CH372845A

CH372845A - Niob-Titan-Chrom-Legierung

Info

Publication number: CH372845A
Application number: CH4472257A
Authority: CH
Inventors: Bishop Hix Hugh
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1956-06-22
Filing date: 1957-04-06
Publication date: 1963-10-31

Description


      Niob-Titan-Chrom-Legierung       Die Erfindung bezieht sich auf eine     Niob-Titan-          Chrom-Legierung.    Diese Legierung besitzt insbeson  dere eine aussergewöhnlich hohe Temperatur- und  Korrosionsbeständigkeit und ist     genügend        duktil,    um  eine     Bearbeitung    zu erlauben. Diese Legierung eignet  sich als Werkstoff für Einrichtungen aller Art, die  hohen     Temperaturen    ausgesetzt werden, wie Gas  turbinen,     Hochte,mperaturreaktionsgefässe,    Anlagen  für die     Raffination    von Öl und     Gesenke    für die  Metallbearbeitung bei hohen Temperaturen.  



  Die     Niob-Titan-Chrom-Legie:rung    :gemäss der Er  findung ist dadurch     gekennzeichnet,    dass sie     5-300/9          Ti,        1-30        %        Cr,        mindestens        50'%        Nb,        und        insgesamt          0,2-7        %        mindestens        eines        der        Elemente        Al,        C,

          Co,     Fe, Mn, Mo,     Ni,,        Si,        Ta,    W, V oder     Zr        enthält,    wobei  die Elemente C, Co, Ni     und        Si        insgesamt    höchstens  2     %        der        Legierung        ausmachen.        Vorzugsweise        beträgt     der Gesamtgehalt der Legierung an den     Elementen     Al, C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni,     Si,        Ta,    W,

   V     und        Zr    2       bis    5     %.        Besonders        .gut        sind        diejenigen        Legierungen,     die 10 bis     2519/o        Ti    und 15 bis     3011/o        Cr,

          beispiels-          weise        15-25        %        Ti        und        20-28        %        Cr,        enthalten.        Eine     bevorzugte Legierung weist     einen    Gehalt von     minde-          stens        50        0/0        Nb,        24        %        Ti,

          23        %        Cr,        1,%,        Ta,        0,5        0/0.        W          und        0,5        0/0        Mo        auf;

          eine        weitere        bevorzugte          weist        einen        Gehalt        von        mindestens        50        %        Nb,        13,8        %          Ti,        25        0/0        Cr,        0,2        %        C,        10/0        Mo,

      2     %        W,        1,5        0/0        V          und        1,5        %        Zr        auf.     



  Die einzelnen Metalle können     nach    den     üblichen     Methoden     zusammengeschmolzen    werden. Beim Ab  kühlen erstarrt die Legierung unter     Bildung    eines  nichtspröde:. bzw.     du:ktilen    Gusses. Hierfür     kann        ein,          Lichtbagenofen    mit     wassergekühltem        Kupfertiegel     verwendet worden, in welchem man     die        Beschickung          schmelzt    und erstarren lässt.

   Die     einzelnen,        in    den  Ofen eingegebenen Metalle können jede beliebige       Form        haben,    z. B. als Pulver, Schrot, Draht,     Schwamm       usw.     vorliegen.    Man kann auch,     gegebenenfalls    in  Kombination,     Lichtbogenöfen    mit :sich     verbrauchen-          den    und     nichtverbrauchenden        Elektroden        oder        Öfen     mit     stetiger        Beschickung    verwenden.

   Ferner kann die  Schmelzung durch     induktive        Beheizung        in    einem ge  eigneten     Tiefgel,    z. B. nach der     sogenannten         Skull-          Technik         vorgenommen    werden.     Während    des       Schmelzens        sollen    die Metalle vor dem     Zutritt    der  Atmosphäre geschützt werden, um     eine        Verunreini-          gung    durch Sauerstoff oder     Stickstoff    zu vermeiden.

    Zu diesem Zwecke     schmalzt    man     zweckmässig        unter          inerten    Bedingungen, beispielsweise unter     einem          Inertgas,    wie Argon,     unter        einer        Schutzschlacke    oder  nach beiden     Methoden.     



  Die     erfindungsgemässen    Legierungen     erweisen    sich  bei Temperaturen von 100 bis 500      weitaus,    oxyda  tionsbeständiger und     behalten    ihre     mechanische          Festigkeit        in    wesentlich stärkerem Masse bei als die  bekannten     Hochtemperaturlegienungen.    So     verlieren     bekannte     Hochtemperaturlegierungen    bei 1300  ihre  Festigkeit oder     schmelzen,

      während die erfindungs  gemässen     Legierungen    bei dieser Temperatur noch  Drucke von über 100     kg/mm2    aushalten     können.     



  <I>Beispiel 1</I>  Eine homogene     Schmelze    von einem     Gewicht    von       0,454        kg,        welche        24        %        Titan,        23        0/a        Chrom,        10/0          Tantal,        0,5        %        Wolfram,        0,5        %        Molybdän,

          und        als     Rest     Niob    enthält, wird     hergestellt,        indem    man die  entsprechenden     Metallmengen        zusammenschmelzt        und     dann die     Legierung        abwechselnd    sechsmal     erstarren     lässt und     umschmelzt.    Das     Schmelzen        erfolgt    in     einem          Lichtbogenofen    mit wassergekühltem Kupfertiegel,

   wie  er von     Kroll    in      Transactions    of     the        Electrochemical          Society ,    Band 78, 1940, Seiten 35 .bis 47,     beschrie-          ben    ist. Man giesst 200 g der     Schmelze    in eine zylin  drische     wassergekühlte        Kupferform    von 19,1     mm         Innendurchmesser und 50,8     mm    Tiefe.

   Diese Mass  nahmen werden unter Helium     durchgeführt,    um eine  Verunreinigung der     Metalle    zu     verhindern.    Der aus  der     Form        erhaltene    Guss wird heiss geschmiedet und  zu einer Düse     zum    Versprühen der     Salzschmelzen,     wie     MgC12,    in chemischen     Verfahren    verarbeitet.  Diese     Legierung    besitzt aussergewöhnliche Eigen  schaften in der gleichen Grössenordnung, wie sie in  Tabelle 1 angegeben sind.  



  <I>Beispiel 2</I>       Eine    Legierung der Zusammensetzung 15     9/o        Ti,     23     9/o        Cr,    59 "/o     Nb,    1     0/a    W und 2     0/a        Ta    wird herge  stellt,

       indem    man die     einzelnen        Metallkomponenten    in  dem Ofen     gemäss    Beispiel 1 unter Helium     zusammen-          schmeazt.    Die     Legierung        wird    weiter unter     Helium          gehalten    und     abwechselnd    6mal     umgeschmolzen    und  erstarren gelassen, wodurch man     einen        homogenen     Rohblock     erhält.     



  Tabelle 1 gibt die     Oxydationsbeständigkeit    der       in    diesem     Beispiel    erhaltenen     Legierung    an. Diese       Oxydationsbeständigkeit    wurde in folgender Weise  bestimmt:

   Abgewogene Probender     Legierung    werden       (in,    einem Porzellantiegel, der mit     einem        Schlitz    ver  sehen ist, um einen angemessenen Zutritt der Luft  zu dem Rohblock zu erlauben)     in    einen Ofen der       Bauart         Globar     (eingetragene     Marke)        eingebracht     und     mindestens    16     Stunden    bei 1000  einem Luft  strom von 57     1/min        ausgesetzt.    Die     Proben    werden  dann abgekühlt und gewogen;

   der Oxydationsgrad  entspricht der prozentualen     Gewichtszunahme    der  Probe.  
EMI0002.0056     
  
    <I>Tabelle <SEP> I</I>
<tb>  Legierung <SEP> gemäss
<tb>  Beispiel <SEP> 2
<tb>  Gewichtszunahme, <SEP> %l' <SEP> 1,5
<tb>  Rockwellhärte <SEP> 48
<tb>  Zugfestigkeit, <SEP> kg/mm 
<tb>  bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> > <SEP> 141
<tb>  <B>bei <SEP> 1150 </B> <SEP> > <SEP> <B>70</B>
<tb>  '\ <SEP> Bei <SEP> nichtlegiertem <SEP> Niob <SEP> beträgt <SEP> die <SEP> Gewichtszunahme
<tb>  20,0 <SEP> ia.

         Die oben angegebenen     Zugfestigkeitswerte    sind  typisch für die erfindungsgemässen     Legierungen.    Um  die     ungewöhnliche    Höhe dieser     Werte    zu zeigen,  wird     nachfolgend    die     Zugfestigkeit    guter,     handels-          üblicher    Legierungen in     Tabelle    11 angegeben.

    
EMI0002.0066     
  
    <I>Tabelle <SEP> II</I>
<tb>  Zugfestigkeit
<tb>  kg/mm=
<tb>  <I>Legierung <SEP> A</I>
<tb>  (80 <SEP> "/o <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Cr)
<tb>  bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> 115
<tb>  bei <SEP> 870  <SEP> 30     
EMI0002.0067     
  
    <I>Tabelle <SEP> 11</I> <SEP> (Fortsetzung)
<tb>  Zugfestigkeit
<tb>  kg/mm2
<tb>  <I>Legierung <SEP> B</I>
<tb>  (38 <SEP> "/o <SEP> Co, <SEP> 28 <SEP> "/0 <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> "/o <SEP> Cr,
<tb>  7 <SEP> % <SEP> W, <SEP> 4 <SEP> 9/o <SEP> Ti, <SEP> 2 <SEP> 9/a <SEP> Fe,
<tb>  0,2 <SEP> "/o, <SEP> C)
<tb>  bei <SEP> 982  <SEP> 14
<tb>  <I>Legierung <SEP> C</I>
<tb>  (42'% <SEP> Co, <SEP> 20,5 <SEP> % <SEP> Ni, <SEP> 20 <SEP> "/o <SEP> Cr,
<tb>  4,2 <SEP> 9/o <SEP> W, <SEP> 4 <SEP> 0/a <SEP> Nb, <SEP> 4 <SEP> "/o <SEP> Mo,
<tb>  3 <SEP> 0/0 <SEP> Fe, <SEP> 1,39/o <SEP> Mn, <SEP> 0,6"/a <SEP> Si,
<tb>  0,

  4 <SEP> % <SEP> C)
<tb>  bei <SEP> Raumtemperatur <SEP> 105
<tb>  bei <SEP> 871  <SEP> 35       <I>Beispiel 3</I>  Gemäss Beispiel 2 wird eine Legierung der     Zu-          sammensetzung        22        %        Ti,        24        0/0        Cr,        51        %        Nb,    1     0/a        Co,          0,3        9/o        Si,        1,

  7        %        Ta        hergestellt.     



  Die Gewichtszunahme dieser     Legierung    bei der  Oxydationsprüfung gemäss Beispiel 2 beträgt 0,9 9/0       im        Vergleich        zu        20        %        für        nichtlegiertes        Niob.        Die          Rockwell-Härte    beträgt 49. Die Legierung     besitzt     eine Zugfestigkeit von mehr als 141     kg/mm2        bei     Raumtemperatur und mehr als 70     kg/mm2        bei    1150 .

    <I>Beispiel 4</I>  Gemäss Beispiel 2 wird eine     Legierung    der Zu  sammensetzung     20,19/o        Ti,        279/o        Cr,    51 "/o     Nb,    1  Mo, 0,5 "/a Al, 0,2     9/o    Ni, 0,2     9io    Fe, hergestellt.  



  Die Gewichtszunahme dieser Legierung bei der  Oxydationsprüfung gemäss Beispiel 2 beträgt 0,6 "/a.  Die     Rockwell-Härte    beträgt 54. Die     Zugfestigkeit     dieser     Legierung    beiträgt bei     Raumtemperatur        mehr          als    141     kg/mm2        und    bei 1150  mehr als 70     kg/mm2.       <I>Beispiel 5</I>       Weitere    erfindungsgemässe     Legierungen,

          die    nach  dem     Verfahren    gemäss Beispiel 2     hergestellt        wurden,     haben folgende     Zusammensetzung:     22 "/a     Ti,    5 "/o     Cr,        710/9        Nb,    2     ";

      o Co  Nach     16stündiger    Einwirkung     von    Luft bei 1000        nach        denn    im Beispiel 2 beschriebenen     Verfahren          beträgt    die Gewichtszunahme dieser Legierung, be  zogen auf das Gewicht des     gegossenen    Rohblocks,  1,4     9/a.     



       25        9/9        Ti,        2,5        %        Cr,        68        9/o        N'b,          29/o    Ni, 2,5 "/o Al  Die Gewichtszunahme dieser Legierung nach       16stündiger    Einwirkung von Luft bei 1000  nach  dem im     Beispiel    2 beschriebenen Verfahren     beträgt     1,5     9/o,    bezogen auf das Gewicht des gegossenen Roh  blocks vor     Einwirkung    der Luft.

             19        %        Ti,    3     %        Cr,        72        %        Nb,    2     %,        Ni,    4     %        Mn     Wenn diese Legierung     in    der im     Beispiel    2 be  schriebenen Weise 16 Stunden bei 1000  der     Ein-          wirkung    von Luft ausgesetzt     wird,

      beträgt die Ge  wichtszunahme gegenüber dem Gewicht des gegos  senen Rohblocks vor Einwirkung der Luft     1,5511/o.     Weitere Beispiele sind:       12        0/a        Ti,        2,5        %        Cr,        83,5        %        Nb,    2     %        Ni.          25        %        Ti,    3     %        Cr,        70'9/o        Nb,

      2     %        Al.     



       22        %        Ti,    4     %        Cr,        70        4/o        Nb,    2     %        Ni,    2     %        Al.     



  5     Q/o        Ti,    2     Q/o        Cr,        90        %        Nb,        0,5        0/0        Al,        2,5        %        Zr.          13,8         /o        Ti,        25        %        Cr,        55        %        Nb,        0,

  2%        C,          1%        Mo,    2     %        W,        1,5        %        V,        1,5        %        Zr.     



  Für die Herstellung der     erfindungsgemässen        Le-          gierungen    werden     vorzugsweise        Metalle    hoher Rein  heit     verwendet.    Anderseits ist eine     gewisse        Unreinheit     der     Komponenten    zulässig, ohne dass die Produkt  qualität im allgemeinen merklich leidet.  



  Die     erfindungsgemässen    Legierungen können als       Werkstoff    für beliebige Bauelemente verwendet wer  den, für welche ein     festes,        korrosionsbeständiges     Metall     erforderlich    ist. Besondere Bedeutung haben  diese Legierungen auf Grund ihrer     aussergewöhnlichen     Eigenschaften für     Anlagen,    die     bei    hohen     Tempera-          turen        eingesetzt    werden, wie Teile von     Düsenmotoren,     Atomreaktoren und     Gasturbinen.    .

Claims

PATENTANSPRUCH Niob-Titan-Chrom-Legierung, dadurch gekenn- zeichnet, dass sie 5-30 % Ti, 1-30 % Cr, mindestens 50 % Nb, und insgesamt 0;

2-7 % mindestens eines der Elemente Al, C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ta, W, V oder Zr enthält, wobei die Elemente C, Co" Ni und Si insgesamt höchstens 20/u der Legierung ausmachen. UNTERANSPRÜCHE 1.

Legierung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Gesamtgehalt der Legierung an .den Elementen Al, C, Co, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Ta, W, V und Zr 2-5 % beträgt. 2.

Legierung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, d.ass sie 10-25,1/o Ti und 15-30% Cr enthält. 3.

Legierung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass sie 15-25 % Ti und 20-28% Cr enthält.

4. Le@gierun.g nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass ,sie 24 % Ti, 23 % Cr, 1% Ta, 0,5 % W, 0,

5 % Mo und als Rest Nb enthält. 5. Legierung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass sie 13,8 % Ti, 25 % Cr, 0,

2 % C, 1% Mo, 20/a W, 1,5 % V, 1,5 0/0, Zr und als Rest Nb enthält.