DE1068023B

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Publication number: DE1068023B
Application number: DENDAT1068023D
Authority: DE
Publication date: 1959-10-29

Description

Legierung des Nickel-Chrom-Typs 1 Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen des Nickel-Chrom-Typs, welche sich besonders gut für die Verwendung als elektrisches Widerstandsmaterial bei hohen Temperaturen eignen.
Widerstandsmaterialien des erwähnten Typs lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen: 1. Legierungen sehr geringen Eisengehalts, worin Eisen nur als Verunreinigung vorkommt, der Chromgehalt etwa 201110 beträgt und der Restgehalt hauptsächlich aus Nickel besteht.
2. Legierungen mit einem Eisengehalt von etwa 20°/o und einem Chromgehalt von etwa 15 °/o, wobei der Restgehalt hauptsächlich aus Nickel besteht.
3. Legierungen mit einem Eisengehalt von etwa 45 0/0 und einem Chromgehalt von etwa 20°/o, wobei der Restgehalt hauptsächlich aus Nickel besteht.
Die im folgenden näher zu erläuternde Erfindung ist für jede der drei obigen Legierungsgruppen verwendbar.
Auf die Verbeserung von Widerstandsmaterialien des Nickel-Chrom-Typs ist bisher schon eine große Anzahl von Patenten erteilt worden. Diese Patente zielen darauf ab, durch Zusätze verschiedener Elemente die Lebensdauer der Legierungen, die nach den von der »American Society for Testing Materials (ASTM) « in der Publikation »Accelerated Life Test for Metallic Materials«, B. 76-39, angegebenen Normen bestimmt wird, zu verbessern. Die älteren Patente gründen sich zum Teil auf den Zusatz von Zirkonium und einer Kombination aus Zirkonium und anderen Elementen, wie Calcium, Aluminium USW., und zum Teil auf den Zusatz von seltenen Erden, welche auch mit anderen Elementen kombiniert werden können. So gibt die britische Patentschrift 451601 nur den Zusatz von seltenen Erdmetallen an. Die britische Patentschrift 488 926 behandelt den Zusatz von seltenen Erdmetallen in Kombination mit Calcium, und die USA.-Patentschrift 2 687 956 gibt Zusätze von seltenen Erdmetallen in Kombination mit Calcium und Aluminium an.
Bei den eigenen Versuchen des Erfinders, Widerstandsmaterialien des Nickel-Chrom-Typs durch Zusatz seltener Erdmetalle zu verbessern, hat es sich gezeigt, daß dieser Zusatz die Bildung eines dichteren und anhaftenderen Oxyds verursacht. Diese Verbesserung des Oxyds geht mit einer beträchtlichen Verlängerung der nach den erwähnten ASTM-Normen bestimmten Lebensdauer einher. Es ist jedoch festgestellt worden, daß Legierungen des Nickel-Chrom-Typs mit einem Zusatz von seltenen Erdmetallen bei hohen Temperaturen eine größere Neigung zur Oxydation längs der Korngrenzen aufweisen, als Legierungen ohne diesen Zusatz. Diese Erscheinung ist am ausgeprägtesten bei Legierungen geringen Eisengehalts, kommt aber auch bei Legierungen höherer Eisengehalte vor. Es ist aber zu beachten, daß eine solche Korngrenzenoxydation in größerem Umfang erst bei höheren Temperaturen eintritt, als die bei der Lebensdauerprüfung nach ASTM normalerweise verwendeten. So werden z. B. die eisenfreien Nickel-Chrom-Legierungen bei 1175°C geprüft, während der Erfinder erst bei Temperaturen über 1200° C die erhöhte Neigung zur Oxydation längs der Korngrenzen beobachten konnte.
Diese Korngrenzenoxydation verursacht eine Verminderung der Anwendbarkeit des Materials als Widerstandslegierung, zum Teil, weil die Oxydation eine Veränderung des elektrischen Widerstandes der Legierung bedingt, und zum Teil deshalb, weil die Korngrenzenoxydation eine Zunahme des Volumens und dadurch eine Dimensionsveränderung des Materials mit sich bringt. Falls die Möglichkeit bestände, die Neigung zur Korngrenzenoxydation herabzusetzen, würde man daher die Qualität besonders dadurch wesentlich verbessern können, daß eine Erhöhung der maximalen Arbeitstemperatur möglich sein würde.
Eigene Versuche haben zur Erkenntnis geführt, daß ein Zusatz von Bor sich als sehr günstig und auf die Neigung zur Korngrenzenoxydation stark herabsetzend auswirkt. Da das zugesetzte Bor sich zum Teil verflüchtigt und zum Teil mit anderen Bestandteilen der Schmelze reagiert, muß die zugesetzte Bormenge wesentlich größer sein als die Bormenge, die dann in der fertig hergestellten Legierung zu finden ist. Es hat sich gezeigt, daß der Borzusatz, auch wenn nach diesem nur Spuren von Bor in der fertigen Legierung zu finden sind, eine merkbare Verbesserung der Beständigkeit der Legierung gegen Korngrenzenoxydation herbeigeführt hat. Der Gehalt an Bor in der fertigen Legierung darf nicht allzu groß sein, denn dies könnte die Lebensdauer der Legierung herabsetzen. Es wird also für unzweckmäßig gehalten, einen restlichen Borgehalt höher als etwa 0,02°/o zuzulassen.
Es ist bereits bekannt. bei Legierungen auf der Grundlage von Nickel und Chrom oder Nickel, Eisen und Chrom, welche für elektrische Widerstände bestimmt sind, geringe Mengen Bor zuzusetzen. Der Zusatz dieser Bormengen soll dort zwischen 0,0'3 und 0,14% Bor liegen und kann gegebenenfalls bis zu 2% Bor betragen. Diese Bormengen sind erheblich höher als die, welche gemäß der vorliegenden Erfindung Anwendung finden. Dabei haben diese Bormengen bei den bekannten Legierungen den Zweck, die Warmverformbarkeit der Werkstücke aus Nickel und Chrom gegebenenfalls aus Nickel, Chrom und Eisen zu verbessern, ohne daß diese Massen einen Cer-Gehalt aufweisen, wie er gemäß der Erfindung vorgesehen ist.
Die der Legierung zugesetzte Menge an seltenen Erdmetallen kann in Form von sogenanntem Mischmetall vorliegen, welches ungefähr wie folgt zusammengesetzt ist: 50 bis 55% Cer, 22 bis 25% Lanthan. 15 bis 17% Neodym und 8 bis 10% andere seltene Erdmetalle. Es können aber ebenso andere Legierungen aus seltenen Erdmetallen oder auch reine seltene Erdmetalle sowie auch Oxyde derselben zusammen mit einem die Oxyde in die metallische Form überführenden Reduktionsmittel Verwendung finden.
Als ein weiteres Legierungselement wird Silicium in Gehalten von 0,2 bis 2% verwendet.
Bei der Herstellung von Widerstandslegierungen des Nickel-Chrom-Typs ist es zweckmäßig, für die Desoxydierung und Entgasung der Legierung Metalle wie Mangan, Aluminium, Zirkonium, Magnesium und Calcium sowie für die Kohlestabilisierung Metalle wie Yanadin, Titan, Niob und Tantal zuzusetzen. Ferner ist ein gewisser Gehalt an Kobalt als Verunreinigung des Nickels vorhanden. Der im folgenden benutzte Ausdruck »der Rest Nickel« oder »als Rest Nickel« schließt das Vorhandensein der obenerwähnten Metalle einzeln oder in Kombinationen in Gehalten von Bruchteilen eines Prozentes ein.
Beispiele für die Zusammensetzung von Legierungen gemäß der Erfindung sind: 1. 15 bis 30% Chrom, 0,2 bis 2% Silicium, 0,01 bis 0,5'°/o seltene Erdmetalle, Spuren bis 0,02% Bor und der Rest Nickel.
2. 10 bis 25% Chrom, 15 bis 30% Eisen, 0,2 bis 2% Silicium, 0,01 bis 0,5% seltene Erdmetalle, Spuren bis 0,02% Bor und der Rest Nickel.
3. 10 bis 2501o Chrom, 40 bis 60% Eisen, 0,2 bis 2% Silicium, 0,01 bis 0,51/o seltene Erdmetalle, Spuren bis 0,02% Bor und der Rest Nickel. Um die Bedeutung des Borzusatzes näher zu erläutern, werden nachstehend einige Ergebnisse der ausgeführten Untersuchungen mitgeteilt. Das zu untersuchende Material wurde zu 0,3 mm dicken und 10 mm breiten Bändern ausgewalzt. Aus diesen Bändern wurden 35 mm lange Probestücke abgeschnitten und in einem elektrischen Ofen bis auf eine Temperatur von 1210° C erhitzt. Dabei wurden die Probestücke periodisch 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und dazwischen 1i/2 Stunden der Abkühlung überlassen. Bei jedem dritten Arbeitsgang wurde aber eine längere Dauer gewählt, derart, daß die Probestücke 151/2 Stunden bei der hohen Temperatur gehalten wurden, wonach eine Abkühlungszeit von 11/2 Stunden folgte. Die Gesamtzeit, während welcher die Probestücke bei der hohen Temperatur gehalten wurden, betrug 425 Stunden. Als ein Maß für die Korngrenzenoxydation kann die Verlängerung der Probestücke nach der eben beschriebenen Behandlung benutzt werden.
Die folgenden Ergehnisse wurden erhalten: Legierung I 19,5'°/o Chrom, 1,5°/o Silicium, 0,07% Cer und der Rest Nickel.
Verlängerung nach der Prüfung: 10,3%. Legierung II: 19,5'% Chrom, 1,5% Silicium, 0,07% Cer, 0,002% Bor und der Rest Nickel. Verlängerung nach der Prüfung: 2%.
In den beiden obigen Legierungen wurde als Desoxydationsmittel Aluminium verwendet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Nickel-Chrom-Legierung mit oder ohne Eisen, bestehend aus 10 bis 30% Chrom, 0 bis 60'°/o Eisen, 0,2 bis 2'% Silicium, 0,01 bis 0,5% seltenen Erdmetallen, Rest Nickel, dadurch gekennzeichnet, daß sie im fertig hergestellten Zustand außerdem Spuren bis 0,020/a Bor enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 15 bis 300/a Chrom enthält und praktisch eisenfrei ist.
3. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Chromgehalt von 10 bis 25% und einen Eisengehalt von 15 bis 30%.
4. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Chromgehalt von 10 bis 25% und einen Eisengehalt von 40 bis 600/0.
5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihr in Gehalten von Bruchteilen eines Prozent eines oder mehrere der Metalle Mangan, Aluminium, Zirkonium, Magnesium, Calcium, Vanadin, Titan, Niob und Tantal zugesetzt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 191890; französische Patentschriften Nr. 932 273, 55 100; USA.-Patentschriften 2 104 835, 2 104 836, 2 289 640, 2 289 641.