DE2659800A1 - Eutektische stoffverbindung - Google Patents
Eutektische stoffverbindungInfo
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B21/00—Unidirectional solidification of eutectic materials
- C30B21/02—Unidirectional solidification of eutectic materials by normal casting or gradient freezing
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C19/007—Alloys based on nickel or cobalt with a light metal (alkali metal Li, Na, K, Rb, Cs; earth alkali metal Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al Ga, Ge, Ti) or B, Si, Zr, Hf, Sc, Y, lanthanides, actinides, as the next major constituent
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Superlegierungen auf Nickelbasis, die bei hohen Temperaturen benutzt werden, wo sie hohe
mechanische Belastungen aushalten müssen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf das Gebiet der gerichtet erstarrten Eutektika, bei welchen eine Legierung mit ungefähr
eutektischer Zusammensetzung gerichtet erstarren kann, um ein ausgerichtetes Mikrogefüge zu schaffen, das anisotrope mechanische
Eigenschaften hat.
Es ist bekannt, daß gewisse eutektische Legierungen bei entsprechenden
Bedingungen gerichtet erstarren und nützliche
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aus gerichtete Mikrogefüge mit einer zweiten Phase erzeugen,
wie in der US-PS 3 124 452 beschrieben.
In der US-PS 3 554 817 ist eine vielversprechende pseudo—
binäre eutektische Legierung, die zwischen den intermetallischen Verbindungen Ni Al und Ni Nb auftritt, beschrieben, bei der
sich eine Erstarrung in ebener Front einstellt, durch die ein Gußstück erzeugt wird, das durch ein ausgerichtetes, lamellares
Mikrogefüge gekennzeichnet ist. So gegossen bildet diese Kombination eine der festesten bekannten Legierungen auf Nickelbasis,
obgleich deren DuktUität geringer ist als die der
meisten Superlegierungen auf Nickelbasis. Wie in dem Fall der meisten Legierungen auf Nickelbasis sind jedoch Verbesserungen
der Oxydations- und Sulfidierungsbeständigkeit erwünscht, um eine maximale Ausnutzung der Festigkeitseigenschaften
der Legierung bei sehr hohen Temperaturen zu gestatten,
ο d.h. bei Temperaturen von mehr als 1 000 C. Obwohl eine
bestimmte Legierung für ihren üblichen Verwendungszweck mit einem Oberflächenschutz zur Erhöhung der Oxydationserosionsbeständigkeit
versehen werden kann, sind Verbesserungen der Korrosionsbeständigkeit des darunterliegenden Substrats trotzdem
erwünscht.
In der US-PS 3 564 940 ist eine Klasse von Schmelzen beschrieben,
die gemäß der monovarianten eutektischen Reaktion erstarren und ausgerichtete Mehrphasengefüge ergeben, zu
welchen solche Systeme, wie die ternären oder Dreistoff-Legierungen
gehören, die aus Kobalt-Chrom-Kohl enstoff und
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Nickel-Aluminium-Chrom bestehen. Der Vorteil von Verbindungen
dieser Art besteht darin, daß das gewünschte Mikrogefüge
in einem Bereich von Zusammensetzungen in einem bestimmten System erzielt werden kann. Dadurch wird die
Freiheit der Wahl der Zusammensetzungen, die eine bessere Optimierung von Eigenschaften gestatten, beträchtlich gesteigert.
In der US-PS 3 671 223 ist das Prinzip weiterentwickelt worden und umfaßt diejenigen Systeme, die gemäß der multivarianten
eutektischen Reaktion erstarren, wobei zwei oder mehr als zwei feste Phasen (N) gleichzeitig aus der Flüssigkeit auskristallisieren,
die aus (N+2) oder mehr Komponenten besteht.
Die US-PS 3 617 397 besbhreibt eine Superlegierung auf
Nickelbasis, die 8 % Aluminium und 18 % Molybdän enthält.
Diese Legierung ist weit von dem eutektischen Punkt entfernt und diese Patentschrift offenbart nicht die Vorteile , die in
dem gerichtet erstarrten Eutektikum liegen.
Die US-PS 3 793 010 beschreibt einen eutektischen Artikel,
der aus einem « - tf — Grundgefüge mit einer ausgerichteten
5 -Phase besteht.
Die US-PS 2 542 962 beschreibt eine Nickel-Aluminium-Molybdän-Legierung
mit breiten Bereichen, die diejenigen der Erfindung umfassen. Diese Patentschrift beschreibt jedoch nicht die
eutektischen Reaktionen innerhalb des Systems und befaßt sich nicht mit der Möglichkeit einer gerichteten Erstarrung. Die
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US-PS 3 904 403 beschreibt eine Nickel-Aluminium-Molybdän-Legierung
mit Bereichen, die außerhalb der Bereiche liegen, die die Erfindung vorsieht, wobei das Mikrogefüge, das innerhalb
der in dieser Patentschrift angegebenen Bereiche erzielt wird, kein ot-Molybdän enthält.
Die genaueste frühere Arbeit über Nickel-Aluminium-Molybdän-Legierungen
ist in "The Form of the Equilibrium Diagrams of Ni-NiAl-Mo Alloys11, Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Mai-Juni
1960, S. 491-495, beschrieben. Diese Literaturstelle befaßt sich jedoch nicht mit den bewußten eutektischen Reaktionen.
Die Erfindung schafft eine Superlegierung auf Nickelbasis, die im wesentlichen aus einem a — oC-Eutektikum besteht, mit einer
Nennzusammensetzung von 4,6 % Aluminium und 35, 8 % Molybdän, Rest im wesentlichen Nickel, sowie einen daraus
hergestellten, gerichtet erstarrten Artikel. Die Entdeckung dieses besonderen monovarianten Eutektikums als einer neuen
Stoffverbindung ist ebenfalls ein Teil der Erfindung. Diese Legierung kann gegossen werden und gerichtet erstarren, so
daß ein Mikrogefüge erzeugt wird, das ein durchgehendes y~(kubisch flächenzentriertes Gitter)(Nickel, feste Lösung)-Grundgefüge
und eine zweite Phase, nämlich eine cL-(kubisch raumzentriertes
GitterXMolybdän, feste Lösung)-Phase in faseriger Form enthält. Das Grundgefüge kann auch vorzugsweise eine
beträchtliche Menge der >* -(Ni Al)-Phase in ausgeschiedener
Form enthalten. Andere Elemente in besonderen Mengen können ebenfalls in die Legierung eingebracht werden, solange die
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zusätzlichen Phasen nicht aus der Schmelze gebildet werden.
Ein gerichtet erstarrter Artikel von Nennzusammensetzung wird ungefähr 20 Vol.-% derOt-(Mo)-Phase enthalten.
Die gerichtet erstarrte Legierung und der gerichtet ei—
starrte Gegenstand sind durch eine äußerst hohe Duktilität bei Zwischentemperaturen (d.h. 760 C bis 816 C) in der Größenordnung
von 15% gekennzeichnet.Bekannte gerichtet erstarrte Eutektika
sind durch niedrige Duktilität und insbesondere durch niedrige Querduktilität gekennzeichnet. Die gerichtet erstarrte Legierung
und der gerichtet erstarrte Gegenstand nach der Erfindung
haben eine Längsduktilität und eine Querduktilität, deren Werte die von herkömmlichen Superlegierungen auf Nickelbasis
überschreiten.
In der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bedeutet der Ausdruck "faserig" sowohl stabartige
als auch plattenartige Morphologien. Alle Zusammensetzungen verstehen sich in Gewichtsprozent, sofern nichts anderes angegeben
ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
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ο Fig. 1 einen Isothermabschnitt ( 1200 C)
des Ni-Al-Mo-Phasendiagramms, in dem
die übereinander angeordneten Eutektika angegeben sind,
die Fig. 2a bis 2d Quer-Schliffbilder der gerichtet ei—
starrten Legierung nach der Erfindung mit verschiedenen Chromgehalten, und
Fig. 3 eine Larson-Miller-Parameter-Bruch-
belastungskurve für die Legierung nach der Erfindung.
Die Erfindung betrifft eine Nickel-Molybdän-Aluminium-Legierung
von besonderer eutektischer Zusammensetzung. Diese Legierung hat außergewöhnliche Eigenschaften bei erhöhter Temperatur
und eignet sich für die Verwendung bei erhöhten Temperaturen. Die Legierung kann man gerichtet erstarren lassen, um Laufund
Leitschaufeln für die Verwendung in Gasturbinentriebwerken herzustellen.
Die Nennzusammensetzung der eutektischen Legierung nach der
Erfindung ist 4,6 % Aluminium, 35,8 % Molybdän, Rest im wesentlichen Nickel. Ein gerichtet erstarrter Legierungsgegenstand,
der die eutektische Zusammensetzung hat, weist ein durchgehendes^— Grundgefüge auf, das ausgerichtetecL-Molybdän-Stäbe
oder -Platten enthält. Bei der eutektischen Zusammensetzung gibt es angenähert 20 Vol.-% der ausgerichteten faserigen
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IQ
Verstärkungsphase. Das Grundgefüge kann ebenfalls beträchtliche
Mengen der J*-Phase enthalten.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung beruht auf einer
kürzlich entdeckten eutektischen Reaktion in dem Nickel-Aluminium-Molybdän-System,
das als der gekrümmte Streckenabschnitt O-Yin Fig. 1 dargestellt ist. Wegen der Krümmung
der Linie 0-Y wird die Zusammensetzung mit Bezug auf die Punkte a-b-c-d-e-f in Fig. 1 und die Streckenabschnitte,
die diese Punkte verbinden, beschrieben und beansprucht. Die Zusammensetzungen in Atom- und Gew.-% dieser Punkte
sind in Tabelle I angegeben.
Ni | TABELLE | I | Al | Ni | Atom-% | Al | |
Punkt | 53,9 | Gew.-% | 1,1 | 64,3 | - Mo | 2,9 | |
60,4 | -Mo- | 7,0 | 63,0 | 32,8 | 15,9 | ||
a | 59,6 | 45,0 | 1,1 | 69,3 | 21,1 | 2,7 | |
b | 65,0 | 33,0 | 7,0 | 66,8 | 28,0 | 15,6 | |
C | 62,6 | 39,3 | 3,3 | 69,0 | 17,6 | 8,0 | |
d | 56,4 | 28,0 | 3,3 | 64,0 | 23,0 | 8,0 | |
e | 34,1 | 28,0 | |||||
f | 40,3 | ||||||
Da die Zusammens etzu ngen experimentell in Gewichtsprozent
ermittelt wurden, sind die Streckenabschnitte in Fig. 1 , welche ein Atom-%-Diagramm zeigt, leicht gekrümmt. Der
Bereich, der durch a-b-c-d definiert ist, ist der breite Bereich
der Erfindung, in welchem das gerichtet erstarrte Mikrogefüge
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- 9T-
aus einem duktilen Grundgefüge besteht, das die/'-Phase
in durchgehender Form aufweist, die eine zweite Phase, nämlich eine faserige dC- Molybdän-Phase enthält. Der Bereich
b-d-e-f ist der bevorzugte Bereich , in welchem das durchgehende
^-Grundgefüge 20 bis 80 Vol.-% der Tf -Phase enthält.
Vorteilhafterweise schließen diese Zusammensetzungen Grenzzusammensetzungen aus.
ο
Fig. 1 zeigt einen 1200 C-Isothermabschnitt eines Teils des Nickel-Molybdän-Aluminium-Zustandsdiagramms und veranschaulicht die grundlegenden Phasenbeziehungen des Systems, Diesem überlagert sind drei eutektische Linien (die dem Liquidusdiagramm entnommen sind). X-O ist die Linie der monovarianten eutektischen Reaktion: Flüssig-» JP+/; Y-O ist die Linie der monovarianten eutektischen Reaktion: Flüssig-* V"+ et j und Z-O ist die Linie der monovarianten eutektischen Reaktion: Flüssig—>>*+oC. Der Punkt 0 ist das ternäre Eutektikum, wo gilt: Flüssig—► Ϋ" + T +o(. Die Erfindung liegt in dem Gebiet auf und neben dem Streckenabschnitt Y-O. Wenn Schmelzen auf oder nahe dieser Linie gerichtet erstarrt sind, so enthält die Legierung unmittelbar nach der Erstarrung und unmittelbar unterhalb der Soliduslinie ein V- Grundgefüge, das oC-Molybdän in Faserform enthält. Wenn die erstarrte Legierung weiter abgekühlt wird, können sich durch eine Reaktion im festen Zustand ο -Teilchen bilden.
Fig. 1 zeigt einen 1200 C-Isothermabschnitt eines Teils des Nickel-Molybdän-Aluminium-Zustandsdiagramms und veranschaulicht die grundlegenden Phasenbeziehungen des Systems, Diesem überlagert sind drei eutektische Linien (die dem Liquidusdiagramm entnommen sind). X-O ist die Linie der monovarianten eutektischen Reaktion: Flüssig-» JP+/; Y-O ist die Linie der monovarianten eutektischen Reaktion: Flüssig-* V"+ et j und Z-O ist die Linie der monovarianten eutektischen Reaktion: Flüssig—>>*+oC. Der Punkt 0 ist das ternäre Eutektikum, wo gilt: Flüssig—► Ϋ" + T +o(. Die Erfindung liegt in dem Gebiet auf und neben dem Streckenabschnitt Y-O. Wenn Schmelzen auf oder nahe dieser Linie gerichtet erstarrt sind, so enthält die Legierung unmittelbar nach der Erstarrung und unmittelbar unterhalb der Soliduslinie ein V- Grundgefüge, das oC-Molybdän in Faserform enthält. Wenn die erstarrte Legierung weiter abgekühlt wird, können sich durch eine Reaktion im festen Zustand ο -Teilchen bilden.
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Auf dem Streckenabschnitt O-Z wird derselbe Effekt beobachtet,
mit der Ausnahme, daß das Grundgefüge ein V"-Grundgefüge ist und daß die Teilchen, die bei der Abkühlung
gebildet werden, V-Teilchen sind. In der Nähe des Punktes
0 werden sowohl V*— als auch "T -Phasen in kontinuierlicher
Form während der Erstarrung gebildet.
An dem Punkt O erstarrt die Legierung kongruent bei der
invarianten ternären eutektischen Temperatur. Wenn man sich jedoch entweder auf dem Streckenabschnitt Y-O oder auf dem
Streckenabschnitt Z-O entlangbewegt, spielt sich der Erstarrungsprozeß in einem Temperaturbereich ab und der Bereich nimmt
mit zunehmender Entfernung von dem Punkt 0 leicht zu. Ein weiterer Parameter, der sich ebenfalls mit der Entfernung
von dem Punkt 0 ändert, ist die Temperatur, bei welcher .J
die T -Phase durch Reaktion im festen Zustand aus dem Grundgefüge
gebildet wird. Für Zusammensetzungen, die weit von dem Punkt 0 entfernt sind, müssen relativ niedrige Temperaturen
erreicht werden, bevor die Ϊ* -Phase gebildet wird.
Da die erfindungsgemäße Legierung meistens bei erhöhten Temperaturen benutzt wird, ist die bevorzugte Zusammensetzung
diejenige, die sich relativ nahe bei dem Punkt 0 befindet, nämlich das Gebiet, das durch die Punkte b-d-e-f begrenzt
wird, deren Zusammensetzungen in Tabelle I angegeben sind. Materialien in diesem bevorzugten Bereich weisen die drei
Phasen^ Y" und ot bei erhöhten Temperaturen auf, wo die gewünschten
Eigenschaften bei erhöhter Temperatur der f, Ϊ* -ot-Struktur
am nützlichsten sind. Ein weiterer Vorteil, der sich bei den
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Legierungen innerhalb des bevorzugten Zusammensetzung bereiches
gezeigt hat, besteht darin, daß der Volumenanteil
der zweiten Phase, d.h. der 3*-Phase verändert werden
kann, wenn man sich entlang der Linie O-Y von dem Punkt O
zu dem Punkt Y bewegt. Der bevorzugte Bereich wird von
20-80 Vol.-% der ' -Phase enthalten. Für Zusammensetzungen,
die von dem Punkt 0 entfernt sind, wird sich die V'-Phase
in Form von Teilchen ausbilden, aber in der Nähe des Punktes
0 werden sämtliche 3*-, >*- und et-Phasen durchgehend sein.
Außerdem wird ein größeres Volumen der Ot-(Mo)-Phase in
dem Gebiet a—c-e-f- im Vergleich zu dem breiten Bereich a-b-c-d
gebildet und das kann in einigen Anwendungsfällen wichtig sein.
Die Erfindung befaßt sich außerdem mit der Modifizierung der
Legierung durch den Zusatz von einem oder mehreren Elementen,
die in der Tabelle II angegeben sind. Das Ersetzen der Grundbestandteile
der Legierung, nämlich Nickel, Aluminium und
Molybdän, durch diese Elemente bis zu den angegebenen Grenzen
wird die Phasenbeziehungen der Legierung nicht nennenswert
stören, es kann aber bewirken, daß sich ein gekoppeltes Wachstum während der Erstarrung schwieriger erreichen läßt. Gekoppeltes
Wachstum bezieht sich auf einen Erstarrungsprozeß, in welchem das Grundgefüge und die faserige Phase während
der Erstarrung gleichzeitig gebildet werden und bei welchem die
faserige Phase über lange Strecken ausgerichtet und durchgehend
ist. Der hier verwendete Ausdruck "ausgerichtet" bezieht sich auf den Fall, daß die Mehrheit der faserigen zweiten Phase
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innerhalb von etwa 20 einer gemeinsamen Achse liegt. Die in Tabelle II angegebenen Grenzen sind die Atom-% der
Grundbestandteile, die durch das angegebene Element ersetzt werden können, d.h. in einer Legierung, die 64 Atom-% Nickel
enthält, können bis zu 24 Atom-% des Nickels durch eine gleiche Atommenge von Kobalt usw. ersetzt werden. Entsprechend
müssen die in Tabelle II angegebenen Grenzen weiter eingeschränkt werden, indem festgelegt wird, daß die Zusätze auf
diejenigen begrenzt werden, die noch ein gekoppeltes Wachstum
und die Bildung einer ausgerichteten zweiten Phase, d.h. einer öC-Phase während der gerichteten Erstarrung gestatten. Außerdem,
obwohl diese Elemente im allgemeinen bis zu den angegebenen Grenzen benutzt werden können, müssen die Zusätze,
wenn mehrere Elemente den Grundbestandteilen hinzugefügt werden, hinsichtlich der Elemente und Mengen begrenzt
werden, so daß verhindert wird, daß sich Extraphasen aus
der Schmelze bilden, damit ein gekoppeltes Wachstum erzielbar ist. Die Elemente Ta, Nb, Re und W sind als Legierungselemente
zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften besonders vielversprechend.
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a. Nickelersatzelemente zulässige Atom-% der Grundbe
standteile, die durch das Ersatzelement ersetzt werden können
Co | 1 | 40 insgesamt |
( | ||
Fe ) | Zr J | < °,1 |
C | ||
b. Nickel- und Molybdän- | ||
Ersatzelemente | ||
*Ta | ||
Cr | 15 insgesannt | |
*Nb | ||
*Re | ||
*\n * | ||
5 | ||
10 insgesamt | ||
c. Nickel-Molabdän- und | ||
Aluminium-Ersatzelemente | ||
V |
Die Erfindung wird anhand der folgenden, zur Veranschaulichung dienenden Beispiele noch klarer werden.
Legierungen innerhalb des breiten Zusammensetzungsbereiches
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wurden zubereitet und die Zusammensetzungen sind in Tabelle III angegeben. Diese Legierungen ließ man bei Geschwindigkeiten
von etwa 3 cm/h und mit Wärmegradienten von etwa 300 C/cm gerichtet erstarren. Sämtliche in Tabelle III angegebenen
Legierungen zeigten das gewünschte durchgehende J*/?*-Grundgefüge,
das etwa 20 Vol.-% an durchgehenden, ausgerichteten
et-Molybdän-Faser η enthielt.
Eine Reihe von Legierungen mit einem Nenngehalt von 6,2 % Aluminium wurde zubereitet und gerichtet erstarren gelassen.
Die Nennzusammensetzungen betrugen 6,2 % Al, 31 % Mo, 62,8 % Ni +Cr. Die Fig. 2a, 2b, 2c und 2d sind Quer-Schliffbilder
von Proben, die 0 % Cr bzw. 2 % Cr bzw. 6 % Cr bzw. 9 % Cr enthielten, und es ist zu erkennen, daß
sogar ein Zusatz von bis zu 9 % Cr nicht den Prozeß des gekoppelten Wachstums beeinflußt. Chrom wird gewöhnlich
Superlegierungen auf Nickelbasis für eine bessere Oxydationsbeständi keit zugesetzt und Vortests zeigen, daß das Cr das Oxydationsverhalten der erfindungsgemäßen Legierung verbessert.
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4»
Mo | 5 | Al | TABELLE III | Cr | Quinärer | |
Ni | 5 | Quaternärer | Cr | Zusatz | ||
31 | 7,0 | Zusatz | Cr | |||
Rest | 31, | 5 | 6,2 | Re | ||
Rest | 32, | 5,4 | Cr | |||
Rest | 31 | 6,2 | ||||
Rest | 31, | 6,2 | 2 | |||
Rest | 29 | 6 | 6,2 | 4 | Cr | |
Rest | 30 | 8 | 6,2 | 6 | Re | |
Rest | 29 | 6,1 | 3 | Re | 2,95 \ | |
Rest | 34, | 4,7 | 5,9 | |||
Rest | 35, | 3,7 | ||||
Rest | 29 | 3 | 6,2 | |||
Rest | 35 | 5,5 | 9 | Ti | ||
Rest | 26 | 7 | 6,2 | 3 | Co | |
Rest | 42, | 5 | 1,1 | 3 | HF | |
Rest | 32 | 5 | 5,0 | Ta | ||
Rest | 39, | 5 | 2,5 | |||
Rest | 33, | ,0 | 5,5 | |||
Rest | 33, | 5,5 | 1,5 | |||
Rest | 33, | 5,5 | 5 | |||
Rest | 33, | 5,5 | 1,5 | |||
Rest | Beispiel II | 4,0 | ||||
Bruchbelastungstests wurden an mehreren Legierungen nach der Erfindung ausgeführt. Die Zusammensetzungen dieser
Legierungen, die Testbedingungen und die Lebensdauer bis zum Bruch sind in Tabelle IV angegeben.
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Legierungszusamrnensetzung
Testbedingungen Belastung(kp/cm
Temperatur Lebensdauer % Dehnung % Einschnürung bis zum Bruch
(Stunden) ■
(Stunden) ■
C°C)
Ni Mo % Al % Cr %
Rest | 31,5 | 6,2 | 1 | 9490 | 760 | 74,4 | 26,2 | 32,2 | |
Rest | 31,5 | 6,2 | 1 | 2110 | 1038 | 92,9 | 29,8 | 55,9 | |
^4 | Rest | 31,5 | 6,2 | 1 | 8790 | 760 | 53,5 | 23,6 | 50,5 |
O co |
Rest | 31,5 | 6,2 | 1 | 3160 | 982 | 41,0 | 40,8 | 44,0 |
ex» K> |
Rest | 31,5 | 6,2 | 3 | 2110 | 1038 | 83,8 | 29,8 | 59,1 |
CO
">* |
Rest | 31,5 | 6,2 | 1410 | 1093 | 139,4 | 20,4 | 64,5 | |
0900 | Rest | 31,5 | 6,2 | 1760 | 649 | 96,3 | 13,2 | 38,9 | |
2653800
Bruchbelastungstests wurden an einer Vielfalt von Legierungen durchgeführt, die in den breiten Bereich der Erfindung fallen.
Es hat sich gezeigt, daß innerhalb des Bereiches der Erfindung die Eigenschaften bemerkenswert unabhängig von der Zusammensetzung
sind. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt, in welcher die Belastung bis zum Bruch über dem Larson-Miller-Parameter
(LMP) aufgetragen ist. Außerdem ist in Fig. 3 eine Kurve für die gerichtet erstarrte Legierung MAR-M200
dargestellt, bei welcher es sich um eine bekannte Superlegierung auf Nickelbasis handelt, die gegenwärtig umfangreiche Anwendung
in Gasturbinentriebwerken findet, und es ist eine Kurve auf der Grundlage von Daten aufgetragen, die aus der US-PS 2 542
entnommen sind. Die Legierungen nach der Erfindung erscheinen sowohl der herkömmlichen Superlegierung auf Nickelbasis als
auch der Legierung gemäß der US-PS 2 542 962 überlegen. Die Legierung nach der Erfindung kann mit dem Stand der
Technik folgendermaßen verglichen werden: Wählt man Be-
2 lastungebedingungen von 1406 kp/cm , erhält man Larsen-Miller-Parameterwerte
von 46,5, 51,3 und 53,4 anhand der in Fig. 3 dargestellten Kurve für die Legierung gemäß der
US-PS 2 542 962 bzw. für die Legierung AR-M200 bzw. für
die erfindungs gemäße Legierung. Wenn man eine Testtemperatur von 982 C annimmt, erhält man eine Lebensdauer bis zum
Bruch (B.L.) von 3,7, 501 und 4250 Stunden für die Legierung gemäß der US-PS 2 542 962 bzw. für die Legierung MAR-M200
bzw. für die Legierung nach der Erfindung. Es ist somit zu erkennen, daß die Legierung nach der Erfindung dem Stand
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- YT-
ίο
der Technik beträchtlich überlegen ist.
Die Legierung nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Gasturbinentriebwerksteilen, beispielsweise
von Lauf- und Leitschaufeln.
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Claims (8)
1. Eutektische Stoffverbindung,, dadurch gekennzeichnet, daß
sie bei gerichteter Erstarrung eine Struktur mit einem
duktilen Grundgefuge bildet, die die /"-Phase (Nickel, feste
Lösung) in durchgehender Form und eine faserige, duktile,
verstärkende oC-(Molybdän , feste Lösung)-Phase enthält,
wobei ihr Gebiet durch die in Fig. 1 angegebenen Punkte
a-b-c-d definiert ist und wobei die Verbindung folgenden
Gehalt an Ni, Mo und Al an diesen Punkten enthält:
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das duktile Grundgefuge außerdem etwa 20 bis etwa 80 Vol.-%
der ^-(Ni0Al)-Phase enthält und daß die Verbindung durch die
3
Punkte b-d-e-f in Fig. 1 folgendermaßen definiert ist:
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3. Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 40 Atom-% des Nickels durch eine gleiche Atommenge
eines Elements ersetzt worden sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Co und Fe und Gemischen derselben besteht.
4. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bis zu 1 Atom-% des Nickels durch eine gleiche Menge an Kohlenstoff ersetzt worden sind.
5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß
bis zu T5 Atom-% der Summe aus Nickel und Molybdän durch eine gleiche Atommenge eines Elements ersetzt worden sind,
das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cr, Re, Ta, Nb und W und Gemischen derselben besteht.
6. Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß
bis zu etwa 10 Atom-% der Summe des Nickels, Molybdäns und Aluminiums durch eine gleiche Atommenge eines Elements
ersetzt worden sind, das aus der Gruppe ausgewählt worden ist, die aus Ti, Hf und Zr sowie Gemischen derselben besteht.
7. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bis zu 5 Atom-% der Summe des Nickels , Molybdäns und
Aluminiums durch eine gleiche Atommenge von Vanadium ersetzt worden sind.
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8. Gerichtet erstarrte Gasturbinenschaufel, dadurch gekennzeichnet,
daß sie die eutektische Stoffverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
US05/650,474 US4111723A (en) | 1976-01-19 | 1976-01-19 | Directionally solidified eutectic superalloy articles |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2659800A1 true DE2659800A1 (de) | 1977-07-21 |
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DE19762659800 Withdrawn DE2659800A1 (de) | 1976-01-19 | 1976-12-31 | Eutektische stoffverbindung |
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