DE2830946A1

DE2830946A1 - Superlegierung auf nickelbasis und gegenstand daraus

Info

Publication number: DE2830946A1
Application number: DE19782830946
Authority: DE
Inventors: Jun Leo Buchakjian; Thomas Tom; Carl Stephen Wukusick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-10-17
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1979-04-19
Also published as: JPS5458621A; GB1562082A; FR2406001B1; IT7825637A0; FR2406001A1

Description

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Superlegierung auf Wickelbasis und Gegenstand daraus

Die Erfindung betrifft eine Superlegierung auf Nickelbasis sowie einen daraus gegossenen Gegenstand und sie betrifft im besonderen einen solchen Gegenstand mit einer gerichtet orientierten Kornstruktur und einer verbesserten Kombination aus Gießbarkeit und mechanischen Eigenschaften, insbesondere in der Querrichtung.

Um die gestiegenen Anforderungen an Legierungsgußkörper in neueren Gasturbinen zu erfüllen, ist die gerichtete Orientierung der Kornstruktur in einem Gegenstand für erforderlich angesehen worden. Eine solche Struktur kann nach verschiedenen Verfahren erhalten werden, die allgemein als gerichtetes Erstarren bezeichnet sind. Verglichen mit dem üblichen Gießen führen Gegenstände_y die durch gerichtetes Erstarren aus Legierungen erhalten worden sind, zu einer verlängerten Lebensdauer, einer verbesserten Duktilität in der Längsrichtung und einer deutlichen Verbesserung hinsictfcLich der Beständigkeit gegenüber thermischer Ermüdung. Bei Versuchen, die Festigkeit solcher Legierungen zu verbessern, haben sich jedoch Probleme hinsichtlich.der Gießbarkeit und gewisser mechanischer Eigenschaften, insbesondere in einer Querrichtung ergeben.

Obwohl eine Anzahl von Superlegierungen auf Nickelbasis bekannt ist, die besonders brauchbar ist zum gerichteten Erstarren, haben sich bei ihnen doch gewisse unerwünschte Charakteristika für ausgewählte Höchtemperaturanwendungen unter schwierigen Belastungsbedingungen ergeben. So erwiea sich die in der US-PS 3 887 363 beschriebene Legierung, die eine hohe Festigkeit in der Wachstumsrichtung aufweist, aufgrund von Korngrenzenschwäche als in der Querrichtung beschränkt belastbar. Diese Legierung erwies sich

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daher als besonders anwendbar in Form einkristalliner Gegenstände, nicht jedoch als gerichtet erstarrter Gußkörper mit einer Vielzahl von Säulenkristallen in Form komplexer, einen Kern aufweisender Turbinenschaufeln für Strahltriebwerke, da zu viele Korngrenzenrisse auftraten. Nach Entfernung der Kerne weisen diese Turbinenschaufeln komplexe innere Kühlluft-Durchgänge oder Hohlräume auf. Es waren daher deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Gießbarkeit erforderlich.

Gemäß -einer Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Legierung, aus der der verbesserte luftgekühlte gegossene Gegenstand hergestellt wird, im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gew.-?:

3 -10 Cr, 10 - 13 Co, 5-6 Al, 5 - 7 Ta, bis zu etwa 2 Ti, bis zu etwa 2,5 V, 0,5 - 10 Re, etwa 3 - 7 W, 0,5 - 2 Mo, etwa 0,5 2 Hf, etwa 0,01 - 0,15 C, etwa 0,005 - 0,05 B, bis zu etwa 0,1 Zr, bis zu etwa 1 Nb und der Rest sind im wesentlichen Nickel und' zufällige Verunreinigungen, wobei der Kobaltgehalt im Bereich von 11 bis 13 Gew.-? liegt, wenn Aluminium in einer Menge von mehr als 5,5 ? vorhanden ist oder wenn der Wolframgehalt mindestens etwa 5 % beträgt, und die Legierung schließt etwa 64 Vol.-? an Gamma'-Phase ein.

Für weniger komplexe luftgekühlte Gegenstände besteht die Legierung im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gew.-?:

4-9 Cr, 10 - 13 Co, 5-6 Al, 5-7 Ta, bis zu etwa 2 Ti, bis zu etwa 2,5 V, 2-6Re, 3-6 W, 0,5-2Mo, etwa 0,5 - 2 Hf, etwa 0,01 - 0,1 C, etwa 0,005 - 0,05 B, bis zu etwa 0,1 Zr, bis zu etwa 1 Nb und der Rest sind Nickel und zufällige Verunreinigungen, wobei der Kobaltgehalt zwischen etwa 11 und 13 % liegt, wenn Aluminium mit mehr als 5_S5 % oder wenn Wolfram mit mindestens 5 % vorhanden ist und die Legierung etwa 64-68 Vol.-? an Gamma'-Phase enthält.

Für komplexere luftgekühlte Gußgegenstände, wie Turbinenschaufeln mit sehr komplexen inneren Durchgängen besteht eine besonders bevorzugte Legierung innerhalb des weiten Bereiches im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen in Gew.-?:

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4,5 - 5,5 Cr, 11,5 - 12,5 Co, 5,3 - 5,8 Al, 5,5 - 6,5 Ta, 1,5 2,5 V, 2,5 - 3,5 Re, 4,5 - 5,5 W, 0,5 - 1,5 Mo, 1,0 - 1,7 Hf, 0,04 - 0,08 C, 0,01 - 0,02 B, 0,01 - 0,05 Zr und der Rest and in wesentlichen Nickel und zufällige Verunreinigungen, wobei maximal ■ etwa 0,1 Gew,-$ Ti vorhanden ist und die Legierung

etwa 64 - 68 Vol.-% an Gamma¹-Phase einschließt.

In der Zeichnung sind dargestellt:

In Figur 1 ein graphischer Vergleich der Belastungsbrucheigenschaften einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung mit der Bezeichnung DS 392 mit Gegenständen, die aus Legierungen aus dem Stand der Technik gegossen wurden und

in Figur 2 eine graphische Darstellung der Zugfestigkeit einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung mit der Bezeichnung DS 392.

Bei der Auswertung einer Vielfalt von Legierungen zur Verwendung für die Herstellung von Turbinenschaufeln für Gasturbinen wurde das Problem der Verschlechterung der Gießbarkeit mit zunehmender Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erkannt. Im besonderen wurden bei einigen festeren Legierungen, die mittels gerichteter Erstarrung gegossen waren₃ das Auftreten von Rissen an Korngrenzen beobachtet. Als Ergebnis einer Reihe von Untersuchungen wurde ein System zur Bewertung der Gießbarkeit' ausgewählt, wie es in der folgenden Tabelle I gezeigt ist.

Tabelle I Bewertung der Gießbarkeit

A - keine Risse bzw. Brüche

B - kleiner Riß bzw. Bruch an der Spitze, der weniger als

etwa 13 mm lang ist oder in der Startzone C - ein großer Riß bzw. Bruch, der mehr als etwa 13 mm lang ist,

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Tabelle I (Portsetzung) Bewertung der Gießbarkeit

D - zwei oder drei Risse oder Brüche E - mehrere Risse oder Brüche, und zwar mehr als drei und

weniger als acht und
P - viele Risse oder Brüche - an den meisten Korngrenzen.

Der Gießbarkeitstest für das vorgenannte Bewertungssystem wurde in einem rohrförmigen Tiegel ausgeführt, in dem ein Keramikrohr geringeren Durchmessers angeordnet war, von dem die unteren etwa 2,5 cm geschlitzt waren. Dieses Keramikrohr wurde mit geeigneten Abstandshaltern innerhalb des äußeren Kegels gehalten. Die zu untersuchende Legierung wurde in Form eines Stabes mit einem Durchmesser von etwa 11,1 mm (entsprechend 7/16 Zoll) innerhalb des Keramikrohres angeordnet und das Ganze in einer Vorrichtung angeordnet, in der man ein gerichtetes Erstarren ausführen konnte. Das Schmelzen des Legierungsstabes führte zur Ausfüllung des Raumes zwischen dem äußeren Rohr oder Tiegel und dem Keramikrohr mit flüssiger Legierung und während des gerichteten Erstarrens verfestigte sich die Legierung auf dem Keramikrohr. Nach Entfernung des Keramikrohres mit der darauf befindlichen Legierung wurden die Beobachtungen durchgeführt und die Bewertungen gemäß Tabelle I vorgenommen.

Während der Auswertung der vorliegenden Erfindung wurde eine weite Vielfalt von Legierungszusammensetzungen erschmolzen und auf die Gießbarkeit und die verschiedenen mechanischen Eigenschaften sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit untersucht. In der folgenden Tabelle II sind die nominellen Zusammensetzungen der Legierungen aufgeführt, die als typisch für die erschmolzenen und untersuchten Legierungen ausgewählt sind, In der danach folgenden Tabelle III ist der Nominalgehalt an Gamma¹-Phase mit der Gießbarkeit und der Belastungsbruchfestigkeit verglichen. Der angegebene Gehalt an Gamma¹-Phase wurde durch Phasenextraktionen bestimmt, die zu verbesserten Berechnungen zur Bestimmung der

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Gamma'-Phase unter Verwendung eines Computerprogrammes führten, das auf der Elementverteilung beruhte.

TABELLE II NOMINELLE ZUSAMMENSETZUNG IN GEW.-üE

5 Cr, 0,06 C, 0,015 B, 0,02 bis 0,03 Zr, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen

Legie rung	Co	Al	Ta	V	Re	W	Mo	Hf	errechnete Nominal- Tf' . Phase ^Tl (±i voi.-sn
341	3,5	5,8	8	2,5	3	3	-	1,0	67
381	3,5	5,5	7	2,2	3	3	-	1,5	63
383	3,5	5,5	6	2,2	3	3	1	1,5	62
385	3,5	5,5	6	2,2	3	4	1	1,5	63
386	3,5	5,5	6	2,2	3	5	1	1,5	64
391	7	5,5	6	2,2	3	5	1	1,5	65
. 392	10	5,5	6	2,2	3	5	1	1,5	66 *
394	10	5,8	8	2,5	3	3	-	1,2	68
397	8,5	5,5	6	2,2	3	5	1	1,5	65
398	8,5	5,5	6	2,2	3	4,5	1	1,5	63
399	8,5	5,5	6	2,2	3	5	-	1,5	64
423	10	5,5	6	2,2	-\	8	1	1,5	66
424	10	5,5	6	1,1	3	5	1	1,5	1,1 68
425	10	5,5	6	-	3	5	1	1,5	2,1 70
392A	12	5,5	6	2,2	3	5	1	1,5	66
428	10	5,8	6	1,6	3	5	1	1,5	66
433	12	5,8	6	1,6	3	5	1	1,5	- 66
434	14	5,8	6	1,6	3	5	1	1,5	66

It sowohl nach Phasenextraktion als auch Berechnung.

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Tabelle III

Festigkeits-	und Gießbarkeitsdaten	Belastungs	Zustand
		bruch bei	wie D-S
		90O⁰C und _? 42,2 kg/mm	wie D-S
Nominal- VnI -1	Gießbar	nach Stunden	A
V \J JL · /U Hl·¹ -Phase	keit	170	A
67	E	21	A
63	A-B	15	A
62	B	92	A
63	A-B	178	B
64	C-D	368	B
65	D-E	234	A
66	A-B	134	A
68	E-F	162	A
65	D-E	201	A
63	D-E	81	A
64	A-B	112	A,B
66	E	242	B
68	E	208	B
70	D-E	200	B
66	A	182
66	C-D	177 '
66	A-B	194
66	C

gerichtet erstarrte Legierung

391 392 394 397 398 399 423 424

392A

^Zustand A - vollständiges Lösungsglühen bei 129O°C

B - partielles Lösungsglühen für 1/2 Stunde bei 1205°C D-S gerichtet erstarrt

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In dieser Gruppe von Legierungen, die vorgesehen waren für ein Giessen mit gerichteter Erstarrung, wurden die Korngrenzenverfestiger C, B, Zr und Hf in folgenden Gewichtsbereichen gehalten:

1 bis 2 % Hf, 0,01 bis 0,2 % C, 0,01 bis 0,05 % B und bis zu 0,05 % Zr, um ein Korngrenzenreissen bzw. -brechen zu verhindern. Für diese Auswertungsphase wurde besonders der nominelle Bereich von etwa 0,06 % C, 0,015 % B und 0,03 * Zr ausgewählt, wobei Hf zwischen 1,0 und 1,5 % variiert wurde. In solchen Legierungen wurde Cr im Bereich von 3 bis 10 % und mehr im besonderen bei etwa 5 % gehalten, Re wurde im Bereich von bis zu 10 % und mehr im besonderen bei etwa 3 % gehalten.

Ein Vergleich der Pestigkeits- und Gießbarkeitsdaten der Tabelle III zeigt die kritische Wirkung des Kobalts auf die Gießbarkeit. So schließen z. B. die Legierungen von 3¹Il bis 391 Kobalt im Bereich von bis zu 7 Gew.-% ein, während die anderen Legierungen Kobalt in größeren Mengen aufweisen. In den schwächeren Legierungen 381, 383, 385 und 399 ist ein höherer Grad der Gießbarkeit vorhanden. Wenn jedoch in diesen Legierungen der Gehalt an gamma'-Phase auf über 63 % erhöht wird, um die Legierung zu verfestigen, wie sich durch die verlängerte Lebensdauer beim Belastungsbruchtest zeigt, dann tritt eine deutliche Veränderung bei der Gießbarkeit auf. Die kri/tische Bedeutung des Kobalts beim Verfestigungsmechanismus nach der'vorliegenden Erfindung zeigt sich durch einen Vergleich der Legierungen 391, 392 und 392A, bei denen der einzige Unterschied in der Zusammensetzung der ist, daß die Legierung 391 7 % Co, die Legierung 392 10 % Co-und die Legierung 392A 12 % Co enthält. Obwohl die Legierung 391 eine längere Lebensdauer beim Belastungsbruchtest hat, ist ihre Gießbarkeit nicht annehmbar. Der ungewöhnliche und unerwartet kritische Bereich des Kobalts in der vorliegenden Erfindung ergibt sich deutlich aus einem Vergleich der Legierungen 428, 433 und 434 in den Tabellen II und III. In der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die Gießbarkeit durch eine geringe Änderung im Aluminiumgehalt beeinflußt werden kann, wäh-

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rend der Gehalt an gamma¹-Phase im wesentlichen unverändert gehalten wird, z.B. durch Einstellung des V-Gehaltes. Um die Empfindlichkeit im Hinblick auf das Kobalt zu veranschaulichen,wird auf die Legierungen 428, 433 und 434 hingewiesen, bei denen eine Grundlegierung mit 5₃8 % Al und 1,6 % V benutzt wurde, während die anderen Elemente in Übereinstimmung mit der Legierung 392 gehalten wurden, einschließlich eines Nominal-Gamma¹-Phasengehaltes von etwa 66 Vol.-%. Wie sich aus den Ergebnissen der Tabelle III ergibt, muß der Kobaltgehalt größer als 10 % sein, wenn der Aluminiumgehalt größer als etwa 5,5 % ist, um die zur Herstellung komplexer luftgekühlter Gegenstände, wie Turbinenschaufeln erforderliche Gießbarkeit aufrechtzuerhalten. Wie sich aus den genannten Daten der Tabelle III ergibt, beträgt ein bevorzugter Nominalgehalt an Kobalt etwa 12 %, wobei der Gehalt an Kobalt von 14 % in der Legierung 434 zu einer deutlich verschlechterten Gießbarkeit geführt hat. Die vorliegende Erfindung definiert daher den kritischen Kobaltgehalt als 11 - 13 %» wenn der Aluminiumgehalt größer als etwa 5,5 % ist. Eine derart drastische Veränderung in der Gießbarkeit aufgrund einer geringen Änderung im Kobalt- oder Aluminiumgehalt war vor der vorliegenden Erfindung nicht vorhersagbar.

Wenn Wolfram im Bereich von 5 bis 7 Gew.-% zusammen mit 1 Gew.-% Molybdän vorhanden ist, ist eine deutlich größere Kobaltmenge erforderlich. Aus diesem Grunde ist wegen der Anwesenheit von Molybdän in der Legierungszusammensetzung das Kobalt im Bereich von 11 - 13 % für verbesserte Gießbarkeit mit 5 ~ 7 % W vorhanden. Aber selbst bei den höheren Kobaltanteilen im Rahmen der vorliegenden Erfindung führt der Einschluß großer Mengen von die Gamma¹-Phase verstärkenden Elementen, wie Al, Ta und V, um einen Gehalt an Gamma¹-Phase von etwa 68 % oder mehr zu erzeugen, zu einer Legierung sehr schlechter Gießbarkeit, wie sich aus einem Vergleich der Legierungen 392 und 394 ergibt. Das Element Wolfram wird im Bereich von 3 bis 7 Gew.-% eingesetzt, weil mindestens etwa 3 % für die Festigkeit erforderlich sind und Mengen von mehr als 7 % die Gießbarkeit bei Anwesenheit von 5 bis 7 % Ta in unannehmbarer Weise verschlechtern und außerdem zu einer instabilen Legierung führen.

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Eine Betrachtung einiger der Daten der Tabellen II und III könnte zu der Schlußfolgerung führen, daß es wegen seiner nachteiligen Wirkung auf die Gießbarkeit besser sei, das Molybdän wegzulassen. Ein Vergleich zwischen den Legierungen 392, 398 und 399 zeigt jedoch die merkliche Wirkung, die eine geringe Menge Molydän auf die Belastungsbrucheigenschaften der Legierungen haben kann. Deshalb wird das Molybdän in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-% und vorzugsweise von 0,5 bis 1,5 % eingesetzt, solange Kobalt im Rahmen von etwa 10 bis 13 % vorhanden ist.

Das Element Kohlenstoff wird in der vorliegenden Erfindung in einer Menge von etwa 0,02 bis 0,15 Gew.-% eingesetzt, da höhere Kohlenstoffgehalte zur starken Bildung sogenannter "script"· artiger Carbide führen und die Ermüdungseigenschaften verschlechtern können. Kohlenstoff wirkt als Korngrenzenverfestiger und verbessert die Gießbarkeit. Scriptartige Karbide sehen bei großer Vergrößerung wie chinesische Schriftzeichen aus. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß hinsichtlich der Kombination aus Festigkeit und Gießbarkeit für Legierungen, die zur Herstellung gerichtet erstarrter, säulenförmige Körner aufweisender Gußkörper, die aufgrund komplexer innerer Hohlräume Risse bekommen können, eingesetzt werden sollen, eine ungewöhnliche und unerwartete Reihe kritischer Faktoren existiert. Durch die vorliegende Erfindung wird ein gerichtet erstarrter Gußkörper aus einer Legierung auf Nickelbasis definiert, der eine verbesserte Kombination von Gießbarkeit und mechanischen Eigenschaften als Ergebnis der Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

Für gerichtet erstarrte Gußkörper einer komplexen, einen Kern aufweisenden Konfiguration ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die folgende Nominalzusammensetzung in Gew.-% besonders bevorzugt.für die die Legierung 392A ein Beispiel ist:

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4,5 bis 5,5 Chrom, 11,5 bis 12,5 Kobalt, 5,3 bis 5,8 Aluminium, 5,5 bis 6,5 Tantal, 1,5 bis 2,5 Vanadium, 2,5 bis 3,5 Rhenium, 4,5 bis 5,5 Wolfram, 0,5 bis 1,5 Molybdän, 1,0 bis 1,7 Hafnium, 0,04 bis 0,08 Kohlenstoff, 0,01 bis 0,02 Bor, 0,01 bis 0,05 Zirkonium und der Rest sind im wesentlichen Nickel und zufällige Verunreinigungen, wobei die Legierung weiter durch einen Gehalt an gamma'-Phase im Bereich von 64 bis 68 Vol.-? charakterisiert ist.

Die verbesserten Belastungsbrucheigenschaften eines gerichtet erstarrten Gegenstandes im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind in der graphischen Darstellung der Figur 1 gezeigt, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (D.S. 392) mit gerichtet erstarrten Gegenständen aus zwei kommerziell erhältlichen Legierungen (MAR-M200 + Hf und Rene'80) verglichen ist, die bei der Herstellung von Gasturbinen eingesetzt werden. Die erstgenannte — .

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kommerziell erhältliche Legierung hat die folgende nominelle Zusammensetzung in Gew.-#:

0,15 C, 9 Cr, 10 Co, 12 W, 5 Al, 2 Ti, 1 Nb, 2 Hf, 0,015 B, 0,05 Zr und der Rest ist im wesentlichen Nickel, während die zweite kommerziell erhältliche Legierung die folgende Zusammensetzung in Gew.-% hat:

0,17 C, 14 Cr, 9,5 Co, 4 Mo, 4 W, 5 Ti, 3 Al, 0,015 B, 0,03 Zr und als Rest im wesentlichen Nickel. Wie sich der Figur 1 entnehmen lässt, hat ein gerichtet erstarrter Gegenstand aus der in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallenden Legierung 392 deutlich bessere Belastungsbrucheigenschaften als Gegenstände, die durch gerichtete Erstarrung oder übliches Giessen aus den vorgenannten kommerziell erhältlichen Legierungen erhalten wurden. In der Darstellung der Figur 1 ist der übliche Larsen-Miller-Parameter benutzt worden.

Auf Grund einer ungewöhnlichen und unerwarteten Zusammenstellung von Elementen schafft die vorliegende Erfindung eine Legierung, die zu einem gerichtet erstarrten Gusskörper verarbeitet werden kann, der eine ungewöhnliche Kombination von Giessbarkeit und Belastungsbrucheigenschaften aufweist. Gleichzeitig weist er andere angemessene Eigenschaften, z.B. Zugeigenschaf ten,auf, wie sich aus der graphischen Darstellung der Figur 2 ergibt. Die Elemente Hf, C, B und Zr werden innerhalb ihrer angegebenen Bereiche eingesetzt wegen ihrer Wir~ kung auf die Korngrenzeneigenschaften. Der Kohlenstoff wird z.B. verwendet, um die Korngrenzen und die Eigenschaften in der Querrichtung zu verbessern. Bor wird verwendet, um die Korngrenzen zu festigen, hafnium setzt man wegen seiner Wirkung auf die Korngrenzenerstarrung ein und Zirkonium wegen seiner Wirkung auf die Korngrenzeneigenschaften, obwohl seine Wirkung weniger ausgeprägt ist als die von Hafnium, Kohlenstoff und Bor.

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Kobalt wird in einem besonders kritischen Bereich eingesetzt wegen seiner Wirkung auf die Gießbarkeit in Kombination mit den verfestigenden Elementen Wolfram und Molybdän. Wolfram, von dem sich etwa diu Hälfte als Gamma¹-Phasenbildner abteilt, verbessert die Gießbarkeit und sorgt für eine äquivalente Festigkeit. Im Gegensatz dazu verschlechtert Molybdän die Gießbarkeit, obwohl es die Festigkeit beizubehalten hilft, da es sich auch etwa -zur Hälfte als Gamma'-Phasenbildner abteilt. Die ungewöhnliche und unerwartete Wechselbeziehung zwischen den Mengen von Wolfram, Molybdän und Kobalt, die unter Bezugnahme auf die Tabellen II und III diskutiert wurde, sorgt für die ungewöhnlichen Eigenschaften der Legierungen bzw. Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das Element Niob kann al3 teilweiser Ersatz für Tantal in einer Menge bis zu etwa 1 Gew.-ί eingesetzt werden, obwohl die Anwesenheit von Niob nicht bevorzugt ist, da es die Schmelztemperatur rascher verringert als Tantal.

Wie in der US-PS 3 887 363 ausgeführt, wirkt Rhenium als Verfestiger der festen Lösung in der Art von Superlegierung auf Nickelbasis, auf die sijh die vorliegende Erfindung bezieht. Rhenium wird in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-J in der Legierung bzw. den Gegenständen der vorliegenden Erfindung eingesetzt.

Die Zunahme der Menge an Gamma¹-Phase führt zu einer Zunahme der Festigkeit, da die Gamma¹-Phase die Ausscheidungshärtung bewirkt. In dem Maße, wie die Gamma¹-Phase zunimmt, steigt jedoch die Menge an Eutektikum und die Gießbarkeit verringert sich, so daß der Anteil an Gamma'-Phase gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich von etwa 64 - 68 Vol.-? gehalten wird, obwohl für viele moderne Superlegierungen der Trend dahin geht, den

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Anteil an Gamma¹-Phase über diese Grenze hinaus zu erhöhen. Viele moderne Superlegierungen weisen auch beträchtliche Mengen an Chrom wegen seiner Wirkung auf die Oxidationsbeständigkeit auf. In der vorliegenden Erfindung ist jedoch erkannt worden, daß, obwohl weniger als etwa 3 Gew.-% Chrom zu wenig für eine angemessene Oxydationsbeständigkeit sind, mehr als 10 Gew,-# Chrom die Stabilität beeinflussen und die Festigkeit in den Legierungen bzw. Gegenständen der vorliegenden Erfindung verringern.

Die .hauptsächlichen Gamma¹-Phasenbildner in der Legierung sind Al, Ta, V und höchstens sehr geringe Mengen Ti. Der Aluminiumgehalt muß hoch genug sein, um die Ni,Al(Gamma')-Struktur zu stabilisieren. Zusätze von Ta, V und Ti können das Aluminium ersetzen und festigen daher die Struktur. Tantal und Vanadium sind Titan gegenüber bevorzugt, weil Titan mehr als Tantal und Vanadium zur Segregation von Dendriten führt und somit zur Bildung großer Mengen von Eutektikum. Dies führt zu einer verschlechterten Gießbarkeit. Der Einsatz von Titan anstelle von Vanadium in der Legierung verursacht eine Verschlechterung der Gießbarkeit und bei hohem Titangehalt (2 %) eine Verringerung der Festigkeit, wie die folgende Tabelle IV zeigt. Titan ist daher nicht bevorzugt als Zusatz. Wird der Vanadiumgehalt verringert, dann können bis zu etwa 2 Gew.-% Titan für einige Anwendungen, wie weniger komplexe Gußkörper, toleriert werden.

Vanadium wird auf etwa 2 1/2 Gew.-% in der Legierung begrenzt, weil größere Mengen die Beständigkeit gegenüber Oxydation und Hitzekorrosion verringern.

Es wurde auch ein Vergleich der Belastungsbruchfestigkeit und der Giessbärkeit für variierende Mengen von Wolfram und Rhenium ausgeführt, um Rhenium durch mehr Wolfram zu ersetzen. Die Ergebnisse der Tabelle V von Gusskörpern der gerichtet erstarrten Legierung 423 mit 8 Gew.-Ϊ Wolfram und ohne Rhenium haben jedoch schlechte Belastungsbrucheigenschaften und eine schlechte Giessbärkeit, verglichen mit Gusskörpern aus gerichtet erstarrter Legierung 392, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist*

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	Gew.-?	TABELLE IV	Belastungsbruch bei 980 0,724,6 kg/mm nach Stunden
	V Ti	Giessbarkeit	130 124 87
Legierung	2,2 1,1 1,1 2,1	A-B E D-E
392 H₂H 425

	Gew.	/o	VoI.-	TABELLE V	Belastungebruch _P bei 900 C//42,2 kg/ mm nach Stunden
	Re	W	T	% Giessbarkeit	234 112
Legierung	3	5 8	66 66	A-B E
392 423

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Claims

Patentansprüche

1. Superlegierung auf Nickelbasis zur Verwendung beim Gießen eines gerichtet erstarrten Gegenstandes, der einen komplexen inneren Durchgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus folgenden Bestandteilen in Gew.-# besteht:

3-10 Cr, 10 - 13 Co, 5-6 Al, 5-7 Ta. bis zu 2 Ti, bis zu 2,5 V, 0,5 - 10 Re, 3 --7 W, 0,5 - 2 Mo, 0,5 - 2 Hf, 0,01 0,15 C, 0,005 - 0,05 B, bis zu 0,1 Zr, bis zu 1 Nb und der Rest sind Nickel und zufällige Verunreinigungen, wobei der Kobaltgehalt zwischen 11 und 13 % liegt, wenn der Aluminiumgehalt größer als 5,5 % ist oder wenn Wolfram mindestens zu 5 % vorhanden ist und die Legierung 64 bis 68 Vol.-$ Gamma¹-Phase enthält.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Chrom im Bereich von 4-9 Gew.-%, Rhenium im Bereich von 2-6 Gew.-%, Wolfram im Bereich von 3-6 Gew.-% und Kohlenstoff im Bereich von 0,01 - 0,1 Gew.-% vorhanden sind.

3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus folgenden Bestandteilen in Gew.-% besteht:

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4,5 - 5,5 Cr, 11,5 - 12,5 Co, 5,3 - 5,8 Al, 5,5 - 6,5 Ta, 1,5 - 2,5 V, 2,5 - 3,5 Re, 4,5 - 5,5 W, 0,5 - 1,5 Mo, 1,0 - 1,7 Hf, 0,04 - 0,08 C, 0,01 - 0,02 B, 0,01 0,05 Zr und der Rest sind Nickel und zufällige Verunreinigungen, wobei der Gehalt an Gamma¹-Phase im Bereich von 64 - 68 Vol.-# liegt.

Gegossener Gegenstand aus einer Superlegierung auf
Nickelbasis mit einem komplexen Innendurchgang, einer säulenförmigen Kornstruktur und verbesserter Gießbarkeit sowie verbesserten Belastungsbrucheigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß
er aus einer Legierung nach Anspruch 1-3 hergestellt ist.

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