DE1302780B

DE1302780B -

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Publication number: DE1302780B
Application number: DE19601302780D
Authority: DE
Priority date: 1960-09-15
Filing date: 1960-09-15
Publication date: 1970-11-12

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer aluminiumhaltigen Nickel-Chrom-Legierung, die aushärtbar ist und sich durch Warmfestigkeit auszeichnet, d. h. die verbesserte physikalische Eigenschaften bei hohen Temperaturen bis zu etwa 650° C besitzt.The invention relates to the use of an aluminum-containing nickel-chromium alloy which is curable and is characterized by heat resistance, d. H. the improved physical properties at high temperatures up to about 650 ° C.

Es sind bereits eine Fülle von aushärtbaren warmfesten Legierungen bekannt, die im wesentlichen Eisen und Nickel als Hauptlegierungsbildner aufweisen. Unter den bekannten Legierungen dieser Art wird solchen Legierungen der Vorzug eingeräumt, die weniger als 30% Chrom als zusätzlichen Legierungsbildner enthalten, obwohl auch mehr als 30% Chrom enthaltende Legierungen bekannt sind.A large number of heat-resistant alloys which can be age-hardened are already known, the majority of which are iron and nickel as the main alloy former. Among the known alloys of this type is given preference to those alloys which contain less than 30% chromium as an additional alloy former, although also more than 30% chromium containing alloys are known.

Zur Verbesserung vei schiedener physikalischer Eigenschaften, beispielsweise der Härte, und zur Erhöhung der Streckgrenze ist es darüber hinaus bekannt, zusätzliche Legierungskomponenten, wie Wolfram, Molybdän, Aluminium, Titan, Silicium, Zirkonium od. dgl., in geringen Anteilen in der Größenordnung von einigen Gewichtsprozent zu verwenden. Werden Nickel und Chrom enthaltende Legierungen verwendet, dann werden diese Legierungen in der Regel derart zusammengesetzt, daß ein Komponentenverhältnis zwischen Nickel und Chrom von etwa 2: 1 oder mehr erreicht wird. Darüber hinaus ist es bekannt, daß durch spezielle Auslagerungsbehandlungen verschiedene Phasenzustände in derartigen Legierungen, darunter in aluminiumhaltigen Nickel-Chrom-Legierungen, eingestellt werden können und daß beispielsweise eine Legierung, bestehend aus 52,5 Atomprozent Nickel, 37,5 Atomprozent Chrom und 10 Atomprozent Aluminium, das entspricht etwa 57,8 Gewichtsprozent Nickel, 36,8 Gewichtsprozent Chrom und 5,2 Gewichtsprozent Aluminium, ein Mischkristallgefüge mit kubisch-raumzentrierten a- und mit y-Phasen ergibt. Obwohl auf diesem Legierungsgebiet seit Jahrzehnten nach warmfesten aushärtbaren Legierungen gesucht wurde, die sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit und gute spanlose Verarbeitbarkeit auszeichnen, gelang es noch nicht, eine diesen Forderungen voll entsprechende Legierung zu finden, da die Vielzahl der beeinflussenden Parameter beispielsweise der Zusammensetzung, die Lösung dieses Problems sehr erschwerte. To improve various physical properties, such as hardness, and to increase the yield strength, it is also known to add additional alloy components, such as tungsten, molybdenum, aluminum, titanium, silicon, zirconium or the like, in small proportions of the order of a few Weight percent to be used. If alloys containing nickel and chromium are used, these alloys are generally composed in such a way that a component ratio between nickel and chromium of about 2: 1 or more is achieved. In addition, it is known that special aging treatments can be used to set different phase states in such alloys, including aluminum-containing nickel-chromium alloys, and that, for example, an alloy consisting of 52.5 atomic percent nickel, 37.5 atomic percent chromium and 10 atomic percent Aluminum, which corresponds to about 57.8 percent by weight of nickel, 36.8 percent by weight of chromium and 5.2 percent by weight of aluminum, results in a mixed crystal structure with body-centered cubic a- and y-phases. Although for decades there has been a search for heat-resistant, hardenable alloys in this field of alloys, which are characterized by high corrosion resistance and good non-cutting processability, it has not yet been possible to find an alloy that fully meets these requirements, as the large number of influencing parameters, for example the composition, is the solution made this problem very difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine leicht warmbearbeitbare Legierung auf der Basis einer aluminiumhaltigen Nickellegierung mit hohem Chromgehalt zu schaffen, die für Lager, Zahnräder, Warmpreßmatrizen und ähnlichen Teilen verwendet werden, die im Betrieb hohen Temperaturen bis zu etwa 650° C ausgesetzt sind.It is an object of the invention to provide an alloy that can be easily hot-worked in a simple manner based on an aluminum-containing nickel alloy with a high chromium content, the are used for bearings, gears, hot press dies and similar parts that are high in operation Exposed to temperatures up to about 650 ° C.

Die Erfindung besteht darin, daß für diesen Zweck eine solche Legierung verwendet wird, die 30 bis 40 Gewichtsprozent Chrom, 3 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium und der Rest im wesentlichen Nickel bei einem Nickel-Chrom-Verhältnis zwischen 1,3 : 1 und 1,75: 1 sowie einen Mindestanteil von Nickel und Chrom gemeinsam von 90 Gewichtsprozent aufweist.The invention consists in using an alloy of 30 to 40 percent by weight for this purpose Chromium, 3 to 5 weight percent aluminum and the remainder essentially nickel in one Nickel-chromium ratio between 1.3: 1 and 1.75: 1 and a minimum proportion of nickel and chromium together of 90 percent by weight.

Es hat sich gezeigt, daß diese Legierung eines relativ begrenzten Zusammensetzungsbereiches die oben genannte Aufgabe auf einfache Weise löst und durch einfache Maßnahmen eine sehr gute Ausscheidungshärtung einer solchen Legierung erreichbar ist.It has been found that this alloy has a relatively limited range of compositions than the above This problem solves in a simple manner and by simple measures a very good precipitation hardening such an alloy is achievable.

Besonders günstige Ergebnisse bezüglich der Warmbearbeitbarkeit, beispielsweise der Schmiedbarkeit, und der Härte bei hohen Temperaturen bietet eine erfindungsgemäß zu verwendende Legierung, die eine feste y-Nickel-Lösung aufweist, die α-Chrom und eineParticularly favorable results in terms of hot workability, e.g. forgeability, and the hardness at high temperatures, an alloy to be used according to the invention offers a has solid y-nickel solution, the α-chromium and a

fiachenzentriertc y-Grundphase ähnlich, derjenigen von Ni₃Al enthält.ground-centered y base phase similar to that of Ni ₃ Al.

Um erfindungsgemäß zu verwendende Nickellegierungen zweckmäßig auszuhärten, wird die Legierung einer Lösungsglühtemperatur von mindestens 1066°C so lange unterworfen, bis eine wesentliche Lösung der vorhandenen Phasen erreicht ist, und wird die Legierung danach im Temperaturbereich zwischen 538 und 871 °C, insbesondere bei 760° C, zur Ausscheidungshärtung ausgelagert und daraufhin abgekühlt. Die Lösungsglühtemperatur beträgt insbesondere 1121 bis 1232° CIn order to expediently harden nickel alloys to be used according to the invention, the alloy is subjected to a solution heat treatment temperature of at least 1066 ° C until a substantial Solution of the existing phases is reached, and the alloy is then in the temperature range between 538 and 871 ° C, especially at 760 ° C, aged for precipitation hardening and then cooled. The solution annealing temperature is in particular 1121 to 1232 ° C

Derartige erfindungsgemäß zusammengesetzte und gealterte Nickellegierungen weisen eine hohe Festigkeit bis zu hohen Temperaturen von etwa 982° C auf. Um bestimmte zusätzliche Aufgaben zu lösen, ist es möglich, im Rahmen des durch den Patentanspruch gegebenen Inhalts bereits von maximal 7% der Legierung noch andere Zusätze, beispielsweise Eisen, Kobalt, Molybdän, Silicium, Titan, Niob, Tantal, Mangan, Zinn, Kohlenstoff, Stickstoff und gewisse Desoxydationsmittel, wie Bor, Magnesium, Cer, Zirkonium od. dgl., zuzugeben. Kohlenstoff und Stickstoff können einzeln oder gemeinsam in Mengen bis zu etwa 0,4 % vorhanden sein. Bor kann in kleinen Mengen bis zu etwa 0,1 % Calcium oder Magnesium können in Mengen bis zu etwa 0,2 % und Elemente der seltenen Erden in Mengen bis zu etwa 0,2% zugesetzt werden. Zirkonium wird, falls erforderlich, in einem Bereich zwischen etwa 0,002 und 0,3 % angewendet. Die obengenannte Legierung kann innerhalb eines niedrigen Auslagerungs-Temperatur-Bereichs rasch auf die Auslagerungsbehandlung ansprechen und zu sehr hohen Härtegraden führen. Derartige Legierungen werden besonders in Lagern und Zahnrädern, die bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, verwendet und für hohe Korrosionsbeanspruchungen in niedrigeren Temperaturbereichen benutzt. Sie widerstehen im ausgehärteten Zustand dem Erweichen bis zu Temperaturen von etwa 650° CSuch aged nickel alloys composed according to the invention have high strength up to high temperatures of about 982 ° C. To solve certain additional tasks, it is possible, within the scope of the content given by the claim, of a maximum of 7% of the Alloy and other additives, for example iron, cobalt, molybdenum, silicon, titanium, niobium, tantalum, Manganese, tin, carbon, nitrogen and certain deoxidizing agents such as boron, magnesium, cerium, Zirconium or the like. To add. Carbon and nitrogen can be used individually or together in amounts up to about 0.4%. Boron can be in small amounts up to about 0.1% calcium or magnesium can be used in amounts up to about 0.2% and rare earth elements in amounts up to about 0.2% can be added. Zirconium is applied in a range between about 0.002 and 0.3%, if necessary. The above alloy can be used within a low aging temperature range respond quickly to the aging treatment and lead to very high degrees of hardness. Such alloys are especially used in bearings and gears that are operated at elevated temperatures, used and used for high corrosion stresses in lower temperature ranges. she When cured, they resist softening up to temperatures of around 650 ° C

Im folgenden werden einige Beispiele für die Legierung sowie das Verfahren zur Aushärtung derselben angegeben.The following are some examples of the alloy and the method of age hardening the same specified.

Die Legierungen reagieren schnell auf Auslagern und widerstehen im gehärteten Zustand dem Erweichen bei erhöhten Temperaturen bis herauf zu 649° C. Die Legierung weist dabei mehr als 3 Gewichtsprozent Aluminium, bei einer Summe aus Nickel und Chrom von wenigstens 90% der gesamten Legierung auf.The alloys react quickly to aging and resist softening in the hardened state at elevated temperatures up to 649 ° C. The alloy has more than 3 percent by weight Aluminum, with a sum of nickel and chromium of at least 90% of the total alloy.

Es wurde gefunden, daß eine Menge von 4% Aluminium besonders zur Herstellung einer Legierung geeignet ist, die rasch auf Auslagern reagiert und doch in ausgelagertem Zustand warmbearbeitbar ist. Solche Legierungen sind z. B. in Tabelle I zusammengestellt. Tabelle IIt has been found that an amount of 4% aluminum is particularly useful in making an alloy that reacts quickly to outsourcing and yet can be hot-processed in the outsourced state. Such Alloys are e.g. B. compiled in Table I. Table I.

Legie
rung
Nr.Legie
tion
No. Cr
in
7»Cr
in
7 » Ni
in
/0Ni
in
/ 0 Al
in
^lVoAl
in
^l Vo andere
Metalleother
Metals Ni + Cr
in <· „Ni + Cr
in <· " Ni: CrNi: Cr 11 4040 5656 44th 9696 1,4 :11.4: 1 22 3838 5656 44th 2% Ti2% Ti 9494 1,47 : 11.47: 1 jj 4040 5454 44th 2% Si2% Si 9494 1,35:11.35: 1 44th 4040 5454 44th 2% Sn2% Sn 9494 1,35:11.35: 1 55 3535 5959 44th 2% Ti2% Ti 9494 1,69:11.69: 1 66th 3535 5555 33 2% Ti2% Ti 9090 1,57:11.57: 1 5% Mo5% Mon 77th 3535 5656 44th 5% Mo5% Mon 9191 1,6 :11.6: 1

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Eine Arbeitsweise zur Herstellung der oben beschriebenen Legierungen besteht in dem Zusammenschmelzen von Nickel und Chrom in einem Hochfrequenz-Induktionsofen an der Luft, vorzugsweise jedoch unter Schutz aus einem inerten Gas. Das Aluminium oder die anderen Elemente werden nach der üblichen Desoxydierungsbehandlung zugesetzt.One way of making the alloys described above is by melting them together of nickel and chromium in a high frequency induction furnace in air, but preferably under protection from an inert gas. The aluminum or the other elements are made according to the usual Deoxidation treatment added.

Die Oberfläche des entstehenden Gußblockes wird gereinigt, und er wird dann unter dem Hammer geschmiedet, preßgeschmiedet oder durch Fließpressen bei einer Höchsttemperatur von 1260°C warmbearbeitet. Da das Blockgefüge vergütet ist, ist es möglich, die Legierung bei fortschreitend niedrigeren Temperaturen zu bearbeiten, um die Korngröße zu verfeinern; jedoch sollte eine Bearbeitung nicht unterhalb von 871⁰C erfolgen, um ein Härten durch Auslagern zu vermeiden.The surface of the resulting ingot is cleaned, and it is then hammer-forged, press-forged or hot-worked by extrusion at a maximum temperature of 1260 ° C. Since the block structure is tempered, it is possible to process the alloy at progressively lower temperatures in order to refine the grain size; However, one should not be edited below 871 ⁰ C, a hardening to avoid by outsourcing.

Beispielsweise wurde Legierung Nr. 1, die als ein IO-Pfund-Block von 6,35 cm Kantenlänge und 12,7 cm Höhe gegossen worden war, bei einer Temperatur von 1260° C zu einem Stab von einer Kantenlänge von 2,54 cm warmgeschmiedet. Der Stab wurde dann bei einer Temperatur von 1232° C '/2 Stunde lang lösungsgeglüht, in Wasser abgeschreckt und dann kalt auf eine Kantenlänge von 1,27 cm ausgewalzt und erneut wie oben dem Lösungsglühen unterworfen.For example, Alloy No. 1, cast as a 10 pound ingot 6.35 cm on each side and 12.7 cm high, was hot forged at a temperature of 1260 ° C into a bar 2.54 cm on each side . The rod was then solution heat treated at a temperature of 1232 ° C. for 2 hours, quenched in water and then cold rolled to an edge length of 1.27 cm and subjected again to the solution heat treatment as above.

Zur Ermittlung der Ansprechbarkeit auf das Härten durch das künstliche Auslagern wurden Muster der verschiedenen Legierungen lösungsgeglüht und anschließend verschiedene Zeitspannen bei Temperaturen von 538 bis 871°C in etwa 38°C-IntervaIlen gehärtet. Das Lösungsglühen bestand in einem 2stündigen Erhitzen der Legierung auf 1232° C mit anschließendem Abschrecken in Wasser.Samples of the solution annealed to various alloys and then to various periods of time at temperatures Hardened from 538 to 871 ° C in approx. 38 ° C intervals. The solution heat treatment consisted of 2 hours The alloy is heated to 1232 ° C and then quenched in water.

Die Wasser-Härte der Legierungen, ausgedrückt in Rockwell »A«, lag im Bereich von 56 bis 68. Beim Auslagern bei 649° C näherte sich die Härte von etwa der Hälfte der Legierungen innerhalb ¹I₂ Stunde einem Wert von 80 Rockwell »A«. Nach 6 Stunden lag die Härte von im wesentlichen sämtlichen Legierungen im Bereich von 75 bis 81 Rockwell »A«.The water hardness of the alloys, expressed in Rockwell “A”, was in the range from 56 to 68. When aging at 649 ° C, the hardness of about half of the alloys approached a value of 80 Rockwell “A ^{within 1} _{1/2 hours} «. After 6 hours, the hardness of essentially all alloys ranged from 75 to 81 Rockwell "A".

Führt man das Auslagern bei 704° C durch, so erreichen fast sämtliche Legierungen innerhalb ¹Z₂ Stunde Rockwell »A«-Härten von 70 bis 82, und alle Legierungen errreichen innerhalb 6 bis 9 Stunden Rockwell »A«-Härten von 76 bis 81. Bei 732 und 760°C wurde die durchschnittliche maximale Härte von 80 Rockwell »A« innerhalb einer Zeitspanne von '/o Stunde bis zu mehreren Stunden erreicht. Dabei zeigen die Legierungen nach einer Auslagerungszeit von 6 Stunden eine geringe Neigung zum Überaltern. Bei 816° C zeigten die Legierungen nach mehrstündiger Behandlung eine geringe Neigung zum Überaltern, obwohl bei einer Behandlung von halbstündiger Dauer Flärtewerte von 74 bis 80 meßbar waren. Auf alle Fälle waren die Legierungen innerhalb des Temperaturbereichs von 538 bis 871° C und vorzugsweise im Temperaturbereich von 538 bis 760° C in weitem Umfang durch Ausscheidungshärtung vergütbar; die günstigsten Zeit- und Temperaturbedingungen hängen von den Gesamteigenschaften ab, die für eine bestimmte Legierung gewünscht werden.If the aging is carried out at 704 ° C, almost all alloys achieve ^{Rockwell "A" hardnesses of 70 to 82 within 1 to} ₂ hours, and all alloys achieve Rockwell "A" hardnesses of 76 to 81 within 6 to 9 hours At 732 and 760 ° C the average maximum hardness of 80 Rockwell "A" was reached within a period of one-half hour to several hours. The alloys show a slight tendency to overage after an aging time of 6 hours. At 816 ° C., the alloys showed a slight tendency to overage after several hours of treatment, even though dull values of 74 to 80 were measurable after treatment for half an hour. In any case, the alloys within the temperature range from 538 to 871 ° C and preferably in the temperature range from 538 to 760 ° C could be hardened to a large extent by precipitation hardening; the most favorable time and temperature conditions will depend on the overall properties desired for a particular alloy.

Zur weiteren Erläuterung des Reagierens der Legierung Nr. 1 auf das Auslagern bei niedriger Temperatur wurden die folgenden Werte bei 593° C ermittelt; dabei wurde von der schon dem Lösungsglühen unterworfenen Legierung ausgegangen.To further explain the response of Alloy No. 1 to aging at lower Temperature, the following values were determined at 593 ° C; it was already the solution heat treatment subjected alloy to run out.

Table Ia

Temperatur
in °Ctemperature
in ° C Zeit
in StundenTime
in hours Rockwell »A«-
HärteRockwell "A" -
hardness 593593 11 5252 593593 55 6767 593593 1010 7575 593593 2424 7878

Die Zusätze an anderen Elementen, z. B. an Titan, Eisen und Molybdän, bewirken eine geringe Verzögerung der Reaktion auf die Ausscheidungshärtung. Es wird deshalb für die Fälle, bei denen die Härte das primäre Erfordernis ist, empfohlen den Aluminiumgehalt auf etwa 3,5 °/₀ (z- B. zwischen 3 und 5%) und die Summe des Nickel- und Chrom-Gehaltes auf wenigstens 94°/₀ einzustellen. In den Fällen, bei denen das Verhältnis von Nickel zu Chrom 1,6: 1 übersteigt, wird als vorteilhaft empfohlen, Aluminium in einer größeren Anteilmenge oberhalb 4°/₀ zu verwenden, um den Aushärtungseffekt voll ausnutzen zu können.The additions to other elements, e.g. B. titanium, iron and molybdenum, cause a slight delay in the reaction to the precipitation hardening. It is therefore for the cases in which the hardness is the primary requirement, the recommended aluminum content to about 3.5 ° / ₀ (z, between 3 and 5%) and the sum of the nickel and chromium content to at least 94 ° / ₀ to be set. In cases in which the ratio of nickel to chromium is 1.6: 1 exceeds, it is recommended to be advantageous to take full advantage of aluminum in an amount greater proportion above 4 ° / ₀ to use the hardening effect.

Durch entsprechende Einstellung der Härtungsbedingungen kann ein weiter Bereich von Härtegraden erreicht werden, der sich von Rockwell »A«-Werten von 60 bis über 80 (entsprechend Rockwell »C«-Werten von 20 bis 60) erstreckt und vorzugsweise zwischen 70 und 80 Rockwell »A« (entsprechend 40 und 60 Rockwell »C«) liegt.A wide range of degrees of hardness can be achieved by setting the curing conditions accordingly which differs from Rockwell "A" values from 60 to over 80 (corresponding to Rockwell "C" values from 20 to 60) and preferably between 70 and 80 Rockwell "A" (corresponding to 40 and 60 Rockwell "C") lies.

Es zeigte sich, daß sich die oben beschriebenen Legierungen gut für Lager und Zahnräder, die beim Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt sind, eignen. Diese Legierungen finden auch Anwendung in Warmpreßmatrizen, bei denen Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und Abrieb von wesentlicher Bedeutung ist. Versuche mit solchen Lagern bei 538° C wiesen aus, daß die hohe Warmhärte mit sehr niedriger Reibung Hand in Hand ging, was vermutlich auf die Anwesenheit von großen Mengen Chrom und Aluminium zurückzuführen ist.It was found that the alloys described above are good for bearings and gears used in Operation exposed to high temperatures are suitable. These alloys are also used in hot press dies, where resistance to oxidation and abrasion is essential is. Experiments with such bearings at 538 ° C showed that the high hot hardness with very low friction Going hand in hand, presumably due to the presence of large amounts of chrome and aluminum is due.

Mit den Legierungen durchgeführte Versuche zur Bestimmung der Warmhärte ergaben, daß sie besonders beständig gegen das Erweichen bei Temperaturen bis herauf zu 650° C sind. Wie festgestellt wurde, hielt Legierung Nr. 1 mit einer Anfangshärte (gealtert bei 667 und 704° C) von annähernd 78 Rockwell »A« seine Härte auf oberhalb 74 Rockwell »A« bei 538° C, während die Flärte zwischen 566 und 704° C ziemlich rasch abfiel. Diese Legierung zeigte auch eine ziemlich hoheTests carried out with the alloys to determine the hot hardness showed that they were particularly are resistant to softening at temperatures up to 650 ° C. As it was found held Alloy No. 1 with an initial hardness (aged at 667 and 704 ° C) of approximately 78 Rockwell "A" Hardness to above 74 Rockwell "A" at 538 ° C, while the hardness between 566 and 704 ° C fairly rapid fell off. This alloy also showed a fairly high level

S 6S 6

Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen, nachdem Werte an Mustern ermittelt wurden, die einen Durchsie lösungsgeglüht und künstlich ausgelagert wurde, messer von 6,35 mm und eine Meßlänge von 31,75 mm wie aus Tabellelb entnommen werden kann, deren aufwiesen.Tensile strength at elevated temperatures after determining values on specimens showing a through-sieve solution annealed and artificially paged out, knife of 6.35 mm and a measuring length of 31.75 mm as can be seen from table elb, their exhibited.

Table Ib

Temperatur des
Lösungsglühens
in ⁰CTemperature of
Solution heat treatment
in ⁰ C Auslagertemperatur
und -zeit
in ⁰ C j in StundenAging temperature
and time
in ⁰ C j in hours Rockwell »A«-
HärtcRockwell "A" -
Hardness c Versuchs
temperatur
in "C Attempt
temperature
in "C Zugfestigkeit
in kp/mm² tensile strenght
in kp / mm ² Dehnung
in %strain
in % 12321232 871871 22 7474 538538 138,8138.8 1212th 12321232 816816 22 7676 732732 82,882.8 66th 12321232 871871 22 7575 816816 44,644.6 1616 12601260 816816 22 7777 538538 133,4133.4 12601260 816 ί816 ί 22 7676 732732 78,878.8 44th 12601260 871 !871! 22 7474 816816 45,545.5 1616

Von besonderer Bedeutung ist die niedrige Härte nach dem Lösungsglühen, die in der Größenordnung von 10 Rockwell »C« liegt. Dies ermöglicht eine leichte Fabrikation und spanabhebende Formgebung. Derartige Legierungen können leicht kaltbearbeitet werden, um zu hohen Festigkeits- und Härtewerten zu gelangen, die durch geeignetes Auslagern weiter bis zu Werten von 63 bis 66 Rockwell »C« gesteigert werden können.Of particular importance is the low hardness after solution heat treatment, which is of the order of magnitude of 10 Rockwell "C" is. This enables easy fabrication and cutting shaping. Such Alloys can be easily cold worked to achieve high strength and hardness values, which can be further increased by suitable aging up to values of 63 to 66 Rockwell »C« can.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß mannigfaltige Eigenschaften bei dieser Legierung erhalten werden, und zwar je nach der Zusammensetzung und der besonderen Wärmebehandlung, die zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften angewendet wurde. Die Eigenschaften werden hervorgerufen durch die Anwendung einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung mit anschließendem Auslagern bei niedrigeren Temperaturen. Grob gesagt wird die Hochtemperaturbehandlung bei Temperaturen durchgeführt, die bei weitem die Temperaturen übersteigen, bei denen ausscheidungsfähige Phasen, welche zur Ausscheidungshärte führen, vollständig in Lösung gehen. Die Hochtemperaturbehandlung besteht darin, die Legierung auf eine Lösungstemperatur von mindestens 1066° C eine solche Zeit lang zu erhitzen, bis eine im wesentlichen vollständige Lösung erreicht ist, das sind vorzugsweise 2 Stunden. Sie erfolgt vorzugsweise innerhalb des Temperaturbereichs von 1121 bis 1232° C in der Regel 1 bis 4 Stunden lang mit anschließendem hinreichend schnellem Abkühlen, um die feste Lösung zu erhalten. Ein derart schnelles Abkühlen kann durch Abschrecken in Wasser oder in Öl oder in manchen Fällen auch durch Luftkühlung bewirkt werden. In der Regel soll die Abkühlgeschwindigkeit so bemessen sein, daß die Legierung in verhältnismäßig kurzer Zeit, z. B. innerhalb von 3 Minuten, auf unter 704°C abkühlt. Gewünschtenfalls kann das Kühlen bei der gewünschten Auslagerungstemperatur unterbrochen und die Temperatur auf dieser Höhe die erforderliche Zeit lang gehalten werden.From the foregoing it can be seen that a variety of properties are obtained in this alloy, depending on the composition and the particular heat treatment used to achieve the desired properties. The properties are caused by the application of a high-temperature heat treatment with subsequent aging at lower temperatures. Roughly speaking, the high-temperature treatment is carried out at temperatures which by far exceed the temperatures at which precipitable phases, which lead to precipitation hardness, go completely into solution. The high-temperature treatment consists in heating the alloy to a solution temperature of at least 1066 ° C. for such a time until an essentially complete solution is achieved, which is preferably 2 hours. It is preferably carried out within the temperature range from 1121 to 1232 ° C., usually for 1 to 4 hours, with subsequent sufficiently rapid cooling in order to obtain the solid solution. Such rapid cooling can be effected by quenching in water or in oil or in some cases also by air cooling. As a rule, the cooling rate should be such that the alloy is in a relatively short time, e.g. B. within 3 minutes, cools to below 704 ° C. If desired, the cooling can be interrupted at the desired aging temperature and the temperature can be held at this level for the required time.

Nach Beendigung der Hochtemperaturbehandlung werden die abgekühlten Legierungen dem künstlichen Auslagern unterworfen, das darin besteht, die Legierungen auf eine Temperatur von 538 bis 781⁰C so lange zu erhitzen, bis eine wesentliche Härtung erreicht ist, vorzugsweise wenigstens 4 Stunden lang und noch besser 12 bis 48 Stunden lang. Durch das Auslagern erhalten die Legierungen ihre Warmfestigkeit bei hohen Temperaturen. Gewünschtenfalls kann das Auslagern in mehreren Stufen durchgeführt werden, z. B. 4 Stunden lang bei 816° C, dann 4 Stunden lang bei 760° C und schließlich 4 Stunden lang bei 704° C. Auch jede beliebige andere Kombination von Härtungsstufen im Temperaturbereich von 538 bis 871° C kann angewendet werden.After completion of the high temperature treatment, the cooled alloy is subjected to the artificial swapping, which is to heat the alloys to a temperature of 538-781 ⁰ C for so long until a substantial curing achieved, preferably at least 4 hours and more preferably 12 to For 48 hours. The aging process gives the alloys their heat resistance at high temperatures. If desired, the outsourcing can be carried out in several stages, e.g. B. for 4 hours at 816 ° C, then for 4 hours at 760 ° C and finally for 4 hours at 704 ° C. Any other combination of curing stages in the temperature range of 538 to 871 ° C can be used.

Es ist empfehlenswert, bei Temperaturen im Bereich von etwa 538 und 760° C auszulagern, weil derartige Legierungen bei diesen niedrigeren Temperaturen besonders schnell auf das Auslagern ansprechen. In dem durch Ausscheidungshärtung vergüteten Zustand besteht das Gefüge dieser Legierungen aus einer kubisch-flächenzentrierten y-Grundmasse, in welcher zwei andere Phasen ausgeschieden sind, die für die hohe Härte und hohe Festigkeit der Legierungen verantwortlich sind. Diese Phasen sind einerseits die im Ordnungszustand befindliche kubisch-flächenzentrierte primäre y-Phase, welche der Grundformel Ni₃Al entspricht, in die auch Titan, Kobalt und etwa Chrom eintreten kann, ohne die Gitterstruktur (ausgenommen Änderungen in der Größe des Gitters) zu verändern, und andererseits eine zweite Phase, welche diese Legierungen von den üblichen Nickel-Chrom-Aluminium-Titan-Legierungen unterscheidet, nämlich die kubischraumzentrierte, chromreiche α-Phase. Die Ausscheidung dieser Phase hat die höheren Härtewerte zur Folge, verglichen mit jenen, die bisher für die bekannten und üblichen Nickel-Chrom-Titan-Aluminium-Legierungen beschrieben wurden.It is advisable to age at temperatures in the range of about 538 and 760 ° C, because such alloys respond particularly quickly to aging at these lower temperatures. In the condition hardened by precipitation hardening, the structure of these alloys consists of a face-centered cubic y-matrix in which two other phases are precipitated, which are responsible for the high hardness and high strength of the alloys. On the one hand, these phases are the face-centered cubic primary y-phase, which is in the orderly state, which _{corresponds to the basic formula Ni 3} Al, in which titanium, cobalt and, for example, chromium can also enter without changing the lattice structure (except for changes in the size of the lattice) On the other hand, a second phase, which distinguishes these alloys from the usual nickel-chromium-aluminum-titanium alloys, namely the space-centered cubic, chromium-rich α-phase. The precipitation of this phase results in the higher hardness values compared to those previously described for the known and customary nickel-chromium-titanium-aluminum alloys.

Falls Kohlenstoff oder Stickstoff in verhältnismäßig kleinen Mengen anwesend ist, so muß erwartet werden, daß Carbide und Nitride oder Carbonitride im Gefüge auftreten können, ohne die Härtungsvorgänge oder die sich ausbildenden Eigenschaften fühlbar beeinflussen zu können. Der y-Nickel-Mischkristall würde jedoch stabil oder bei höheren Chromgehalten vorherrschend sein, und es müßte dieser Änderung im Chromgehalt der Grundmasse Rechnung getragen werden.If carbon or nitrogen is present in relatively small quantities, it must be expected that that carbides and nitrides or carbonitrides can occur in the structure without the hardening processes or to be able to tangibly influence the developing properties. The y-nickel mixed crystal would however, be stable or predominant at higher chromium contents, and this change in the Chromium content of the base mass must be taken into account.

Die Weichheit der höher legierten Materialien im homaquizierten Zustand hängt von der Temperatur des Lösungsglühens ab. Höhere Glühtemperaturen erhöhen die Weichheit wegen der stärkeren Lösung des komplexen Gefüges in dem Einzelphasen-y-Feld. Auf diese Weise ist es durch Anwendung höherer Glühtemperaturen möglich, eine höhere Ausscheidungshärte nach dem Auslagern zu erzielen.The softness of the higher alloyed materials in the homaquified state depends on the temperature of solution annealing. Higher annealing temperatures increase the softness because of the stronger solution of the complex structure in the single phase y-field. This way it is by using higher annealing temperatures possible to achieve a higher precipitation hardness after aging.

Die erfindungsgemäßen Legierungen finden als Gußlegierungen oder als Knetlegierungen für Lager, Zahnräder, Warmpreßmatrizen od. dgl. Anwendung.The alloys according to the invention are found as cast alloys or as wrought alloys for bearings, Gear wheels, hot press dies or the like. Application.

Claims

I 502

Claim:

Use of a hardenable aluminum-containing nickel-chromium alloy, consisting of 30 to 40 ° / ₀ chromium, 3 to 5 ° / ₀ aluminum and the remainder essentially nickel with a total

content of nickel and chromium of at least 90 ° / ₀ and a ratio of nickel to chromium of 1.3: 1 to 1.75: 1, as a material for bearings, gears and hot press dies, which are high temperatures during operation, e.g. B. to 538 ° C, are exposed.

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