CH669396A5 - - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG Technisches Gebiet:
Legierungen auf der Basis der bekannten intermetallischen Verbindung Ni3Al mit guter Warmfestigkeit im mittleren Temperaturbereich von 500 bis 700° C und verhältnismässig niedriger Dichte von etwa 7,3 g/cm3. Eine Verbesserung der Eigenschaften wird durch Zusätze von Silizium und Bor bewerkstelligt.
Die Erfindung bezieht sich auf das Erschmelzen und Abgies-sen von auf der intermetallischen Verbindung Ni3 AI mit weiteren Zusätzen modifizierten Legierungen und das thermische und thermomechanische Weiterverarbeiten zu prozessgerechten brauchbaren Werkstücken mit hinreichender Korrosionsbeständigkeit und Duktilität.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einer korrosions- und oxydationsbeständigen Ni/Al/Si/B-Legierung.
Stand der Technik
Die intermetallische Verbindung NÌ3AI hat einige interessante
Eigenschaften, welche sie als Konstruktions werkstoff im mittleren Temperaturbereich als attraktiv erscheinen lassen. Ihrer technischen Verwendbarkeit in der vorliegenden Form stehen allerdings ihre Sprödigkeit und ihr ungenügender Korrosionswiderstand entgegen. Erstere kann zwar durch Zusätze von Bor verbessert werden, wobei auch höhere Festigkeitswerte erreicht werden (vgl. C.T. Liu et al, «Nickel Aluminides for structural use», Journal of Metals, May 1986, pp. 79-21). Nichtsdestoweniger hat dieses Verfahren, selbst unter Anwendung hoher Abkühlungsgeschwindigkeiten bei der Erzeugung von Bändern zu keinen praktisch brauchbaren Ergebnissen geführt.
Die Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit derartiger, auf NÌ3AI beruhender Legierungen kann durch Zusätze von Silizium oder Chrom verbessert werden (vgl. M.W. Grünling und R. Bauer, «The role of Silicon in corrosion résistant high temperature coatings», Thiii Films, Vol. 95, 1982, pp. 3-20). Im allgemeinen ist das Zulegieren von Silizium der gangbarere Weg als dasjenige von Chrom, da die gleichzeitig auftretende intermetallische Verbindung Ni3Si in Ni3Al vollständig mischbar ist. Es handelt sich also um isomorphe Zustände, wobei keine weiteren, unerwünschten Phasen gebildet werden (vgl. Shouichi Ochiai et al, «Alloying behavious of Ni3Al, Ni3Ga, Ni3Si and Ni3Ce», Acta Met. vol. 32, No. 2, pp. 289, 1984).
Die Eigenschaften dieser bekannten modifizierten Ni3Al-WerkstofFe genügen den technischen Anforderungen im allgemeinen noch nicht, um daraus brauchbare Werkstücke herzustellen.
Es besteht daher ein grosses Bedürfnis, Wege zu finden, welche die technische Verwendbarkeit der auf Ni3Al basierenden Legierungen ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einer Ni/Al/Si/B-Legierung, die als wesentlichen Bestandteil Ni3Al enthält, anzugeben, welches Erzeugnisse von gleichzeitig hoher Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit und guter Warmfestigkeit sowie hoher Duktilität liefert.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beim eingangs erwähnten Verfahren eine Legierung mit
12 bis 23 Atom-% AI,
1 bis 12 Atom-% Si,
0,1 bis 2 Atom-% B, wobei Al + Si + B = 24 Atom-%, und Rest Ni im Vakuum-Induktionsofen geschmolzen und zu einem Barren vergossen wird, welcher anschliessend bei einer Temperatur von 1100 °C während 60 h unter Argonatmosphäre geglüht, abgekühlt und mechanisch von seiner Gusshaut und Zunderschicht befreit wird, worauf der bearbeitete Barren in eine weiche Stahlkapsel eingesetzt und letztere verschlossen wird, und dass das Ganze im Temperaturbereich zwischen 1050 und 1150°C mit einer Verformungsgeschwindigkeit é = 6 x 10"5s_1 isotherm bis zu einer Verformung e = 1,6 verformt wird, wobei ho = ursprüngliche Höhe des Werkstücks,
h = Höhe des Werkstücks nach Umformung bedeuten.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.
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Ausfuhrungsbeispiel I
Eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung wurde unter Vakuum im Induktionsofen erschmolzen:
AI = 12 Atom-%
Si =11 Atom-%
B = 1 Atom-%
Ni = Rest (76 Atom-%)
Die Schmelze wurde zu Gussblöcken von etwa 60 mm Durchmesser und etwa 60 mm Höhe abgegossen. Die Gussblöcke wurden hierauf einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1100°C während 60 h in Argonatmosphäre unterworfen. Nach der Wärmebehandlung wurde die Gusshaut mechanisch entfernt, indem eine Oberflächenschicht von etwa 1 mm Dicke abgedreht wurde. Dann wurden die zylindrischen Blöcke in passende Kapseln aus weichem Kohlenstoffstahl eingeschoben und letztere dicht verschweisst. Die eingekapselten Werkstücke wurden nun bei einer Temperatur von 1100° C isotherm geschmiedet. Die Umformung bestand in einem Stauchen bis zu einer Verformung e = 1,6, wobei h0 = ursprüngliche Höhe des Werkstücks hf = Höhe des Werkstücks nach Umformung bedeuten. Die Verformungsgeschwindigkeit s betrug bei Beginn des Schmiedeprozesses 6 x 10~5s_I. Die für das Stauchen benötigten Presskräfte waren verhältnismässig niedrig. Im vorliegenden Fall betrugen sie etwa 500 kN, was einem Anfangsdruck von etwa 200 MPa entsprach.
Durch dieses Beispiel wurde die ausgezeichnete Umformbar-keit des vorbehandelten Werkstoffs demonstriert, betrug doch die bei Rissfreiheit erreichte Höhenabnahme beim Stauchen etwa 80%.
Ausfuhrungsbeispiel II
Nach der unter Beispiel I angegebenen Weise wurde eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung erschmolzen:
s AI = 18 Atom-%
Si = 5,55 Atom-%
B = 0,45 Atom-%
Ni = Rest i o Die Schmelze wurde zu prismatischen Walzbarren von 100 mm x 80 mm x 20 mm abgegossen. Diese wurde zunächst wärmebehandelt und die Gusshaut mechanisch entfernt. Daraufhin wurden die Barren kaltgewalzt. Die Höhenabnahme ( = Querschnittsabnahme) betrug etwa 40%. Am gewalzten Halbzeug 15 konnten keinerlei Risse wahrgenommen werden, was für die ausgezeichnete Duktilität des Materials spricht.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Legierung weist die nachfolgende Zusammensetzung auf:
20
AI = 12 bis 23 Atom-%
Si = 1 bis 12 Atom-%
B = 0,1 bis 2 Atom-%, wobei AI + Si + B = 24 Atom-%,
25 Ni = Rest
Das Werkstück kann nach der Wärmebehandlung oder nach dem isothermen Schmieden einem Kaltverformungsprozess mit bis 40% Querschnittsabnahme unterworfen werden. Letzterer 30 kann zum Beispiel in einem Kaltwalzen bestehen.
Der isotherme Schmiedeprozess kann an einem Schmiedestück derart gefuhrt werden, dass das Werkstück am Schluss die Form einer Gasturbinenschaufel hat. Dies ist sehr wesentlich, da solche Formen in der Regel nur mit Schwierigkeiten ohne Anreis-35 sen zu verwirklichen sind.
G
Claims (5)
- 669 396
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung die nachstehende Zusammensetzung hat:Ni =76 Atom-%AI =18 Atom-%Si = 5,55 Atom-%B = 0,45 Atom-%2PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einer kor-rosions- und oxydationsbeständigen Ni/Al/Si/B-Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung mitAI = 12 bis 23 Atom-%Si = 1 bis 12 Atom-%B = 0,1 bis 2 Atom-%, wobei Al + Si + B = 24 Atom-%, und Ni = Rest im Vakuum-Induktionsofen geschmolzen und zu einem Barren vergossen wird, welcher anschliessend bei einer Temperatur von 1100° C während 60 h unter Argonatmosphäre geglüht, abgekühlt und mechanisch von seiner Gusshaut und Zunderschicht befreit wird, worauf der bearbeitete Barren in eine weiche Stahlkapsel eingesetzt und letztere verschlossen wird, und dass das Ganze im Temperaturbereich zwischen 1050 und 1150°C mit einer Verformungsgeschwindigkeit é = 6 x 10~V isotherm bis zu einer Verformung 8 = 1,6 verformt wird, wobei h0 = ursprüngliche Höhe des Werkstücks,h = Höhe des Werkstücks nach Umformung bedeuten.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach dem isothermen Schmieden die Form einer Gasturbinenschaufel hat.
- 4. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach dem isothermen Schmieden einem Kaltver-formungsprozess mit bis 40% Querschnittsabnahme unterworfen wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltverformungsprozess in einem Kaltwalzen besteht.
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