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DE2365045A1 - ALLOY STRENGTHENED BY PRECIPITATION - Google Patents

ALLOY STRENGTHENED BY PRECIPITATION

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Publication number
DE2365045A1
DE2365045A1 DE2365045A DE2365045A DE2365045A1 DE 2365045 A1 DE2365045 A1 DE 2365045A1 DE 2365045 A DE2365045 A DE 2365045A DE 2365045 A DE2365045 A DE 2365045A DE 2365045 A1 DE2365045 A1 DE 2365045A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tantalum
tungsten
alloys
alloy
cobalt
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.)
Ceased
Application number
DE2365045A
Other languages
German (de)
Inventor
Jun Coleman M Augustine
Robert B Herchenroeder
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.)
Cabot Corp
Original Assignee
Cabot Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cabot Corp filed Critical Cabot Corp
Publication of DE2365045A1 publication Critical patent/DE2365045A1/en
Ceased 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
    • C22C19/07Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft durch Ausscheidung verfestigte bzw. gehärtete Legierungen; insbesondere betrifft die Erfindung durch Ausscheidung verfestigte Kobaltlegierungen«The present invention relates to precipitation solidified or hardened alloys; In particular, the invention relates to cobalt alloys strengthened by precipitation.

Es sind bereits gute Kobaltlegierungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen bekannt (z.B. die Legierungen HAYNES Nr. und HAYNES Nr. 188), diese Legierungen sind jedoch dadurch gekennzeichnet, daß sie "in fester Lösung verfestigt sind" (solid solution strengthening) im Gegensatz zu solchen Legierungen, in denen die Verfestigung durch Ausscheidung (z.B. durch Ausscheidung der J^'-Phase in Nickellegierungen) erfolgt ist. Bei solchen Kobaltlegierungen, welche durch Ausscheidungsreaktionen gehärtet worden sind, wurden gewöhnlich Aluminium und/oder Titan als reagierende Elemente eingesetzt, und diese Legierungen sind durch verbesserte Festigkeit bei etwa 65O°C gekennzeichnet, während die Verfestigung bei 870°C oder darüber unwirksam ist.There are already good cobalt alloys known for use at high temperatures (e.g. the alloys HAYNES No. and HAYNES No. 188), but these alloys are characterized by the fact that they are "solidified in solid solution" (solid solution strengthening) in contrast to such alloys, in which the strengthening by precipitation (e.g. through precipitation of the J ^ 'phase in nickel alloys) is done. With such cobalt alloys, which are caused by precipitation reactions have been hardened, aluminum and / or titanium were usually used as reactive elements, and these alloys are characterized by improved strength at about 650 ° C, while strengthening at 870 ° C or above is ineffective.

Es wurde auch der Einsatz von Beryllium, Niob oder Tantal vorgeschlagen. Diese Elemente führen zu Ausscheidungen in Kobaltlegierungen, bislang war jedoch die Verfestigung bei 870 C und darüber nicht wirksam.The use of beryllium, niobium, or tantalum has also been suggested. These elements lead to excretions in Cobalt alloys, but so far strengthening at 870 C and above has not been effective.

409829/0736409829/0736

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Kobaltlegierungen bereitzustellen, wel<
besserte Festigkeit aufweisen.
The object of the present invention is therefore to provide cobalt alloys which wel <
have improved strength.

gierungen bereitzustellen, welche bei 87O°C und darüber ver-to provide alloys which can be used at 870 ° C and above

Eine weitere Aufgabe betrifft hochfeste, geknetete Kobaltlegierungen. Another object concerns high strength, wrought cobalt alloys.

Noch eine weitere Aufgabe betrifft hochfeste Kobaltlegierungen, welche oxydationsbeständig sind.Yet another object relates to high strength cobalt alloys which are resistant to oxidation.

Noch eine weitere Aufgabe besteht darin, Kobaltlegierungen. bereitzustellen, welche formbar sind, und welche ihre guten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Zähigkeit auch bei Temperaturen bis 1O9O°C beibehalten.Yet another task is to make cobalt alloys. which are malleable and which also have good mechanical properties such as strength and toughness Maintained at temperatures up to 1090 ° C.

Weitere Aufgaben und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen.Further objects and features of the present invention will become apparent from the following description and claims.

Als erfindungswesentlich wurde gefunden, daß Kobaltlegierungen mit verbesserter Festigkeit bei 87O°C und darüber dann erhalten werden, wenn durch die Anwesenheit von Tantal und Wolfram in der Legierung im Verhältnis 1,5 bis 2,5 : 1 eine Ausscheidungsreaktion verursacht wird; bevorzugt wird dabei ein Verhältnis von Tantal zu Wolfram wie 2:1 (Angaben in Gewichtsprozent) , wobei Molybdän nur in Spuren als Verunreinigung vorhanden sein darf und der Kohlenstoffgehalt unter 0,3 % liegen muß.It was found to be essential to the invention that cobalt alloys with improved strength at 87O ° C. and above are then obtained if the presence of tantalum and tungsten in the alloy in a ratio of 1.5 to 2.5: 1 causes a precipitation reaction is caused; A ratio of tantalum to tungsten such as 2: 1 (data in percent by weight) is preferred , whereby molybdenum may only be present in traces as an impurity and the carbon content is below 0.3% got to.

Eine erfindungsgemäße Kobaltlegierung besteht somit im wesentlichen aus:A cobalt alloy according to the invention thus essentially consists the end:

AO9829/0736AO9829 / 0736

Tantal Wolfram Chrom Eisen Kohlenstoff Nickel Silizium Yttrium Lanthan ManganTantalum Tungsten Chromium Iron Carbon Nickel Silicon Yttrium Lanthanum manganese

Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen Cobalt with incidental, manufacturing-related impurities

Gew.Weight -%-%

5 bis 20 2 bis 15 bis zu 0 bis 10 0 bis 0,3 0 bis 30 0 bis 1 0 bis 0,2 0 bis 0,2 0 bis 25 to 20 2 to 15 up to 0 to 10 0 to 0.3 0 to 30 0 to 1 0 to 0.2 0 to 0.2 0 to 2

Restrest

wobei das Verhältnis von Tantal zu Wolfram in Gewichtsprozent ausgedrückt, zwischen ungefähr 1,5 bis 2,5 : 1 liegt und der Molybdängehalt weniger als i % beträgt.wherein the ratio of tantalum to tungsten, expressed in percent by weight, is between about 1.5 to 2.5: 1 and the molybdenum content is less than i % .

Eine erfindungsgemäß bevorzugte Legierung mit brauchbarer Festigkeit besteht im wesentlichen aus:A preferred alloy according to the invention with a useful Strength essentially consists of:

Tantal Wolfram Chrom · Eisen Kohlenstoff NickelTantalum Tungsten Chromium Iron Carbon Nickel

Gew.Weight -%-%

5 bis 20 2 bis 15 15 bis 0 bis 10 0 bis 0,2 8 bis 305 to 20 2 to 15 15 to 0 to 10 0 to 0.2 8 to 30

409829/0736409829/0736

Gew.-^Wt .- ^

Silizium O bis iSilicon O to i

Yttrium . O bis 0,2Yttrium. 0 to 0.2

Lanthan O bis 0,2Lanthanum O to 0.2

Mangan O bis 2Manganese O to 2

Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen RestCobalt with incidental, manufacturing-related impurities rest

wobei das Verhältnis von Tantal zu Wolfram in Gewichtsprozent ausgedrückt, zwischen ungefähr 1,5 bis 2,5 : 1 liegt und der Molybdängehalt weniger als 1 % beträgt.wherein the ratio of tantalum to tungsten, expressed in percent by weight, is between about 1.5 to 2.5: 1 and the molybdenum content is less than 1 % .

Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Legierung besteht im wesentlichen aus:A particularly preferred alloy according to the invention is essential from:

Gew.-fWeight f

Tantal 5 bis 18Tantalum 5 to 18

Wolfram 2 bis 12Tungsten 2 to 12

Chrom 15 bisChromium 15 to

Eisen 0 bis 10Iron 0 to 10

Kohlenstoff 0 bis 0,2Carbon 0 to 0.2

Nickel 8 bis 30Nickel 8 to 30

Silizium 0 bis ίSilicon 0 to ί

Lanthan 0 bis 0,2Lanthanum 0 to 0.2

Yttrium 0 bis 0,2Yttrium 0 to 0.2

Mangan 0 bis 2Manganese 0 to 2

Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen RestCobalt with incidental, manufacturing-related impurities, remainder

409829/0736409829/0736

wobei das Verhältnis von Tantal zu Wolfram in Gewichtsprozent ausgedrückt, zwischen ungefähr 1,5 his 2,5 Jl liegt und der Molybdängehalt weniger als 1 fo beträgt.wherein the ratio of tantalum to tungsten, expressed in percent by weight, is between about 1.5 to 2.5 Jl and the molybdenum content is less than 1 fo .

Zusätzlich zu den besonders aufgeführten Bestandteilen können andere legierende Elemente zugesetzt werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, nämlich das kritische Tantal-Wolf ram- Verhältnis aufzuheben, und die Gehalte an Molybdän und Kohlenstoff möglichst klein zu halten. Zu solchen Elementen gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, bis zu 5 Gew.-0Jo Hafnium, bis zu 2 Gew.-% Titan und/oder Zirkon, bis zu k Gew.-% Niob und Rhenium, bis zu 1 Gew.-% Aluminium und bis zu 0,04 Gew.-% Magnesium und/oder Bor.In addition to the components specifically listed, other alloying elements can be added without deviating from the essence of the invention, namely canceling the critical tantalum-tungsten ratio and keeping the molybdenum and carbon contents as low as possible. Among such elements, but are not limited to, up to 5 wt -. 0 Jo hafnium, up to 2 wt .-% titanium and / or zirconium, up to k wt .-% niobium and rhenium, up to 1 wt. -% aluminum and up to 0.04 % by weight magnesium and / or boron.

Als wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung wurde gefunden, daß alle beschriebenen Kobaltlegierungen dann für Kobalt— legierungen unübliche Festigkeiten bis wenigstens 93O°C aufweisen, wenn der Tantalgehalt der Legierung angenähert das Doppelte des Wolframgehalts beträgt, und wenn der Kohlenstoffgehalt auf einem relativ kleinen Wert gehalten wird. Wenn das kritische Tantal—Wolfram—Verhältnis nicht eingehalten wird, dann wird die besondere Festigkeit auch nicht erreicht.It has been found as an essential aspect of the invention that all of the cobalt alloys described can then be used for cobalt - alloys have unusual strengths up to at least 930 ° C, when the tantalum content of the alloy is approximately twice the tungsten content, and when the carbon content is kept at a relatively small value. If the critical tantalum-tungsten ratio is not maintained, then the particular strength is also not achieved.

Die beobachtete Festigkeit beruht anscheinend auf einer besonderen Sorte Ausscheidungsreaktion, was daran zu sehen ist, daß das Material in angelassenem Zustand (nach Wärmebehandlung bei ungefähr 1200°C und anschließendem raschen Abkühlen) relativ weich, duktil und vergleichsweise sehwach ist. Erfolgt jedoch eine längere Wärmeeinwirkung bei erhöhten Temperaturen zwischen ungefähr 650 und 98O0C, so wird die Legierung vielThe strength observed is apparently based on a special type of precipitation reaction, which can be seen from the fact that the material in the tempered state (after heat treatment at about 1200 ° C. and subsequent rapid cooling) is relatively soft, ductile and comparatively weak. However, if there is prolonged exposure to heat at elevated temperatures between approximately 650 and 98O 0 C, the alloy becomes large

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stärker bzw. fester, wie es als Folge einer Ausscheidungsreaktion erwartet wird, ferner ist die Legierung härter und etwas weniger duktil.stronger or stronger, as is expected as a result of a precipitation reaction, furthermore the alloy is harder and a little less ductile.

Darüber hinaus wurde beobachtet, daß Molybdän in solchen Legierungen ein schädliches Element ist. Solche Legierungen weisen deutlich geringere Festigkeiten auf, wenn Molybdän anwesend ist. Daher wird Molybdän in solchen Legierungen als schädliche Verunreinigung angesehen, und es wird lediglich aus wirtschaftlichen Gründen bis zu einem Gehalt von 1 Gew.-$ toleriert.In addition, molybdenum has been observed to be present in such alloys is a harmful element. Such alloys have significantly lower strengths when molybdenum is present. Therefore, molybdenum is considered a harmful impurity in such alloys, and it only becomes for economic reasons up to a content of 1 wt .- $ tolerated.

Auch der Kohlenstoffgehalt wirkt sich auf die tatsächliche Festigkeit der Legierungen nachteilig aus, und deshalb wird der Kohlenstoffgehalt auf maximal 0,3 Gew.—% begrenzt. Kohlenstoffgehalte, die über diesen Wert hinausgehen, vermindern die erreichte Festigkeit drastisch.Also, the carbon content will affect the actual strength of the alloys disadvantageous, and therefore, the carbon content to a maximum of 0.3 percent is -. Bounded%. Carbon contents in excess of this value drastically reduce the strength achieved.

Da die in Frage kommenden Legierungen und die daraus hergestellten Gegenstände im allgemeinen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, werden den Legierungen ausgewogene Mengen Chrom, Silizium, Mangan, Lanthan und/oder Yttrium zugesetzt, um die Oxydationsbeständigkeit solcher Legierungen zu erhöhen. Zur Erhöhung der Oxydationsbeständigkeit enthalten die Legierungen typischerweise 15 bis 30 Gew.-% Chrom, 0,1 bis 0,6 Gew.-% Silizium, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mangan, und kleine, jedoch wirksame Anteile an Yttrium und/oder Lanthan, nämlich bis zu 0,15 Gew.-^.Since the alloys in question and the ones made from them Articles generally used at high temperatures are made of the alloys in balanced amounts Chromium, silicon, manganese, lanthanum and / or yttrium added to increase the oxidation resistance of such alloys. To increase the resistance to oxidation, the alloys typically contain 15 to 30% by weight of chromium, 0.1 to 0.6 Wt% silicon, 0.5 to 1.5 wt% manganese, and small, however effective proportions of yttrium and / or lanthanum, namely up to 0.15 wt .- ^.

409829/0736409829/0736

Nickel und Elsen werden als notwendige Bestandteile zur Stabilisierung der kubisch flächenzentrierten Kristallstruktur der Kobaltlegierungen angesehen, und es wird vermutet, was jedoch noch nicht bewiesen ist, daß Eisen und Nickel wenigstens zum Teil als Reaktionspartner bei der Verfestigung teilnehmen.Nickel and Elsen are used as necessary components for stabilization The face-centered cubic crystal structure of the cobalt alloys is considered, and it is suspected what, however It has not yet been proven that iron and nickel participate at least in part as reactants in the solidification.

Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung bringt die folgende Tabelle I die Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Legierung und anderer, zum Vergleich herangezogener Legierungen.To explain the present invention, the following Table I gives the composition of an alloy according to the invention and other alloys used for comparison.

40982 9/073640982 9/0736

Tabelle ITable I.

Zusammensetzung erfindungsgemäßer und zum Vergleich herangezogenerComposition according to the invention and used for comparison

Legierungen, Gew.-%Alloys,% by weight

Legierung Al £ Co^ Cr Fg La Mn Mo Ni £i Ta W 9 0,37 0,12 Rest 20,81 1,36 0,05 0,53 0,42 23,50 0,27 10,53 4,50 Alloy Al £ Co ^ Cr Fg La Mn Mo Ni £ i Ta W 9 0.37 0.12 balance 20.81 1.36 0.05 0.53 0.42 23.50 0.27 10.53 4.50

** 5 0,33 0,13 Rest 21,56 1,88 0,05 0,66 0,37 23,60 0,35 7,81 9,31** 5 0.33 0.13 remainder 21.56 1.88 0.05 0.66 0.37 23.60 0.35 7.81 9.31

2 7 0,38 0,12 Rest 21,07 1,86 0,04 0,67 0,33 23,60 0,40 16,74 **2 7 0.38 0.12 remainder 21.07 1.86 0.04 0.67 0.33 23.60 0.40 16.74 **

00 10 0,45 0,12 Rest 20,07 1,38 0,04 0,54 4,04 22,40 0,25 10,14 4,39 00 10 0.45 0.12 remainder 20.07 1.38 0.04 0.54 4.04 22.40 0.25 10.14 4.39

<D 24 0,19 0,55 Rest 20,88 1,18 0,07 0,48 — 21,63 0,22 10,08 4,95 I<D 24 0.19 0.55 remainder 20.88 1.18 0.07 0.48 - 21.63 0.22 10.08 4.95 I.

S -S -

ω .ω.

σ> * Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen ** Der Schmelze wurde kein Wolfram zugesetztσ> * Cobalt with random, production-related impurities ** No tungsten was added to the melt

Im allgemeinen werden die in Tabelle I aufgeführten Legierungen unter Vakuum im Induktionsofen geschmolzen (obwohl auch andere Verfahren brauchbar sind), in etwa 10 kg schwere, runde, kegelförmige Blöcke gegossen, diese werden im Ofen bei ungefähr 1180°C geschmiedet und anschließend zu Blechen ausgewalzt, bei Temperaturen zwischen 1180 und 1200°C angelassen und schnell abgekühlt.In general, the alloys listed in Table I. melted under vacuum in induction furnace (although others Methods are useful), poured into round, conical blocks weighing about 10 kg, these are in the oven at about Forged at 1180 ° C and then rolled into sheets, tempered at temperatures between 1180 and 1200 ° C and cooled down quickly.

Die Legierung 24 wurde unter Vakuum im Induktionsofen geschmolzen und anschließend in Formen für die Untersuchungsproben gegossen.Alloy 24 was melted under vacuum in an induction furnace and then poured into molds for the test samples.

Unter den in Tabelle I aufgeführten Legierungen gehört die Legierung 9 zu den erfindungsgemäßen Legierungen, während die Legierung 10 den schädlichen Einfluß von Molybdän belegt, die Legierung 7 verdeutlicht, daß Tantal ohne Wolfram nicht wirksam ist, die Legierung 5 zeigt, daß angenähert gleiche Anteile von Tantal und Wolfram ebenfalls nicht wirksam sind, und die Legierung 2h belegt, daß ein übermäßiger Kohlenstoffanteil vermieden werden muß.Among the alloys listed in Table I, alloy 9 belongs to the alloys according to the invention, while alloy 10 demonstrates the harmful influence of molybdenum, alloy 7 shows that tantalum is not effective without tungsten, alloy 5 shows that approximately equal proportions of Tantalum and tungsten are also ineffective, and alloy 2h demonstrates that excessive carbon must be avoided.

In der folgenden Tabelle II sind die vergleichbaren Reißfestigkeiten der Legierungen aus Tabelle I aufgeführt.The following table II shows the comparable tear strengths of the alloys from Table I.

In der Figur wird eine typische erfindungsgemäße Legierung, nämlich die Legierung 9» mit anderen Experimentierlegierungen und der handelsüblichen Legierung HAYNES Nr. 188 mittels der üblichen Larson—Miller-Darstellung verglichen.In the figure, a typical alloy according to the invention, namely the alloy 9 »with other experimental alloys and the commercially available alloy HAYNES No. 188 by means of the compared to the usual Larson-Miller representation.

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- ίο -- ίο -

Tabelle II , , Table II,,

Zugfestigkeit (kp/mm ), Reißfestigkeit (kp/mm } und Bruchdehnung {%) für die Legierungen aus Tabelle I bei verschiedenen Temperaturen*Tensile strength (kp / mm), tear strength (kp / mm} and elongation at break {%) for the alloys from Table I at different temperatures *

Legierungalloy -- Temperaturtemperature Zugfestigkeit
kp/mm
tensile strenght
kp / mm
Reißfesti|
kp/mm*
Tear-proof |
kp / mm *
jkeit Bruchdehnung
1 % ..
jkeit elongation at break
1 % ..
55 Räumt.
Räumt.
Clears.
Clears.
53,0
54,3
53.0
54.3
103,3
102,4
103.3
102.4
49
49
49
49
870
870
870
870
34,2
35,5
34.2
35.5
44,7
44,5
44.7
44.5
65
60
65
60
1090
1090
1090
1090
6,7
7,5
6.7
7.5
12,4
12,5
12.4
12.5
49
50
49
50
77th Räumt.
Räumt.
Clears.
Clears.
59,5
56,5
59.5
56.5
107,0
107,9
107.0
107.9
32
32
32
32
870
870
870
870
53,6
50,7
53.6
50.7
72,2
69,7
72.2
69.7
8 ·
13
8th ·
13th
IO90
1090
IO90
1090
3,0
3,0
3.0
3.0
10,5
11,5
10.5
11.5
94
71
94
71
99 Räumt.
Räumt.
Clears.
Clears.
38,6
37,2
38.6
37.2
94,5
94,3
94.5
94.3
63
60
63
60
870
870
870
870
44,3
49,9
44.3
49.9
57,5
61,0
57.5
61.0
10
12
10
12th
IO9O
1090
IO9O
1090
8,1
5,1
8.1
5.1
13,0
13,1
13.0
13.1
40
40
40
40
Räumt.Clears. 91,591.5 128,0128.0 20
angelassen
und 16 Std.
bei 815 C
gehalten
20th
left on
and 16 hours
at 815 C
held
650650 76,976.9 105,7105.7 20
angelassen
und 16 Std.
bei 815 C
gehalten
20th
left on
and 16 hours
at 815 C
held

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Legierungalloy

1010

Temperatur Zugfestigkeit Reißfestigkeit Bruchdehnung 0C kp/mmz kp/mmz % Temperature Tensile strength Tear strength Elongation at break 0 C kp / mm z kp / mm z %

2424

Räumt.Clears.

870 870870 870

1090 10901090 1090

Räumt.Clears.

Räumt.Clears.

Räumt.Clears.

980980

980980

48,148.1 95,695.6 6262 40,740.7 95,795.7 6161 50,350.3 61,361.3 1111 46,446.4 62,162.1 1111 8,18.1 12,312.3 6565 7,57.5 12,412.4 6161 40,240.2 68,068.0 55 frischfresh gegossenpoured 37,337.3 72,772.7 88th frisch gefresh ge gossen undpoured and 24 Std. bei24 hours at 980°C ge980 ° C ge haltenkeep 33,533.5 74,674.6 7,97.9 frisch gefresh ge gossen undpoured and 16 Std. bei16 hours at 815 C ge815 C ge haltenkeep 14,314.3 19,519.5 3838 frischfresh gegossenpoured 16,316.3 19,119.1 3636 frisch gefresh ge gossen undpoured and - *-■- - * - ■ - 24 Std. bei24 hours at 980°C ge980 ° C ge haltenkeep

* angelassen, wenn nichts anderes festgestellt* left on unless otherwise noted

409829/0736409829/0736

Die in Tabelle II aufgeführten Versuchsergebnisse belegen, daß die Legierungen 7» 9 und 10 alle verbesserte Festigkeit bei mittleren Temperaturen im Vergleich zur handelsüblichen Legierung HAYNES Nr. 188 aufweisen, welche zum Vergleich eine 0,2 ^-Zugfestigkeit von ungefähr 26,7 kp/mm2, eine Heißfestigkeit von 42,9 kp/mm und eine Bruchdehnung von 69 % aufweist. Die entsprechenden Angaben für die Reißfestigkeiten der Legierung belegen, daß dann, wenn das kritische Tantal-Wolfram-Verhältnis von ungefähr 2 : 1 nicht eingehalten wird, die Verfestigung der Legierung minimal ist; die Legierung 5 enthält 7,81 Gew.-^ Tantal und 9,31 Gew.-% Wolfram.The test results listed in Table II show that the alloys 7 »9 and 10 all have improved strength at medium temperatures compared to the commercial alloy HAYNES No. 188, which for comparison has a 0.2 ^ tensile strength of approximately 26.7 kp / mm 2 , a hot strength of 42.9 kp / mm and an elongation at break of 69 % . The corresponding data for the tensile strengths of the alloy show that if the critical tantalum-tungsten ratio of approximately 2: 1 is not adhered to, the hardening of the alloy is minimal; the alloy contains 7.81 5 wt .- ^ tantalum and 9.31 wt -.% tungsten.

Hierbei ist bemerkenswert, daß die Legierungen 9 und 10 bei 8700C eine höhere Zugfestigkeit aufweisen, als bei Raumtemperatur. Dies wird als eine Folge der Ausscheidungsreaktion angesehen, welche während der 30 bis 60 Minuten dauernden Stabilisierung bei den entsprechenden Temperaturen vor der Reißfestigkeits-Bestimmung eintritt. Ein weiterer Beweis dafür, daß bei der erfindungsgemäßen Legierung eine Ausscheidungsreaktion eintritt, besteht darin, daß diese Legierung nach einer Alterung von 9 bis l6 Stunden bei 81O°G mehr als die doppelte Zugfestigkeit bei Raumtemperatur aufweist, als ohne Alterungsbehandlung.It is noteworthy here that alloys 9 and 10 have a higher tensile strength at 870 ° C. than at room temperature. This is considered to be a consequence of the precipitation reaction which occurs during the 30 to 60 minute stabilization at the corresponding temperatures prior to the determination of the tensile strength. Further evidence that a precipitation reaction occurs in the alloy according to the invention is that this alloy, after aging for 9 to 16 hours at 80 ° G, has more than twice the tensile strength at room temperature than without aging treatment.

Legierungen, welche den erfindungsgemäßen Legierungen entsprechen, deren Kohlenstoffgehalt jedoch über 0,3 Gew.-% liegt (wie etwa die Legierung 24t), werden offensichtlich nicht auf die gleiche Weise verfestigt wie die erfindungsgemäßen Legierungen. Alloys which correspond to the alloys according to the invention, however, their carbon content is above 0.3% by weight (such as the alloy 24t), will obviously not appear solidified in the same way as the alloys of the invention.

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Die Legierung 24 wurde beispielsweise 24 Stunden lang bei 980 C gealtert und daraufhin bei Raumtemperatur untersucht, wobei keine deutliche Zunahme der Festigkeit gegenüber einem ähnlichen Prüfbarren in frisch gegossenem Zustand festgestellt werden konnte.Alloy 24, for example, was aged for 24 hours at 980 C and then examined at room temperature, no significant increase in strength compared to a similar test bar in the freshly cast state was found could be.

Eine andere Probe aus der Legierung 24 wurde 16 Stunden lang bei 815°C gealtert und anschließend bei Raumtemperatur untersucht, wobei ebenfalls keine merkliche Verbesserung der Festigkeit zu beobachten war (siehe Tabelle II).Another sample made from alloy 24 was aged for 16 hours at 815 ° C and then examined at room temperature. no noticeable improvement in strength was also observed (see Table II).

Obwohl alle Legierungen 5» 7, 9 und iO bei mittleren Temperaturen verbesserte Zug- bzw. Reißfestigkeiten zeigten, weisen lediglich die Legierungen 9 und 10 außerordentlich gute, über einen längeren Zeitraum beständige Festigkeiten auf, wie das bei Bruch-Dehnungs-Beanspruchungen über einen längeren Zeitraum festgestellt wurde. In der folgenden Tabelle III sind die Versuchseigenschaften der Bruch-Dehnungs-Eigenschaften der Legierungen aufgeführt. Die Versuchsergebnisse und die graphische Darstellung in Figur belegen eindeutig die verbesserten Bruch-Dehnungs-Eigenschaften.Although all alloys 5 »7, 9 and OK at medium temperatures showed improved tensile and tear strengths, only alloys 9 and 10 show exceptionally good ones Stable strengths for a longer period of time, as is the case with breaking-elongation stresses over a longer period of time was established. In the following Table III are the test properties of the elongation at break of the alloys listed. The test results and the graphic representation in the figure clearly demonstrate the improved Break-elongation properties.

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Tabelle III Dauerstandsfestigkeit bei verschiedenen Temperaturen* Table III Fatigue strength at different temperatures *

Temperatur Zugspannung Lebensdauer gesamte Dehnung Legierung C kp/mm2 _._ Stunden "*Temperature tensile stress service life total elongation alloy C kp / mm 2 _._ hours "*

OO 00OO 00
H H- H H-
VJlUlVJlUl
17,5
17,5
17.5
17.5
81,8
91,7
81.8
91.7
10
8.
10
8th.
930
930
930
930
9,1
9,1
9.1
9.1
12,6
13,4
12.6
13.4
27
26
27
26th
1040
1040
1040
1040
3,2
3,2
3.2
3.2
27,9
26,4
27.9
26.4
17
18
17th
18th
00 00 0000 00 00
H-H-H-H-H-H-
UlUIUlUlUIUl
17,5
17,5
28,1
17.5
17.5
28.1
27,6
■ 28,5
4,1
27.6
■ 28.5
4.1
12
29
9
angelassen und
16 Std. bei
815 C gehalten
12th
29
9
left on and
16 hours at
Held at 815 C.
930
930
930
930
9,1
9,1
9.1
9.1
9
15,7
9
15.7
32
14
32
14th
1040
1040
1040
1040
3,2
3,2
3.2
3.2
10,5
11,3
10.5
11.3
27
23
27
23
00 00 0000 00 00
H-H-H-H-H-H-
UlUlUlUlUlUl
17,5
17,5
28,1
17.5
17.5
28.1
654,0
626,2
47,6
654.0
626.2
47.6
11
8
28
angelassen und
16 std. bei
815 C gehalten
11
8th
28
left on and
16 hours at
Held at 815 C.
930
930
930
930
9,1
9,1
9.1
9.1
74,8
51,1
74.8
51.1
4
6
4th
6th
1040
1040
1040
1040
3,2
3,2
3.2
3.2
25,3
17,9
25.3
17.9
12
9
12th
9

4098 29/07 364098 29/07 36

Legierungalloy

Temperatur Zugspannung Lebensdauer gesamte Dehnung C kp/mm2 Stunden % Temperature tensile stress service life total elongation C kp / mm 2 hours %

OO 00OO 00
H- H-H- H-
VJlVJlVJlVJl
17,5
17,5
17.5
17.5
229,3
231,8
229.3
231.8
930
930
930
930
9,1
9,1
9.1
9.1
26,7
23,6
26.7
23.6
1040
1040
1040
1040
3,2
3,2
3.2
3.2
12,8
15,4
12.8
15.4

815 17,5 229,3 8815 17.5 229.3 8

29
24
29
24

* Die Proben bestanden aus angelassenen, 1,27 mm dicken Blechen, wenn nichts anderes festgestellt.* The samples consisted of tempered, 1.27 mm thick sheets, unless otherwise stated.

409829/0736409829/0736

236504236504

Ein Vergleich der an den Legierungen 9 und 10 festgestellten Versuchsergebnisse liefert ein gutes Beispiel für die schädlichen Auswirkungen von Molybdän auf die Festigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen. Die Legierungen 9 und 10 wurden aus der gleichen Schmelze hergestellt, zur gleichen Zeit geschmiedet, zur gleichen Zeit ausgewalzt und auch anderweitig identisch bearbeitet. Der einzige merkliche Unterschied bestand darin, daß nach dem Ausgießen der Blöcke für die Legierung 9 der verbleibenden Schmelze Molybdän zugesetzt wurde, um die Zusammensetzung zu modifizieren. Es wurden auch 18 g Lanthan und 30 g einer Magnesium-Nickel-Legierung (20 % Magnesium, 80 % Nickel) zugesetzt, um den Verlust an Lanthan und Magnesium auszugleichen, der beim Einschmelzen des nachträglich zugegebenen Molybdäns auftrat.A comparison of the test results found on alloys 9 and 10 provides a good example of the harmful effects of molybdenum on the strength of the alloys according to the invention. Alloys 9 and 10 were produced from the same melt, forged at the same time, rolled out at the same time and otherwise processed identically in other ways. The only noticeable difference was that after the ingots for alloy 9 had been poured out, molybdenum was added to the remaining melt in order to modify the composition. 18 g of lanthanum and 30 g of a magnesium-nickel alloy (20 % magnesium, 80 % nickel) were also added to compensate for the loss of lanthanum and magnesium that occurred when the subsequently added molybdenum was melted down.

Die für die Legierungen 9 und 10 ermittelten Versuchsergebnisse belegen, daß die Legierung 10 mit k,Qk Gew.-% Molybdän nur angenähert die halbe Bruchbeanspruchung wie Legierung 9 aushält, welche Molybdän lediglich im Bereich der Verunreinigungen, nämlich 0,,42 Gew.-^ enthält.The test results determined for alloys 9 and 10 show that alloy 10 with k, Qk wt. ^ contains.

Die aufgeführten Versuchsergebnisse belegen eindeutig, daß die vorliegende Erfindung zu überlegenen Kobaltlegierungen führt, wobei dem gegenseitigen Gehalt von Tantal und Wolfram besondere Bedeutung zukommt, und die Gehalte an Molybdän und Kohlenstoff sorgfältig unter gewissen kritischen Grenzen gehalten werden müssen.The test results shown clearly show that the present invention is superior to cobalt alloys leads, with the mutual content of tantalum and tungsten being of particular importance, and the contents of molybdenum and Carbon must be carefully kept below certain critical limits.

409829/0736409829/0736

Die erfindungsgemäßen Kobaltlegierungen können zur Herstellung von Gegenständen eingesetzt werden, welche bei hohen Temperaturen von 870 C und darüber hinaus, ja bis zu 1090 C, ausgezeichnete Festigkeit, gegebenenfalls auch in oxydierender Umgebung, aufweisen müssen. Hierzu gehören etwa Triebwerksteile an Strahltriebwerken oder Itaketenmotoren.The cobalt alloys according to the invention can be used for production of objects which are excellent at high temperatures of 870 C and beyond, even up to 1090 C. Have strength, possibly also in an oxidizing environment have to. These include, for example, engine parts on jet engines or rocket engines.

409829/0736409829/0736

Claims (1)

- 18 Patentansprüche - 18 claims 1. Durch Ausscheidung verfestigte Legierung, welche im wesentlichen aus 5 bis 20 Gew.-% Tantal, 2 bis 15 Gew.-% Wolfram, bis zu 30 Gev.-fo Chrom, O bis 10 Gew.-$ Eisen, O bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, 0 bis 30 Gev.-fo Nickel, 0 bis 1 Gew.-# Silizium, 0 bis 0,2 Gew.-fa Yttrium, 0 bis 0,2 Gew.-% Lanthan, 0 bis Gew.-fo Mangan, Rest Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei das Verhältnis von Tantal zu Wolfram, ausgedrückt in Gew.—%, zwischen 1,5 und 2,5 ί 1 liegt, und der Molybdängehalt weniger als 1 % beträgt. 1. solidified by precipitation alloy, which consists essentially of 5 to 20 wt .-% of tantalum, 2 to 15 wt .-% tungsten, up to 30 Gev.-fo chromium, O to 10 wt .- $ iron, O to 0 , 3 wt .-% carbon, 0 to 30 Gev.-fo nickel, 0 to 1 wt .- # silicon, 0 to 0.2 part by weight fa yttrium, 0 to 0.2 wt .-% lanthanum, 0 to % By weight of manganese, the remainder being cobalt with incidental, production-related impurities, the ratio of tantalum to tungsten, expressed in % by weight, being between 1.5 and 2.5 1, and the molybdenum content being less than 1% . 2. Legierung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 5 bis Gew.-# Tantal, 2 bis 15 Gew.-fo Wolfram, 15 bis 30 Gew.-# Chrom, 0 bis 10 Gew.-% Sisen, 0 bis 2 Gew.-% Mangan, 0 bis 0,2 Gew.-$ Lanthan, 0 bis 0,2 Gew.-% Yttrium, 0 bis i Gew.-% Silizium, 0 bis 0,2 Gev.-fo Kohlenstoff, 8 bis 30 Gew.-% Nickel, Rest Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei das Verhältnis2. Alloy according to claim 1, consisting essentially of 5 to wt .-% tantalum, 2 to 15 wt .-% tungsten, 15 to 30 wt .-% chromium, 0 to 10 wt .-% iron, 0 to 2 wt .-% manganese, 0 to 0.2 wt .- $ lanthanum, 0 to 0.2 wt .-% yttrium, 0 to i wt .-% silicon, 0 to 0.2 Gev.-fo carbon, 8 to 30 Wt .-% nickel, the remainder cobalt with incidental, production-related impurities, the ratio von Tantal zu Wolfram, ausgedrückt in Gew.-%, ungefähr zwischen 1,5 und 2,5 : 1 liegt, und der Molybdängehalt weniger als 1 % beträgt.from tantalum to tungsten, expressed in weight percent, is approximately between 1.5 and 2.5: 1 and the molybdenum content is less than 1 % . 3. Legierung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 5 bis 18 Gew.-% Tantal, 2 bis 12 Gew.-# Wolfram, 15 bis 30 Gew.-% Chrom, 8 bis 30 Gew.-$ Nickel, 0 bis iO Gew.-% Eisen, 0 bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 0 bis 1 Gew.-% Silizium, 0 bis 0,2 Gew.-^ Lanthan, 0 bis 0,2 Gew.-^ Yttrium, 0 bis 2 Gew.—% Mangan, Rest Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht.3. Alloy according to claim 1, which consists essentially of 5 to 18 wt .-% tantalum, 2 to 12 wt .-% tungsten, 15 to 30 wt .-% chromium, 8 to 30 wt .-% nickel, 0 to iO wt -.% iron, 0 to 0.2 wt .-% carbon, 0 to 1 wt .-% of silicon, 0 to 0.2 wt .- ^ lanthanum, 0 to 0.2 wt .- ^ yttrium, 0 to 2% by weight manganese, the remainder cobalt with incidental, production-related impurities. 409829/0736409829/0736 4. Legierung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 5 his Gew.-# Tantal, 2 bis 8 Gew.-% Wolfram, 15 bis 30 Gew.-% Chrom, 15 bis 30 Gew.-% Nickel, 0,005 bis 0,2 Gew.-^ Lanthan, 4. Alloy according to claim 1, consisting essentially of 5 his wt .- # tantalum, 2 to 8 wt .-% tungsten, 15 to 30 wt .-% chromium, 15 to 30 wt .-% nickel, 0.005 to 0, 2 wt .- ^ lanthanum, 0 bis iO Gew.-% Eisen, 0 bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 0 bis0 to iO wt -.% Iron, 0 to 0.2 wt -.% Carbon, 0 to 1 Gev,-% Silizium, O bis 2 Gew,-$ Mangan, Rest Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei das Verhältnis Tantal zu Wolfram zwischen ungefähr 1,5 bis 2,5 : 1 liegt, und der Molybdängehalt weniger als1 % by weight silicon, 0 to 2% by weight manganese, the remainder cobalt with incidental, production-related impurities, the ratio of tantalum to tungsten being between approximately 1.5 to 2.5: 1 and the molybdenum content less than i % beträgt.i % . 5· Legierung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 8 bis Gev.-# Tantal, 3 bis 6 Gew.-% Wolfram, 20 bis 2h Gew.-# Chrom, 15 bis 25 Gew.-% Nickel, 0,005 bis 0,15 Gew.-% Lanthan, 0 bis 2 Gewo-% Eisen, 0 bis 0,15 Gew.-# Kohlenstoff, 0 bis 0,5 Gew.-% Silizium, 0 bis 1 Gew.-% Mangan, Rest Kobalt mit zufälligen, herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei das Verhältnis von Tantal zu Wolfram zwischen ungefähr 1,5 bis 2,5 : 1 liegt, und der Molybdängehalt weniger als 0,5 % beträgt.5. Alloy according to claim 1, consisting essentially of 8 to Gev .- # tantalum, 3 to 6 wt .-% tungsten, 20 to 2h wt .- # chromium, 15 to 25 wt .-% nickel, 0.005 to 0, 15 wt .-% lanthanum, 0 to 2 wt o -% iron, 0 to 0.15 wt .- # carbon, 0 to 0.5 wt .-% silicon, 0 to 1 wt -.% manganese, the balance cobalt, with incidental, production-related impurities, the ratio of tantalum to tungsten being between approximately 1.5 to 2.5: 1, and the molybdenum content being less than 0.5 % . 6. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Tantal zu Wolfram wie ungefähr 2:1, 6. Alloy according to claim 1, characterized by a ratio of tantalum to tungsten such as approximately 2: 1, 409829/0736409829/0736 LeerseiteBlank page
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