SE447487B - Nickel-cobalt-JERNLEGERING - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 447 487 2 visar alstringen av en eutektisk borid i legeringen en- ligt uppfinningen. Fig 2A och 2B visar termoanalysdiagram, som belyser huru en variation av borhalten i legeringen inverkar på solidustemperaturen. 447 487 2 shows the generation of a eutectic boride in the alloy according to the invention. Figures 2A and 2B show thermal analysis diagrams illustrating how a variation of the boron content of the alloy affects the solidus temperature.

Legeringen enligt föreliggande uppfinning har följande ; vidsträckta och föredragna kompositionsområden: TABELL l Vidsträckt område Föredraget område vikt% * * vikt% Nickel 30-50 30-50 Kobolt 10-20 10-20 Niob 0-5 2-4 Tantal O-3" O-l Titan 0-2,5 1-2 Aluminium 0-2 0,25-l Bor 0,06-0,30 0,06-0,30 Kol O-0,1 0,015-0,045 Järn resten resten Kolhalten bör hållas så långt som är möjligt för att man icke skall alstra karbidsamlingar i den eutektiska boriden, som beskrives nedan. Dessutom kan legeringen in- nehålla upp till 0,l% att hämma alstringen av Ni3Nb vid legeringens korngränser. zirkonium, som är önskvärd för Upp till 0,l% sällsynta jordsartsmetaller kan tillsättas, och dessa tjänstgör såsom reningsmedel för att hindra skad- lig sulfidalstring och alstring av nålformiga faser; upp till 1% hafnium kan tillsättas och tjänstgör såsom en kar- bidbildare och vidgar 1ikvidus-solidus-temperaturområdet.The alloy of the present invention has the following; wide range and preferred composition ranges: TABLE 1 Wide range Preferred range weight% * * weight% Nickel 30-50 30-50 Cobalt 10-20 10-20 Niobium 0-5 2-4 Tantalum O-3 "Ol Titanium 0-2.5 1-2 Aluminum 0-2 0.25-l Boron 0.06-0.30 0.06-0.30 Carbon O-0.1 0.015-0.045 Iron residue residue The carbon content should be kept as far as possible in order to In addition, the alloy may contain up to 0.1% to inhibit the generation of Ni3Nb at the grain boundaries of the alloy.Zirconium which is desirable for Up to 0.1% rare earth metals may be added , and these serve as cleaning agents to prevent harmful sulfide generation and generation of acicular phases, up to 1% hafnium can be added and serve as a carbide former and expand the liquid-solidus temperature range.

Som bekant är små mängder tantal ofta förenade med niob, som inköpes i handeln. Normalt uppträder dessa små tantal- mängder i halter upp till ca 3% av den sammanlagda halten av niob och tantal. Såsom uttrycket "niob" utnyttjas i be- skrivningen, patentkraven och sammandraget åsyftas därför ren niob (om sådan finnes) eller niob jämte vissa mängder J: tantal. En viss mängd av niobhalten kan emellertid ersät- tas med ren tantal, varvid viktförhållandet mellan de bå- da är 2 delar tantal för varje del niob.As is well known, small amounts of tantalum are often associated with niobium, which is commercially available. Normally, these small amounts of tantalum occur in concentrations up to about 3% of the total content of niobium and tantalum. As the term "niobium" is used in the description, the claims and the summary, it therefore refers to pure niobium (if any) or niobium in addition to certain amounts of J: tantalum. However, a certain amount of the niobium content can be replaced by pure tantalum, the weight ratio between the two being 2 parts of tantalum for each part of niobium.

Av den efterföljande beskrivningen framgår, att lege- 447 487 3 ringar inom det ovanstående kompositionsområdet har låga längdutvidgningskoefficienter och är fria från skårkäns- lighet, vilket gör dem särskilt lämpliga för användning såsom en legering, som skall användas för framställning av gjutstycken för användning inom ett vidsträckt tempera- turområde.From the following description it will be seen that alloys within the above range of compositions have low coefficients of longitudinal expansion and are free from chipping sensitivity, making them particularly suitable for use as an alloy to be used for making castings for use in a extensive temperature range.

Den enligt uppfinningen komponerade legeringens egen- skaper framgår av tabell 2, som visar analysen av fem oli- ka hetor med olika bortillsatser.The properties of the alloy composed according to the invention are shown in Table 2, which shows the analysis of five different heaters with different additives.

Elëâëššiiš Nominell analys (vikt%) Heta nr c ß _ Ni co i- _;_ n. -gel Dl-939 0,03 0,005 38,2 15,3 3,0 1,7 0,8 rest Dl-940 0,03 0,050 '38,2 15,3 3,0 1,7 0,8 " Dl-979 0,02 0,100 38,2 l5,3 3,0 1,7 0,8 " Dl-1032 0,02 0,160 38,2 15,3 3,0 l,7 0,8 " Dl-1287 0,02 0,300 38,2 15,3 3,0 1,7 0,8 " Heta nr Dl-939 är en känd standardlegering, som lik- nar legeringarna enligt den ovannämnda amerikanska patent- skriften 3 157 495. En legering av denna typ särpräglas av en mikrostruktur, som icke innehåller någon eutektisk boridfas och som innehåller stora mängder porositet, vil- ket leder till dålig krypbrottlivslängd. Alla heterna i tabell 2 göts i precisionsgjutformar för framställning av provstavar för krypbrottprovning. Dessa provstavar värme- behandlades och utsattes för spånskärande bearbetning till krypbrottprovstavar, vilka hade diametern 6,35 mm och sedan utsattes för krypbrottprov. Resultaten av krypbrott~ proven anges i tabell 3. flrgßLn 2 Krypbrottegenskaper (649°C; 63,3 kn/mmzl Heta Borhaltxh Livslängd Förlängning Kontraktíon __fi___ _!.i}<_“Z=.-._.s- ____ ._h____ _>š__,____ i _ Dl-939 0,0052 0,2 2,0 9,2 DI-940 0,050 I 0,7 1,3 6,9 D1-979 ' 0,094 66,2 3,9 6,7 n1-1032 0,156 13a,5 8,0 9,7 n1-1032* 0,156 172,2 8,2 11,2 ïx Kombinerad slät och skårad dragprovstav "* Funnen borhalt, i motsats till nominell borhalt enligt tabell 2 447 487 10 15 20 25 30 35 4 Av tabell 3 framgår, att den kända standardlegeringen Dl-939, som innehöll enbart 0,0052% bor, hade en kryp- brottlivslängd av enbart 0,2 h vid 649°C och 63,3 kp/mmz, varvid förlängningen var 2% och kontraktionen 9,2%. Yt- terligare tillsatser av bor upp till 0,050% (heta Dl-940), har mycket ringa inverkan på krypbrottlivslängden, som ökade till enbart 0,7% vid l,3% förlängning och 6,9% kont- raktion. Heta Dl-979, som innehöll 0,094% bor, hade vid samma förhållanden en krypbrottlivslängd, som dramatiskt ökats till 66,2 h vid 3,Q% förlängning och 6,7% kontrak- tion. Bortillsatser av 0,l56% (heta Dl-1032) mer än för- dubblade krypbrottlivslängden till 138,5 h med 8% förläng- ning och 9,7% kontraktion. Heta Dl-10323 är densamma som den tidigare beskrivna bortsett från att provstaven var en kombination av slät och skårad provstav. här ökade krypbrottlivslängden ytterligare.Elëâëššiiš Nominal analysis (weight%) Heta nr c ß _ Ni co i- _; _ n. -Gel Dl-939 0.03 0.005 38.2 15.3 3.0 1.7 0.8 residue Dl-940 0 , 03 0.050 '38, 2 15.3 3.0 1.7 0.8 "Dl-979 0.02 0.100 38.2 l5.3 3.0 1.7 0.8" Dl-1032 0.02 0.160 38.2 15.3 3.0 1.7 0.8 "D1-1287 0.02 0.300 38.2 15.3 3.0 1.7 0.8" Hot No. D1-939 is a known standard alloy which similar to the alloys of the aforementioned U.S. Pat. No. 3,157,495. An alloy of this type is characterized by a microstructure which does not contain a eutectic boride phase and which contains large amounts of porosity, which leads to poor creep rupture life. All the heats in Table 2 were cast in precision molds for making test rods for creep rupture testing. These test rods were heat-treated and subjected to chip-cutting machining into creep rupture test rods, which had a diameter of 6.35 mm, and then subjected to creep rupture tests. The results of creep rupture ~ tests are given in Table 3. flrgßLn 2 Crawl rupture properties (649 ° C; 63.3 kn / mmzl Hot Boron xh Longevity Elongation Contraction __fi___ _ !. i} <_ “Z =.-._. S- ____ ._h ____ _> š __, ____ i _ Dl-939 0.0052 0.2 2.0 9.2 DI-940 0.050 I 0.7 1.3 6.9 D1-979 '0.094 66.2 3.9 6.7 n1-1032 0.156 13a, 5 8.0 9.7 n1-1032 * 0.156 172.2 8.2 11.2 ïx Combined smooth and notched tensile test rod "* Found boron content, in contrast to nominal boron content according to table 2 447 487 10 15 Table 25 shows that the known standard alloy D1-939, which contained only 0.0052% boron, had a creep rupture life of only 0.2 hours at 649 ° C and 63.3 kp / mm 2. the elongation was 2% and the contraction 9.2% .Additional additions of boron up to 0.050% (hot Dl-940), have very little effect on the creep rupture life, which increased to only 0.7% at 1.3% elongation Hot Dl-979, which contained 0.094% boron, had a creep rupture life under the same conditions, which was dramatically increased to 66.2 h at 3.0% elongation and 6.7% contraction. Drilling additives of 0.66% (hot Dl-1032) more than doubled the creep breaking life to 138.5 hours with 8% elongation and 9.7% contraction. Hot D1-10323 is the same as the one previously described except that the test bar was a combination of smooth and scored test bar. here, the creep crime life increased further.

De i fig 1A och lB visade mikrofotografierna av lege- ringen av heta Dl-1032, som innehöll 0,16% bor, visar stora mängder eutektisk borid och visar dessutom frihet från skadlig mikrokrympningl Denna legering har en längd- utvidgningskoefficient av i medeltal ca 2,6 x 10-6 °C_l i temperaturomrâdet från rumstemperatur till 427°C. Det förmodas, att legeringen enligt uppfinningen erhåller sin förbättrade gjutbarhet genom alstringen av den eutektiska boriden under stelningen.The photomicrographs of the hot D1-1032 alloy shown in Figs. 1A and 1B, which contained 0.16% boron, show large amounts of eutectic boride and also show freedom from harmful micro-shrinkage. This alloy has a length-expansion coefficient of on average about 2 , 6 x 10-6 ° C_1 in the temperature range from room temperature to 427 ° C. It is believed that the alloy of the invention obtains its improved castability through the generation of the eutectic boride during solidification.

Krypbrottegenskaperna hos heta Dl-1287 (tabell 2), som innehöll 0,3% bor, bestämdes icke, men mikrofotogra- fier av denna legering visar samma stora mängder eutektisk borid. Det förmodas, att bortillsatser avsevärt över O,3% kommer att göra volymen av den inre dendritiska eutektiska fasen alltför överdriven, vilket resulterar i stora sprick- gångar, vilka kan skadligt påverka legeringens fysiska egenskaper.The creep rupture properties of hot Dl-1287 (Table 2), which contained 0.3% boron, were not determined, but photomicrographs of this alloy show the same large amounts of eutectic boride. It is assumed that additions well above 0.3% will make the volume of the inner dendritic eutectic phase too excessive, resulting in large cracks, which can adversely affect the physical properties of the alloy.

Den i fråga om stelningsegenskaper föreliggande skill- naden mellan denna legering och kända legeringar visas i de båda termiska diagrammen i fig 2A och 2B. Det övre dia- grammet (fig 2A) gäller en konventionell känd nickeljärn- legering, som innehöll 0,005% bor (heta Dl-939), medan det 447 487 _ 5 _ nedre diagrammet (fig 2B) gäller heta Dl-1032, som innehöll 0,16% bor. Lägg märke till att den borhaltiga legeringen enligt uppfinningen särpräglas av ett mera vidsträckt lik- vidus-solidus-område.The difference between this alloy and known alloys present in terms of solidification properties is shown in the two thermal diagrams in Figs. 2A and 2B. The upper diagram (Fig. 2A) relates to a conventional known nickel-iron alloy containing 0.005% boron (hot D1-939), while the lower diagram (Fig. 2B) relates to hot D1-1032 containing 0.16% boron. Note that the boron-containing alloy according to the invention is characterized by a wider liquidus-solidus range.

Uppfinningen har i det ovanstående beskrivits under hänvisning till speciella utföringsformer, men det inses, att uppfinningen icke är begränsad till dessa speciella utföringsformer.The invention has been described above with reference to particular embodiments, but it will be appreciated that the invention is not limited to these particular embodiments.

Claims (7)

447 487 10 15 20 25 PATENTKRAV447 487 10 15 20 25 PATENT REQUIREMENTS 1. l. Nickel-kobolt-järnlegering, som är lämplig för högtemperaturanvändning och särpräglas av låg längdut- vidgningskoefficient och frihet från skárkänslighet och skadlig mikrokrympning, k ä n n e t e c k n a d därav, att den består väsentligen av 30-50% nickel, 10-20% kobolt, upp till 5% niob, upp till 3% tantal, upp till 2,5% titan, upp till 0,1% kol, upp till 2% aluminium, 0,06-0,30% bor och resten järn.1. l. Nickel-cobalt-iron alloy, which is suitable for high-temperature applications and is characterized by a low coefficient of longitudinal expansion and freedom from shear sensitivity and harmful micro-shrinkage, characterized in that it consists essentially of 30-50% nickel, 10-20% cobalt, up to 5% niobium, up to 3% tantalum, up to 2.5% titanium, up to 0.1% carbon, up to 2% aluminum, 0.06-0.30% boron and the rest iron. 2. Legering enligt patentkravet 1, t e c k n a d därav, att den innehåller 2-4% niob. k ä n - k ä n n e -An alloy according to claim 1, characterized in that it contains 2-4% niobium. k ä n - k ä n n e - 3. Legering enligt patentkravet 1 eller 2, n e t e c k n a d därav, att den innehåller 1-2% titan.An alloy according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 1-2% of titanium. 4. Legering enligt patentkravet l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller 0,25-1%4. An alloy according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it contains 0.25-1% 5. Legering enligt något av patentkraven 1-4, aluminium. k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller 0,015-0,045% kol.Alloy according to one of Claims 1 to 4, aluminum. is known from the fact that it contains 0.015-0.045% carbon. 6. Legering enligt patentkravet l, t e c k n a d därav, att den består väsentligen av ca 38% nickel, 15% kobolt, 3% niob, 1,7% titan, 0,8% aluminium, 0,02% kol, 0,16% bor och resten järn.An alloy according to claim 1, characterized in that it consists essentially of about 38% nickel, 15% cobalt, 3% niobium, 1.7% titanium, 0.8% aluminum, 0.02% carbon, 0.16% boron and the rest iron. 7. Legering enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller k ä n n e - eutektisk borid.Alloy according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it contains a characteristic eutectic boride.