NO873738L - Oksyddispersjonsherdede superlegeringer med forbedret korrosjonsbestandighet paa basis av nikkel. - Google Patents

Description

Oksyddispersjonsherdede superlegeringer på basis av nikkel finner, takket være deres fremragende mekaniske egenskaper ved høye temperaturer, anvendelse ved bygging av termisk og mekanisk sterkt belastede termiske maskiner. En foretrukket anvendelse er arbeidsmateriale for gassturbinskovler.

Oppfinnelsen vedrører videre utviklingen av oksyddisper-sj onsherdede nikkelbaserte superlegeringer med særlig optimale egenskaper når det gjelder høytemperaturfasthet, langtidsstabilitet og motstand mot oksydasjon og korrosjon i aggresiv atmosfære.

Særlig vedrører den en oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel.

Til teknikkens stand refereres følgende litteratur:

- G.H. Gessinger, Powder Metallurgy og Superalloys, Butter-worths, London, 1984, - R.F. Singer og E. Arzt, To be published in: Conf. Proe. "High Temperature Materials for Gas Turbines", Liége,

Belgium, Oktober 1986,

- J.S. Benjamin, Metall.Trans., 1970,1, 2943-2951.

I løpet av de siste år er det blitt utviklet en ny klasse høyvarmebestandige superlegeringer, særlig for byggedeler til termiske maskiner (gasturbinskovler). Det dreier seg om nikkelbaserte legeringer som inneholder fint fordelte dispersoider i form av oksyder. For det meste dreier det seg ved de sistenvnte om YgOs-partikler. En av de mest kjente av disse oksyddispersjonsherdede legeringer er den fra INCO under handelsnavnet MA 6000 erholdbare nikkelbaserte legering med følgende sammensetning:

(Se H.F. Merrick, L.R. Curwick og Y.G. Kim, Nasa Report CR-135150, Contract NAS-3-19694, 1977, Cleveland, Ohio, USA og R.C. Benn, L.R. Curwick og G.A.J. Hack, Powder Met. 1981, No. 4, s. 191-195).

Selv om denne legering har fremragende mekaniske egenskaper ved høye temperaturer, tilfredsstiller den ikke driftskra-vene når det gjelder oksydasjons- og sulfidasjonsbestandig-het for mange anvendelser.

For å forbedre anti-korrosjonsegenskapene har INCO utviklet en ny legering. Dem har følgende sammensetning:

Denne legering som overfor MA 6000 utviser forhøyet Cr- og Al-innhold, har riktignok forbedret korrosjonsbestandighet, men tenderer til instabilitet ved dannelse av sprøde faser i spesielle temperaturområder, hvilket nedsetter de mekaniske egenskaper.

Oppfinnelsen har til oppgave å frembringe en oksyd-disper-sjonsherdet superlegering på basis av nikkel, hvilken under bevaring av høyst mulig varmefasthet, særlig sigegrense, idet det unngås dannelse av sprøde faser, utviser en forhøyet bestandighet overfor sulfidasjon. Legeringen skal være langtidsstabil og ikke forandre seg i løpet av lengre driftsvarighet.

Denne oppgave løses ved at den innledningsvis nevnte superlegering på nikkelbasis utviser følgende sammensetning:

Oppfinnelsen skal belyses ved hjelp av de etterfølgende utføringseksempler.

Utføringseksempel I

Det ble fremstilt en legering med følgende sammensetning:

Først ble det fremstilt en smelte med den ovenfor nevnte sammensetning, dog uten Y203-tilsetning, og overført ved gassforstøvning ved hjelp av argon under høyt trykk til et pulver. Pulveret var forholdsvis grovkornet. Partikler med diameter på over 300 pm ble hold tilbake ved hjelp av en sil. De derunder liggende fraksjoner ble anvendt videre. Legeringspulveret ble blandet med fint YgOø-pulver med maksimal partikkeldiameter på 1 pm ved maksimal krystallitt-diameter på 100 nm. Deretter ble pulverblandingen legert mekanisk i 36 timer under argonatmosfære i en "attritor". Attritoren S-l, Fa. Netzsch, Forbundsrepublikken Tyskland, hadde et innhold på 3 liter og en fylling på 12 kilo stålkuler. Kapasiteten for pulveret utgjorde 1 kilo.

Det mekanisk legerte pulver ble nå fylt i en beholder av mykt stål med 73 mm ytre diameter og 75 mm høyde. Det hele ble oppvarmet i vakuum til 300 °C og beholderen ble sveiset igjen lufttett. Nå ble det innkapslet et pulver, presset til en stang i en strangpresse ved temperatur på 975 °C. Stangen hadde en diameter på ca. 19,,5 mm (reduksjonsforhold til strangpressen = 14:1). Ståloverflatesjiktet ble nå fjernet ved avdreining, slik at stangen endelig utviste en diameter på 18 mm. Stangen ble underkastet en soneglødepro-sess. Med en temperaturgradient som oversteg verdien på 8 °C/mm ble det oppnådd langsrettede korn med et lengde-

til breddeforhold på mer enn 10.

De mekaniske egenskaper ble undersøkt. Særlig ble sigefast-heten (sigegrensen) målt i et tidsrom på 5 x IO<4>timer ved forskjellige temperaturer. Verdiene utgjorde:

Oksydasjons- og korrosjonsresistensen var bedre enn de til den kjente legering med handelsnavnet MA 6000.

Prøver med glatt overflate ble underkastet en temperatursy- klus i luft og den spesiflke vektendring pr. flateenhet ble bestemt etter 1000 sykler. En syklus varte omtrent én time: prøvelegemet ble oppvarmet til en temperatur på 1000 °C og ble værende 1 time ved denne temperatur. Deretter ble den avkjølt med en hastighet på 500 °C/min og igjen oppvarmet og så videre. Vektendringen er et mål for oksydasjonsresistensen.

I foreliggende tilfelle utgjorde vektendringen

+ 0,5 mg/cm<2>overflate

Til sammenligning hadde legeringen MA 6000

- 10,5 mg/cm<2>.

Utføringeksempel II

Det ble fremstilt en legering med den følgende sammensetning:

Pulverfremstillingen og viderebearbeidingen skjedde i frem-gangsmåteskritt som er oppgitt i eksempel I.

Den på prøvene målte sigefasthet (sigegrense) i et tidsrom på 5 x IO<4>timer utgjorde som en funksjon av temperaturen:

Temperatur (°C) Sigefasthet (MPa)

Oksydasjonsresistensen ble bestemt over vektsendringen i henhold til definisjonen i eksempel I og utgjorde

+ 0,5 mg/cm<2>overflate.

Utføringseksempel III

Det ble fremstilt en legering med den følgende sammensetning:

Pulverfremstillingen og viderebearbeidingen skjedde ved de fremgsngsmåteskritt som er beskrevet i eksempel I.

Den på prævene målte sigefasthet (sigegrense) i et tidsrom på 5 x IO<4>timer utgjorde som en funksjon av temperaturen:

Oksydasjonsresistensen ble bestemt over vektsendringen i henhold til definisjonen i eksempel I og utgjorde

+ 0,4 mg/ cm<2>overflate.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utføringseksemplene. Fortrinnsvis kan legeringene ligge innenfor rammene til de følgende sammensetningsgrenser:

En annen fordelaktig gruppe med hafniumtilsetning har den følgende sammensetning:

Hafnium forbedrer særlig tverrfastheten. Legeringene kan også i henhold til etterfølgende fremstilling inneholde kobolt som legeringselement:

Kobolt øker fastheten og forbedrer bearbeidbarheten.

Særlig har også den etterfølgende sammensetning vist seg å være fordelaktig:

Claims (7)

1. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning:

2. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning:

3. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning:

4. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning:

5. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning:

6. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning:

7. Oksyddispersjonsherdet superlegering med forbedret korrosjonsresistens på basis av nikkel, karakterisert ved at den utviser følgende sammensetning: