CH284504A

CH284504A - Verfahren zur Herstellung von Maschinenteilen aus hitzebeständigen Legierungen.

Info

Publication number: CH284504A
Authority: CH
Inventors: Limited Rolls-Royce
Original assignee: Rolls Royce
Priority date: 1949-02-17
Filing date: 1950-02-13
Publication date: 1952-07-31

Description


  Verfahren zur Herstellung von Maschinenteilen aus hitzebeständigen Legierungen.    Die Erfindung betrifft ein Verfahren  zur Herstellung von Maschinenteilen aus  hitzebeständigen Legierungen, die Chrom und  Nickel enthalten.  



  Als hitzebeständige Legierungen kommen  zum Beispiel in Betracht: Legierungen auf  der Basis (die mindestens 50% der Legie  rung beträgt) von Nickel oder Nickel und  Kobalt (wobei Kobalt nicht über 40% der       Legierung    beträgt) mit einem Chromgehalt  bis zu 45%, die zu einer Ausscheidungshär  tungsbehandlung geeignet sind, weil sie eines  oder mehrere der Elemente Molybdän, Wolf  ram, Eisen, Mangan, Aluminium, Vanadium,  Titan, Niob, Silicium und Kohlenstoff ent  halten, wobei der Kohlenstoff 1% nicht über  steigt und weder das Titan noch das Silicium  5%o übersteigen und keines der genannten  Zusatzelemente 25% übersteigt und der  Gesamtgehalt aller dieser Elemente nicht  rrehr als 40% beträgt.

   Ausser den oben ge  nannten Elementen und unwesentlicher Ver  unreinigungen können die beispielsweise er  wähnten Legierungen noch geringe Mengen  an Stickstoff, Magnesium, Kupfer, Calcium  und seltenen Erdmetallen (einschliesslich     Misch-          irietall),        die        im        einzelnen        nicht        über        1%        und     im gesamten nicht über     31/a    betragen, ent  halten.  



  Es ist eine Reihe solcher Legierungen den  Fachleuten bekannt, die einer Lösungsbehand  lung bei einer Temperatur     zwischen    1050 und         1200"    C und einer nachfolgenden     Ausschei-          dungshärtungsbehandlung    unterworfen wer  den.  



  Bei der Festsetzung der Zeit der Lösungs  behandlung bei einer ausgesuchten. Tempera  tur ist eine     Beschränkung    im Hinblick auf die  Dauer der Behandlung auferlegt worden  wegen der     Vergröberung    des     Kornes    der Le  gierung, besonders bei hohen Temperaturen,  wie sie oben genannt sind. Die     Vergröberung     des Kornes bedeutet nicht     unbedingt    eine Ver  minderung der Kriechfestigkeit des hergestell  ten Maschinenteils.

   Wird aber die Lösungs  behandlung bei Temperaturen in der angege  benen Höhe     ausgeführt    und die Zeit verkürzt,  um die     Vergröberung    des Korns zu verhin  dern, so wird     keine    Verbesserung der Kriech  eigenschaften erzielt, ja die Kriechfestigkeit  mag sogar geringer sein.  



  Die Legierungen der beschriebenen Art  finden besonders Verwendung bei der Her  stellung von Teilen von Verbrennungsgas  turbinen, die hohem Druck bei hoher Tempe  ratur ausgesetzt sind und die als wünschens  werte     Eigenschaft    des fertigen Teils eine hohe       Kriechfestigkeit        und    hohe Ermüdungsgrenze  verlangen.  



  Wir haben gefunden, dass aus Legierungen  der beschriebenen Art hergestellte Maschinen  teile bessere Kriecheigenschaften haben, wenn  die Lösungsbehandlung über die bisher ange  wendete Zeit hinaus verlängert wird, obwohl      wir uns dessen bewusst sind, dass eine Ver  gröberung des Korns entstehen kann.  



  Die vorliegende Erfindung     bezweckt,    ver  besserte Kriecheigenschaften zu erhalten     und     eine gröbere Körnung beim fertigen Maschi  nenteil zu vermeiden.  



  Eine bevorzugte Zusammensetzung einer  beim vorliegenden Verfahren in Betracht  kommenden Legierung ist zum Beispiel  folgende    Chrom 20%, Kobalt 20%o, Molybdän 6%.  Titan 21/2%, Aluminium 1% und Nickel  der Rest.  



  Versuche mit einer solchen Legierung bei  einer Zugbeanspruchung von 2360 kg/cm2 bei  815   C, wobei die Muster der Lösungsbehand  lung bei verschiedenen Temperaturen, gefolgt  von einer Ausscheidungshärtungsbehandlung,       unterworfen    wurden, ergaben die in Tabelle A  v ernerkten Ergebnisse.

    
EMI0002.0004     
  
    Tabelle <SEP> A
<tb>  Lösungsbehandlung <SEP> Ausscheidungshärtungs  behandlung <SEP> Stunden <SEP> bis <SEP> Dehnung
<tb>  Zeit <SEP> Temp. <SEP> Zeit <SEP> Temp. <SEP> zum <SEP> Bruch <SEP> prozentual <SEP> Körnung
<tb>  Std. <SEP>   <SEP> G <SEP> Std. <SEP>   <SEP> G
<tb>  6 <SEP> 1050 <SEP> 16 <SEP> 800 <SEP> 78 <SEP> 17 <SEP> fein
<tb>  6 <SEP> 1100 <SEP> 16 <SEP> 800 <SEP> 92 <SEP> 16 <SEP> mittel
<tb>  6 <SEP> 1150 <SEP> 16 <SEP> 800 <SEP> 136 <SEP> 9 <SEP> grob
<tb>  6 <SEP> 1200 <SEP> 16 <SEP> 800 <SEP> 146 <SEP> 8 <SEP> grob       Daraus geht hervor, dass die Lösungsbe  handlung bei höherer Temperatur, ausgeführt  während einer Zeit, die genügt, um bei niedri  gerer Temperatur ein feines Korn zu ergeben,  eine bedeutende Verbesserung der Kriech  festigkeit mit einer unerwünschten Vergröbe  rung des Korns als Begleiterscheinung ergab.

    



  Es ist in der Herstellung von Maschinen  teilen aus Gussstangen aus hitzebeständigen       Legierungen    der beschriebenen Art üblich, die  Stange der Warmbearbeitung zu unterwerfen,  wie Schmieden, Walzen     und    Pressen, um ein  Stangenmaterial zu erhalten, dessen Teile  schliesslich maschinell bearbeitet werden kön  nen, oder dass in gewissen Fällen das Stangen  material einer weiteren Heissbehandlung  unterworfen werden kann, um die gewünschte  Form genau oder annähernd herauszube  kommen, wobei die Dauer der maschinellen  Bearbeitung reduziert werden kann.  



  Es ist praktisch üblich gewesen, die  Lösungsbehandlung in Ergänzung der Warm  bearbeitung vorzunehmen und darnach die  Ausscheidungshärtungsbehandlung nach der  maschinellen Fertigung auszuführen.    Das erfindungsgemässe Verfahren zur Her  stellung von Maschinenteilen aus hitzebestän  digen, Chrom und Nickel enthaltenden Legie  rungen, wobei eine Verformung des Maschi  nenteils in der Wärme und eine Lösungs  behandlung in der Wärme stattfinden, ist da  durch gekennzeichnet, dass a) die Verformung  in der Wärme zum grösseren Teil vor der  Lösungsbehandlungstattfindet, b) die Lösungs  behandlung während 5 bis 10 Stunden bei  1050 bis 1200  C erfolgt, die Lösungsbehand  lung von einem Kornverfeinerungsprozess ge  folgt wird, welcher c)

       aus    der Endphase der       Verformung    in der Wärme und     d.)    einer Er  hitzung des Maschinenteils während 5 Minuten  bis 1 Stunde bei 850 bis<B>10500</B> C besteht,  -vorauf     e)    eine     Ausscheidungshärtungsbehand-          lung    während 10 bis 20 Stunden bei 70.0 bis  800   C stattfindet.  



  Die Erfindung ermöglicht nicht nur.  wegen des     Kornverfeinerungsprozesses,    eine  erhöhte Temperatur bei der Lösungsbehand  lung; zum Beispiel 1100-12000 C, für eine  längere Zeitspanne, als sie bisher für tunlich  betrachtet wurde, anzuwenden, sondern sie ge-      stattet auch das Erzielen einer feinen Kör  nung mit Bestand, wenn die Lösungsbehand  lung bei niedrigerer Temperatur, zum Beispiel  bei 1050 bis 1100  C, erfolgt.  



  Die im Laufe des Verfahrens hergestellten  Maschinenteile können noch maschinell behan  delt werden. Diese maschinelle Behandlung  kann nach der Vollendung des Kornverfeine  rungsprozesses und vor Inangriffnahme der  Ausscheidungshärtungsbehandlung oder auch  nach letzterer Behandlung erfolgen.  



  Bei der Ausführung des Verfahrens nach  der Erfindung ist es empfehlenswert, die Ver  formung in der Wärme zu 75 bis 95% vor  der Lösungsbehandlung und zu 5 bis 25 %  nach der letzteren vorzunehmen. Obige. Pro  zentsätze sind hier und an anderer Stelle der  Beschreibung ausgedrückt im Verhältnis der  Reduktion in einer mittleren Querschnitts  fläche, wie sie sich bei der Verformung in der  Wärme ergibt.  



  Bei der Ausführung     des        Verfahrens    kann  eine Legierung verwendet werden, die Alumi  nium, Molybdän und Titan als Härtungs-         elemente    enthält, wie sie im Schweizer Patent  Nr.275503 beschrieben ist, nämlich eine  Legierung auf der Basis von Nickel, Kobalt  und Chrom, enthaltend:  Kobalt 10 bis 40%  Chrom 10 bis 30%  Molybdän 2 bis 18 %  Aluminium 0,2 bis 8,6%e  Titan 0,2 bis 4,4%  wobei die Summe des Molybdängehaltes, des  doppelten Aluminiumgehaltes und des vier  fachen Titangehaltes in % insgesamt 16 bis  20 % ergibt.  



  In diese Gruppe fallende Legierungen  werden hier als  Chrom-Nickel-Ausgleichs  faktor-Legieringen  bezeichnet.  



  Die untenstehende Tabelle B veranschau  licht den bedeutenden Vorteil, der sich bei  Maschinenteilen bei der Ausführung des er  findungsgemässen Verfahrens mit einer   Chrom -Nickel -Ausgleichsfaktor-Legierung   von nachfolgender Zusammensetzung ergab:  Chrom 20% Kobalt 20%, Molybdän 6%,  Titan 21/2%, Aluminium 1%, der Rest Nickel.

    
EMI0003.0004     
  
    Tabelle <SEP> B
<tb>  Kornverfeinerungsprozess <SEP> Stunden
<tb>  Ausscheidungs- <SEP> bis <SEP> zum
<tb>  _ <SEP> Lösungs- <SEP> Endphase <SEP> An <SEP> die <SEP> Endphase <SEP> bärtungs- <SEP> Bruch
<tb>  behandlun <SEP> der <SEP> Warmformung <SEP> behandlung <SEP> unter
<tb>  Probe <SEP> g <SEP> der <SEP> Formung <SEP> anschliessende <SEP> Körnung
<tb>  in <SEP> der <SEP> Wärme <SEP> Spannung
<tb>  Erhitzung <SEP> von <SEP> 2360
<tb>  Zeit <SEP> Temp. <SEP> % <SEP> Temp. <SEP> Zeit <SEP> Temp. <SEP> Zeit <SEP> Temp. <SEP> kg/cm2
<tb>  Std. <SEP>   <SEP> C <SEP>   <SEP> C <SEP> Std. <SEP>   <SEP> C <SEP> Std.

   <SEP>   <SEP> C <SEP> bei <SEP> 815  <SEP> C
<tb>  A <SEP> _6 <SEP> 1150 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 16 <SEP> 700 <SEP> 130 <SEP> grob
<tb>  B <SEP> 6 <SEP> 1150 <SEP> 5 <SEP> 1150 <SEP> - <SEP> - <SEP> 16 <SEP> 700 <SEP> 49 <SEP> gemischt
<tb>  C <SEP> _6 <SEP> 1150 <SEP> 5 <SEP> 1150 <SEP> 5 <SEP> 1050 <SEP> _16 <SEP> 700 <SEP> 121 <SEP> fein.
<tb>  D <SEP> 6 <SEP> 1150 <SEP> 13 <SEP> 1150 <SEP> - <SEP> - <SEP> 16 <SEP> 700 <SEP> 12 <SEP> gemischt
<tb>  E <SEP> _6 <SEP> 1150 <SEP> _13 <SEP> 1150 <SEP> _1 <SEP> 1050 <SEP> 16 <SEP> 700 <SEP> 156 <SEP> fein
<tb>  F <SEP> 6 <SEP> 1150 <SEP> 22 <SEP> 1150 <SEP> - <SEP> - <SEP> 16 <SEP> 700 <SEP> 37 <SEP> gemischt
<tb>  G <SEP> 6 <SEP> <U>1150</U> <SEP> 22 <SEP> <U>1150</U> <SEP> 1 <SEP> <U>1050</U> <SEP> 16 <SEP> <U>700 <SEP> 122</U> <SEP> fein       Aus den oben erwähnten Versuchsergeb  nissen geht hervor,

   dass die nach dem erfin  dungsgemässen Verfahren erhaltenen Erzeug  nisse (siehe Versuche C, E und     CT)    im wesent  lichen gleiche Kriechdauer aufweisen wie die    der einfachen Lösungsbehandlung     unterworfe-.          iien    Erzeugnisse (Probe A), aber zugleich  noch den Vorteil einer feineren, Körnung  bieten. Es ist bekannt, dass feines Korn von  grosser Bedeutung ist beim     Ermüdungs-    und      Schlagversuch der Legierung und ganz     beson-          clers    bei Turbinenschaufeln.  



  Die Erfindung umfasst, wie oben dar  gelegt, die beschriebenen und durch die Ver  suche C,- E und G veranschaulichten Arbeits  weisen, die mit der erwähnten  Chrom-Nickel  Ausgleichsfaktor-Legierung  ausgeführt wur  den. Vorzugsweise erfolgt das Schmieden oder  sonstige Verformen der Legierung in der  Wärme bis zu einem Ausmass vom 75 bis 95 %,  gefolgt von einer     Lösungsbehandlung    von 6  bis 8 Stunden bei 1120 bis 1180   C, wonach  der Kornverfeinerungsprozess erfolgt, be  stehend in der Vervollständigung der Verfor  mung insbesondere bei 1050 bis 1200  C und  nachfolgender     Erhitzung    während 5 Minuten  bis 1 Stunde bei 1000 bis 1050   C, worauf die  Ausscheidungshärtungsbehandlung während  10 bis 20 Stunden bei 700 bis 800   C statt  findet.  



  Eine andere, mit vorteilhaften Ergebnissen  erprobte Legierung ist: Chrom 18 bis 22 0/0,  Titan 2,2 bis 2,8%, Aluminium etwa 0,5%  und als Rest Nickel. Bei Verwendung dieser  Legierung wird die Erhitzung nach der End-.  phase der Verformung zweckmässig bei 850 bis  1000  C vorgenommen.  



  Ferner kann das Verfahren derart durch  geführt werden,     dass    die     Legierung    bis zu  etwa 85% geschmiedet und dann einer Lö  sungsbehandlung bei 1080 bis 1150  C unter  worfen wird, worauf der Kornverfeinerungs  prozess stattfindet, der in der Vervollständi  gung der Verformung und einer Erhitzung bei  1000 bis 1050  C besteht. Endlich wird der  Mäsehinenteil der Ausscheidungshärtungs  behandlung während 10 bis 20 Stunden bei  700 bis 800   C unterworfen.  



  Eine Ausführungsform des Verfahrens  für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln  schliesst die maschinelle Bearbeitung der  Schaufeln aus heiss gewalzten oder     gesehinie-          deten    Stangen ein. Die Warmverformung  wird unterbrochen, wenn die Stange im durch  schnittlichen Querschnitt 5 bis 25  /o grösser ist,  als letzten Endes benötigt wird. Die Lösungs  behandlung bei hoher Temperatur wird in  diesem Stadium vorgenommen, gefolgt von der    Warmverformung bis zur Erreichung der ge  wünschten Grösse, das heisst bis die Quer  schnittsfläche um 5 bis 25 % reduziert ist.

   Der  Kornverfeinerungsprozess wird vervollstän  digt durch die Erhitzung während 5 Minuten  bis 1 Stunde bei 850 bis 1050  C, und die Aus  scheidungshärtungsbehandlung wird vor oder  nach der maschinellen Bearbeitung zur Über  führung der     Schaufel    in die endgültige Form  ausgeführt. Ferner kann man der letztgenann  ten     maschinellen        Bearbeitung    noch eine  Wärmebehandlung bis 1 Stunde bei 850 bis  1050   C folgen lassen zum Zwecke der Ver  meidung einer unerwünschten Oberflächen  härtung, herrührend von der maschinellen Be  arbeitung.  



  Die Turbinenschaufeln können auch ma  schinell aus Gesenkschmiedestüicken erzeugt  werden, wobei die Gesenkschmiedebehandlung  in der Wärme unterbrochen wird, wenn das Ge  senkstück im durchschnittlichen Querschnitt 5  bis 25 /o grösser ist als die gewünschte     End-          grösse    des Gesenkschmiedestückes. In diesem  Stadium erfährt das Schmiedestück die Lö  sungsbehandlung,     vorzugsweise    während 6-8       Stunden    bei einer Temperatur von 1120 bis       1180'     C. Daraufhin wird die     Gesenkschmiede-          behandlimg    vervollständigt, und es erfolgt die  Erhitzung während 5 Minuten bis 1 Stunde bei  850 bis<B>10500</B> C.

   Der     Ausscheidüngshärtungs-          prozess    erfolgt nach Belieben vor oder nach  der maschinellen Bearbeitung.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Maschinen teilen aus hitzebeständigen, Chrom und Nickel enthaltenden Legierungen, wobei eine Ver formung des Maschinenteils in der Wärme und eine Lösungsbehandlung in der Wärme stattfinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung in der "V#Tärme zum grösseren Teil vor der Lösungsbehandlung stattfindet, die Lösungsbehandlung während 5 bis 10 Stunden bei 7.050 bis 12000 C erfolgt, die Lösungsbehandlung von einem Kornverfeine- rungsprozess gefolgt wird,

welcher aus der Endphase der Verformung in der Wärme und einer Erhitzung des Maschinenteils während 5 Minuten bis 1 Stunde bei 850 bis 1050 C besteht, worauf eine Ausscheidungshärtungs behandlung während 10 bis 20 Stunden bei 700 bis 800 C stattfindet. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme zu 75 bis 95% vor der Lösungs behandlung und zu 5 bis 25 % nach derselben ausgeführt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Lösungsbe handlung während 6 bis 8 Stunden bei einer Temperatur von 1120 bis 1180 C erfolgt. 3.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Legierung von folgender Zusammensetzung verwendet wird: 1 8 bis 22%o Chrom, 2,2 bis 2,8%o Titan, etwa 0,5% Aluminium, Rest Nickel, wobei die Er- lit7ung nach der Endphase der Verformung während 5 Minuten bis 1 Stunde bei 850 bis 1000 C erfolgt. 4. Verfahren nach Unteranspruch 7 zur Herstellung einer Grasturbinenschaufel, da durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme durch warmes Walzen einer aus der Legierung hergestellten Stange erfolgt und vor der Ausscheidungshärtungsbehand lung der Schaufel durch maschinelle Bearbei tung die endgültige Form gegeben wird. 5.

Verfahren nach Unteranspruch 1 zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel, da durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme durch warmes Walzen einer aus der Legierung hergestellten Stange erfolgt und nach der Ausscheidungshärtungsbehand lung der Schaufel durch maschinelle Bearbei tung die endgültige Form gegeben wird. 6. Verfahren nach Unteranspruch 1' zur Terstellung einer Gasturbinenschaufel, da- durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme durch Schmieden einer aus der Legierung hergestellten Stange erfolgt und vor der Ausseheidungshärtungsbehandlung der Schaufel durch maschinelle Bearbeitung die endgültige Form gegeben wird. 7.

Verfahren nach Unteranspruch 1 zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel, da durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme durch Schmieden einer aus der Legierung hergestellten Stange erfolgt und nach der Ausscheidungshärtungsbehandlung der Schaufel durch maschinelle Bearbeitung die endgültige Form gegeben wird. B. Verfahren nach Unteranspruch 2 zur Herstellung einer Gasturbinenschaüel, da durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme in einer Gesenkschmiedebehand lung besteht, wobei die Gesenkschmiedebe.

handlung unterbrochen wird, wenn das Ge senkschmiedestück im durchschnittlichen Querschnitt 5 bis 25% grösser ist als die ge wünschte Endgrösse des Gesenkschmiede stückes, und dass vor der Ausscheidungshär- tungsbehandlung der Schaufel durch maschi nelle Bearbeitung die endgültige Form ge geben wird.

9. Verfahren nach Unteranspruch 2 zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel, da durch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Wärme in einer Gesenkschmiedebehand- lung besteht, wobei die Gesenkschmiedebe- handlung unterbrochen wird,

wenn das Ge- sepkschmiedestück im durchschnittlichen Querschnitt 5 bis 25 % grösser ist als die ge- wünschte Endgrösse des (-T'esenkschmiede- stückes,

und dass nach .der Ausscheidungs- härtungsbehandlung der Schaufel durch maschinelle Bearbeitung die endgültige Form gegeben wird.