Dichte von etwa 6,1 g/cm3,
im Vergleich zu gegossenen Legierungen auf Eisen-Nickel-Basis, die
eine Dichte von etwa 8,1 g/cm3 aufweisen.
Deshalb hat eine Turbolader-Turbine, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt ist, ein etwa 25% geringeres Gewicht, als Standard-Turbolader-Turbinenrotoren
auf Eisen-Nickel-Basis.
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Der
leichtgewichtige Turbinenrotor des Turboladers führt zu einer signifikanten
Reduktion der Verschmutzung, das es die Trägheit überwindet und die Betriebsgeschwindigkeit
schneller als die schwereren, derzeitig verwendeten Turbolader auf
Eisen-Nickel-Basis, erreicht. Aufgrund dieses Effekts kann die Beschleunigungszeit
um zumindest 25% verringert werden, was zu einer effizienteren Verbrennung
des Abgases während
der Beschleunigung führt,
im Vergleich zu dem schweren Eisen-Nickel-Turbolader. Tatsächlich würde die Leichtgewicht-Legierung der vorliegenden
Erfindung, wenn verwendet, um Turbolader-Turbinenrotoren und Kompressoren
herzustellen, dabei helfen, dass Dieselmotoren Übergangs-(Beschleunigungs-)Emissionsstandards
erfüllen,
zusätzlich
zu den Dauerzustand-Emissionsstandards.
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Zusätzlich zu
den obigen Leistungsvorteilen sind die Materialkosten der erfindungsgemäßen Legierung
wesentlich günstiger,
z.B. zumindest 50% günstiger,
als konventionelle Nickel-Eisen-Turbolader. Dieser Preisunterschied
steht primär
mit den hohen Mengen an Nickel, die in Standard-Turboladern vorhanden
sind, in Verbindung, die in der erfindungsgemäßen Legierung nicht vorhanden
sind.
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Schließlich weist
die vorliegende Legierung eine viel bessere Oxidationsbeständigkeit
auf als Turbolader-Turbinenrotoren aus einer Eisen-Nickel-Legierungen
oder einer Legierung auf Nickel-Basis.
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Nachdem
die vorliegende Erfindung im Allgemein offenbart wurde, beschreibt
das folgende Beispiel die Erfindung weiter.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Ein
Fe-Al-Cr-C-Artikel, welcher eine Zusammensetzung innerhalb des Bereiches,
der in 1 definiert ist, aufweist, wurde durch Standardschmelztechnik
hergestellt. Die Zusammensetzung wurde unter Vakuum geschmolzen,
um eine geschmolzene Fe-Al-Cr-C-Legierung
zu bilden, welche dann in einer Form mit einem Hohlraum in der Gestalt
des Artikels gegossen wurde. Die Form im gegossenen Zustand blieb
unter einem Vakuum, bis es in Luft auf Raumtemperatur sandgekühlt wurde,
um den Artikel im Gusszustand zu bilden. Der Artikel im Gusszustand
wurde anschließend
aus der Form genommen und es wurde gefunden, dass es ein Fe-Al-Cr-C
kubisch-raumzentrierte, feste Lösung
mit einer Dichte von etwa 6,1 g/cm3 ist.
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Die
mechanischen Eigenschaften des Artikels im Gusszustand sind in Tabelle
1 gezeigt. Wie ersichtlich ist, zeigt ein Material innerhalb der
vorliegenden Erfindung exzellente Fließ- und Zugfestigkeiten bis
zu 650°C,
und eine gute Duktilität,
insbesondere bei 900°C.
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Tabelle
1. Mechanische Eigenschaften einer bcc Fe-Al-Cr-C-Legierung
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Tabelle
2 zeigt weiters, dass das erfindungsgemäße Material beinahe vollständig oxidationsbeständig ist
bis zu 1150°C
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Tabelle
2. Oxidationsbeständigkeitseigenschaften
einer bcc Fe-Al-Cr-C-Legierung
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Tabelle
3 illustriert die exzellenten Korrosionsbeständigkeitseigenschaften, sogar
in einer 65% Lösung von
Salpetersäure,
des erfindungsgemäßen Materials.
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Tabelle
3. Korrosionsbeständigkeitseigenschaften
einer bcc Fe-Al-Cr-C-Legierung
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Die
vorliegende Erfindung wurde allgemein und unter Bezugnahme auf die
Ausführungsformen
davon offenbart. Der Umfang der Erfindung ist nicht auf die offenbarten
Ausführungsformen
beschränkt,
sondern ist in den beigefügten
Ansprüchen
definiert.