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DE1433117A1 - Use of a nickel-chromium alloy - Google Patents

Use of a nickel-chromium alloy

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Publication number
DE1433117A1
DE1433117A1 DE19601433117 DE1433117A DE1433117A1 DE 1433117 A1 DE1433117 A1 DE 1433117A1 DE 19601433117 DE19601433117 DE 19601433117 DE 1433117 A DE1433117 A DE 1433117A DE 1433117 A1 DE1433117 A1 DE 1433117A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
aluminum
titanium
alloy
chromium
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19601433117
Other languages
German (de)
Inventor
Gittus John Henry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inco Ltd
Original Assignee
Inco Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Inco Ltd filed Critical Inco Ltd
Publication of DE1433117A1 publication Critical patent/DE1433117A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

"Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung""Use of a nickel-chromium alloy"

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung, bestehend aus 13 bis 17$ Chrom, 3 bis 7$ Molybdän, 3 bis 7$ Kobalt, 6 bis 9$ Titan und Aluminium, 0,10 bis 0,209t Kohlenstoff, Rest Nickel.The invention relates to the use of a nickel-chromium alloy consisting of 13 to 17 $ Chromium, $ 3 to $ 7 molybdenum, $ 3 to $ 7 cobalt, $ 6 to $ 9 titanium and aluminum, 0.10-0.209t carbon, the balance nickel.

Gasturbinenschaufeln und andere Teile, die bei hohen Temperaturen eine hohe Zeitstandfestigkeit besitzen müssen, werden gewöhnlich aus Nickel- oder Nickel-Kobalt-Chrom-Legierungen hergestellt, die außerdem noch die eine nickelhaltige Ausscheidungsphase bildenden Elemente Aluminium und Titan enthalten. Zur weiteren Verbesserung der Zeitstandfestigkeit können diese Legierungen noch Molybdän enthalten und im Vakuum erschmolzen werden.Gas turbine blades and other parts that have high creep rupture strength at high temperatures are usually made of nickel or nickel-cobalt-chromium alloys, which also have one nickel-containing precipitation phase-forming elements contain aluminum and titanium. To further improve the Creep rupture strength, these alloys can still contain molybdenum and can be melted in a vacuum.

Bekannt sind aus der britischen Patentschrift 814 029 und der australischen Patentschrift 166 814 Nickel-Legierungen mit 1,8 bis 4$ T-itan und 0,5 bis 4$ Aluminium bzw. 0,5 bis 8$ Titan und 0p3 bis &f» Aluminium, deren Verhältnis von Titan zu Aluminium zwischen 1,5 und 3,0 liegt.Known from British patent specification 814 029 and Australian patent specification 166 814 are nickel alloys with 1.8 to 4 $ titanium and 0.5 to 4 $ aluminum or 0.5 to 8 $ titanium and 0 p 3 to & f » Aluminum with a ratio of titanium to aluminum between 1.5 and 3.0.

809803/0665809803/0665

Neue Unterlagen (Art. 7 § l Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Ä nderungsgeB, v. 4.9.1967Ϊ BANKKONTO: DEUTSCHE BANK AG., DÜSSELDORF 1672161 · POSTSCHECKKONTO! ESSEN 8734 New documents (Art. 7, Paragraph 1, Paragraph 2, No. I, Clause 3 of the Ä nderungsgeB, dated 4.9.1967Ϊ BANK ACCOUNT: DEUTSCHE BANK AG., DÜSSELDORF 1672161 · POST CHECK ACCOUNT! ESSEN 8734

, Schreiben vom .......23-· J.Uli ±9.68. an J2LjÜL_23 JJLZaIL... .. Blatt Z , Letter of ....... 23- · J.Uli ± 9.68. an J2LjÜL_23 JJLZaIL ... .. sheet Z

Die Standzeit derartiger Legierungen liegt "bei Temperaturen von unter 900 O und einer Belastung von 11 kg/mm weit unter 100 Stunden«The service life of such alloys is "at temperatures of below 900 O and a load of 11 kg / mm far below 100 hours «

Die Erfindung "beruht auf der Erkenntnis des maßgebenden Einflusses der Elemente !Ditan und Aluminium auf die Zeitstandfestigkeit der eingangs erwähnten ETickel-Chrom-Legierung, die dann am größten ist, wenn die Gehalte an Titan und Aluminium in ein "bestimmtes Verhältnis zueinander gebracht und dieses Verhältnis gleichzeitig in einer "bestimmten Beziehung zum G-esamtgehalt an Titan und Aluminium steht. Bei einer Anzahl von Legierungen mit einem gegebenen Verhältnis von Titan zu Aluminium durchlief die Standzeit bei einer Erhöhung des (xesamtgehalte s an Titan und Aluminium unter sonst gleichen Bedingungen ein Maximum. Dabei wurde festgestellt, daß der G-esamtgehalt an Titan und Aluminium, bei dem sich dieses Maximum einstellt, mit steigendem Verhältnis von Titan zu Aluminium zunimmt.The invention "is based on the knowledge of the decisive influence of the elements! Ditan and aluminum on the creep strength of the above-mentioned nickel-chromium alloy, which is greatest when the contents of titanium and aluminum are in a "certain ratio to one another brought and this ratio is at the same time in a "certain relationship to the total content of titanium and aluminum. With a number of alloys with a given ratio from titanium to aluminum passed through the service life with an increase in the total content of titanium and aluminum all other things being equal, a maximum. It was found that the total content of titanium and aluminum, at which this maximum occurs, with increasing ratio increases from titanium to aluminum.

Hiervon ausgehend besteht die Erfindung in dem Vorschlag, eine Nickel-Chrom-Legierung mitBased on this, the invention consists in the Proposal to use a nickel-chromium alloy

13 bis 17 $> Chrom, 3 bis 7 # Molybdän, 3 bis 7 > Kobalt, 6 bis 9 % Titan und Aluminium, 0,10 bis 0,20$ Kohleristoff, Rest Nickel,13 to 17 $> chromium, 3 to 7 # molybdenum, 3 to 7> cobalt, 6 to 9% titanium and aluminum, 0.10 to 0.20 $ carbon, balance nickel,

deren Verhältnis von Titan zu Aluminium 1,5 bis 3 beträgtwhose ratio of titanium to aluminum is 1.5 to 3

809803/06 6 5809803/06 6 5

Zum Schreiben vom 2J*J.Uli 19.68.. an E 14 ...33 117.....Q. Blatt 3 For the letter dated 2J * J.Uli 19.68 .. to E 14 ... 33 117 ..... Q. Sheet 3

und deren Gesamtgehalt an Titan und Aluminium zwischen [6 + 2/3 (Ti/Al)] und [7 + 2/3 (Ti/Al)]and their total titanium and aluminum content between [6 + 2/3 (Ti / Al)] and [7 + 2/3 (Ti / Al)]

liegt, als Werkstoff zum Herstellen von Gegenständen zu ver-'' wenden, die, wie Q-aeturbinenschaufeln, im warmverformten und ausgehärteten Zustand bei 9600C und einer Belastung 11 kg/mm eine Zeitstandfestigkeit von mindestens 100 Stunden besitzen müssen»is, to be understood as material for producing articles 'contact', which, as Q-aeturbinenschaufeln, in the hot formed and hardened state at 960 0 C and a load 11 kg / creep rupture strength of at least 100 hours mm possess must "

Die erfindungsgemäße Abstimmung des Verhältnisses von Titan zu Aluminium auf den Gesamtgehalt an Titan und Aluminium führt zu einer optimalen ZeitStandfestigkeit. h: Dabei erhöht sich mit größer werdendem Verhältnis von Eitan <£'· zu Aluminium auch die Zeitstandfestigkeit der Legierung. Die '? obere Grenze für das Verhältnis von Titan zu Aluminium ergibt sich daraus, daß sich zufolge der damit verbundenen Steigerung des Gesamtgehaltes an Titan und Aluminium bei höheren Werten Schwierigkeiten bei der Verformung ergeben.The adjustment according to the invention of the ratio of titanium to aluminum to the total content of titanium and aluminum leads to an optimal long-term stability. h : The greater the ratio of Eitan <£ '· to aluminum, the greater the creep strength of the alloy. The ' ? The upper limit for the ratio of titanium to aluminum results from the fact that the associated increase in the total content of titanium and aluminum results in difficulties in deformation at higher values.

Andererseits, führt das Fehlen von Kobalt, Chrom, Molybdän und Kohlenstoff in den angegebenen Gehaltsgrenzen im »intr Verringerung der Standzeit. Vorzugsweise enthält dl· %vtladungsgemäß zu verwendende legierung noch bis ©|O5# Bor, bis 0,2$ Zirkonium, bis 0,5$ Silizium, bis 0,5^ Mangan und bis 1,0$ Eisen.On the other hand, the lack of cobalt, chromium, molybdenum and carbon within the specified content limits leads to a reduction in service life. Preferably, dl · vt% contains charge for use in accordance alloy until © | O5 # boron, up $ 0.2 zirconium, up to 0.5 $ silicon, up to 0.5 manganese and up to 1.0 ^ $ iron.

Die Legierung sollte bei einem Höchstdruck von iww am_Q.S*, vorzugsweise von 5 mm Q.S«, im Vakuum erschmol-The alloy should be melted in a vacuum at a maximum pressure of iww am _Q.S *, preferably 5 mm QS «.

809803/0665809803/0665

η Schreiben vpm ^Jttli···4·9·68 an ...Έ.ΛΑ-.-.ΖΖ.ΛΙ'Ι^Ο. -,- Blatt 4η Write vpm ^ Jttli ··· 4 · 9 · 68 to ... Έ.ΛΑ -.-. ΖΖ.ΛΙ'Ι ^ Ο. -, - sheet 4

zen oder gefeint werden. Optimale Eigenschaften ergaben sich, wenn die Schmelze bei 1400 bis 160O0C mindestens fünf Minuten, vorzugsweise mindestens zehn. Minuten unter dem vorerwähnten Druck gehalten wurde. Vorzugsweise wird die Legierung zunächst im Vakuum erschmolzen und alsdann bis zum Abgießen unter Vakuum gehalten, obgleich auch ein übliches Schmelzen erfolgen kann, wenn die Schmelze anschließend vakUumbehandelt wird. Nach einem Vakuumschmelzen und und/oder Vakuumfeinen sind die technologischen Eigenschaften der Legierung unabhängig davon, ob sie im Vakuum oder in Luft vergossen wirdezen or be refined. Optimal properties were obtained when the melt was heated at 1400 to 160O 0 C for at least five minutes, preferably at least ten. Minutes under the aforementioned pressure. The alloy is preferably first melted in a vacuum and then kept under vacuum until it is cast, although the usual melting can also take place if the melt is subsequently vacuum-treated. After vacuum melting and / or vacuum refining, the technological properties of the alloy are independent of whether it is cast in a vacuum or in air

. Die aus der vakuumbehandelten Legierung hergestellten Blöcke können zu Stäben warmgewalzt werden. TJm ihre Zeitstandfestigkeit zu entwickeln, sollten sie bei 1150 bis 125O°O lösungsgeglüht und anschließend bei 700 bis 11000C ausgehärtet werden. Die Temperatur des Lösungsglühens boII-te möglichst hoch liegen, wobei deren obere Grenze durch die Gefahr eines zu starken Kornwachstums gesetzt wird. Die Aushärtetemperatur sollte über der Betriebstemperatur der aus den Knüppeln oder Stäben hergestellten Fertigprodukte liegen.. The ingots made from the vacuum treated alloy can be hot rolled into bars. TJM to develop their creep strength, they should to 125O ° O solution annealed at 1150 and then cured at 700 to 1100 0C. The temperature of the solution heat treatment should be as high as possible, the upper limit of which is set by the risk of excessive grain growth. The curing temperature should be above the operating temperature of the finished products made from the billets or rods.

Im Rahmen von Versuchen wurden mehrere Legierungen der gleichen Grundzusammensetzung, jedoch mit unterschiedlichen Gehalten an Titan und Aluminium im Vakuum bei einem Druck von 1 mm Q,S. erschmolzen und anschließend bei 15000CIn the course of tests, several alloys of the same basic composition, but with different contents of titanium and aluminum, were tested in a vacuum at a pressure of 1 mm Q, S. melted and then at 1500 0 C

80 9 8 03/066 580 9 8 03/066 5

Zum Schreiben vom 2.3UJJUIi .1.9.6.8. an ., Έ....ΛΑ..33. 117.Λ.Ω Blaff 5..To the letter of 2.3UJJUIi .1.9.6.8. an., Έ .... ΛΑ..33. 117.Λ.Ω Blaff 5 ..

fünfzehn Minuten unter diesem Druck gehalten sowie schließlich im seihen Vakuum zu Blöcken mit einem Durehmesser von etwa 67 mm vergossen. Die Blöcke wurden dann zu einem Stab mit einem Durchmesser von 19 mm stranggepreßt, der Stab anderthalb Stunden bei 120O0C lösungsgeglüht, an luft abgekühlt und schließlich sechzehn Stunden bei 105O0C ausgehärtet sowie in Luft abgekühlt. Probestücke dieser Stäbe wurden einem Zeitstandversueh bei 96O0C und einer BelastungMaintained under this pressure for fifteen minutes and finally cast in a vacuum to form blocks with a diameter of about 67 mm. The blocks were then extruded mm into a rod having a diameter of 19, the bar and a half hours at 120O 0 C solution treated, air cooled and cured finally sixteen hours at 105 0 C and cooled in air. Test pieces of these rods were subjected to a creep test at 96O 0 C and a load

2
von 11 kg/mm unterworfen. .
2
of 11 kg / mm. .

Die Grundschmelze besaß folgende Zusammensetzung:The base melt had the following composition:

Kohlenstoff, 15 # Chrom,
5 % Kobalt,
5 % Molybdän, 0,05$ Zirkonium, 0,01Ji Bor,
0,3 $> Silizium, Rest Nickel.
Carbon, 15 # chromium,
5 % cobalt,
5 % molybdenum, $ 0.05 zirconium, 0.01Ji boron,
$ 0.3> silicon, the remainder nickel.

Auf Basis dieser Grundschmelze wurden Versuchslegierungen mit den sich aus der nachfolgenden !Tabelle ergebenden Titan- und Aluminiumgehalten erschmolzen. Dabei fallen die legierungen 1 bis 3 unter die Erfindung, während die übrigen legierungen außerhalb liegen0 On the basis of this base melt, test alloys with the titanium and aluminum contents shown in the table below were melted. The alloys 1 to 3 covered by the invention, while other alloys are outside 0

809803/0665809803/0665

in Schreiben vom in letter of

Tabelle:Tabel:

RegieDirector Ti s AlTi s Al Ti+AlTi + Al 77th • 7 + 2/3• 7 + 2/3 6 + 2/36 + 2/3 StandzeitService life rungtion %% 77th (TiSAl)(TiSAl) (Ti;Al)(Ti; Al) (Stunden)(Hours) 11 0.50.5 88th 7 1/3 rd7 1/3 approx 6 1/3 rd6 1/3 approx 205205 22 1.01.0 5.5.5.5. 7 2/3 rd7 2/3 approx 6 2/3 rd6 2/3 approx 180180 33 2.02.0 8.08.0 8 1/3 rd8 1/3 rd 7 1/3 rd7 1/3 approx , 244, 244 44th 0.50.5 5.55.5 7 1/3 rd7 1/3 approx 6 1/3 rd6 1/3 approx 6868 55 0.50.5 6 ..56 ..5 7 1/3 rd7 1/3 approx 6 1/3 rd6 1/3 approx 9797 66th 1,01.0 9.09.0 7 2/3 rd7 2/3 approx 6 2/3 rd6 2/3 approx 4040 77th 2.02.0 8 1/3 rd8 1/3 rd 7 1/3 rd7 1/3 approx 8080 88th 2.02.0 8 1/3 rd8 1/3 rd 7 1/3 rd7 1/3 approx 2020th

8 0 98 03/06 6 58 0 98 03/06 6 5

Claims (1)

Zum Schreiben vom 22.*.Jul±......1..9..6ß.. an .2 14.....3.I IiXeQ Blatt ....... For writing from Jul 22 *. ± ...... 1..9..6ß .. an .2 14 ..... 3.I IiXeQ sheet ....... U33117U33117 International Nickel limited, Thames House, Millbank,International Nickel limited, Thames House, Millbank, London, S0 W# 1, EnglandLondon, S 0 W # 1, England Paten tansprüche;Patent claims; 1* Verwendung einer Niokel-Chrom-Legierung, "bestehend aus1 * Use of a Niokel-Chromium alloy, "consisting of 13 Ms 17 $ Chrom, 3 "bis 7 % Molybdän, 3 bis 7 # Kobalt, 6 bis 9 % Titan und Aluminium, 0,10 bis 0,20$ Kohlenstoff,13 Ms $ 17 chromium, 3 "to 7% molybdenum, 3 to 7 # cobalt, 6 to 9% titanium and aluminum, 0.10 to 0.20 $ carbon, Rest liekel,Rest liekel, deren Verhältnis von Titan zu Aluminium 1,5 bis 3»0 beträgt und deren Gesamtgehalt an Aluminium und Titan zwischenwhose ratio of titanium to aluminum is 1.5 to 3 »0 and their total aluminum and titanium content between Co + 2/3 (Ii/Al)\ und [7 + 2/3 (Ti/Al)]Co + 2/3 (Ii / Al) \ and [7 + 2/3 (Ti / Al)] liegt, als Werkstoff für Gegenstände, die, wie Grasturbinenschaufeln im warmverformten und ausgehärteten Zustand bei 96O0C und einer Belastung von 11 kg/mm eine Standzeit von mindestens 100 Stunden besitzen müssen.is used as a material for objects which, like grass turbine blades, must have a service life of at least 100 hours in the thermoformed and hardened state at 96O 0 C and a load of 11 kg / mm. 2· Verwendung der Legierung nach Anspruch 1, die jedoch noch bis 0,05$ Bor und/oder bis 0,2$ Zirkonium, bis 0,5$ Silizium, bis 0,5$ Mangan und bis 1,0$ Eisen enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.2 · Use of the alloy according to claim 1, which, however, still contains up to 0.05 $ boron and / or up to 0.2 $ zirconium, up to 0.5 $ silicon, contains up to $ 0.5 manganese and up to $ 1.0 iron for the Purpose according to claim 1. e Ui iLe.'layen Art 7 S 1 Abi. ? Nr. I Satz ,'i des Änderufigsges.. ». 4. 9.1Üö7)e Ui iLe.'layen Art 7 S 1 Abi. ? No. I sentence, 'i des Alterufigsges .. ». 4. 9.1Üö7) 80980 3/0 6 6580980 3/0 6 65 !um Schreiben vom 23.»J.UXi 1968. an - Έ...Λ.4-...,..33. 117.«.Q. · ·■·· -.-.-.···· Bfatf ......-.B........! to letter from 23rd »J.UXi 1968. to - Έ ... Λ.4 -..., .. 33. 117. ". Q. · · ■ ·· -.-.-. ···· Bfatf ......-. B ........ 3* Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, die jedoch vor dem Vergießen einem 100 mm Q»S0 nicht übersteigenden; unterdrück ausgesetzt worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1β 3 * Use of an alloy according to claims 1 and 2, which, however, does not exceed a 100 mm Q »S 0 before casting; has been suppressed for the purpose of claim 1 β 4* Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, die jedoch vor dem Vergießen "bei 1400 bis 16000C mindestens xehn Minuten lang einem Unterdruck von höchstens 5 mm Q.S0 ausgesetzt worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1„ .,4 * Use of an alloy according to claims 1 and 2, which, however, has been subjected to a negative pressure of at most 5 mm QS 0 for at least ten minutes at 1400 to 1600 0 C before casting, for the purpose according to claim 1 "., 8 0 98 0 3/0 6658 0 98 0 3/0 665
DE19601433117 1959-11-04 1960-11-02 Use of a nickel-chromium alloy Pending DE1433117A1 (en)

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