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Anwendungsbereich
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gegossene Abgasanlage
für Gasturbinen
oder Verbrennungsmotoren mit druckfesten Komponenten, bestehend
aus einer an der Luft geschmolzenen, vorwiegend grafit- und stickstofffreien
Gusslegierung, welche oxidations- und/oder korrosionsbeständig ist.
Das Abgassystem kann für
Gasturbinen, Benzin- und Diesel-Verbrennungsmotoren, Pumpen, Ventile,
Anschlüsse, Kompressoren
oder andere Komponenten eingesetzt werden. Ferner wird der Fertigungsprozess
für die
besagten Legierungen offen gelegt.
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JP-A-
06 093 381 und die US-Dokumente A-3 294 527 sowie A-4 585 707 stellen
Eisenlegierungen vor, die eine hohe Ni-Konzentration aufweisen und über Zusammensetzungen
verfügen,
die der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ähneln. Eine
Nutzung für
Gusskomponenten bzw. Abgassysteme wird in diesen Dokumenten nicht
erwähnt.
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Hintergrund der Erfindung
und Stand der Technik
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Bei
herkömmlichen
Ni-beständigen
Legierungen handelt es sich um stark legierte austenitische, grafithaltige
Eisen. Das Kohlenstoffniveau der Ni-beständigen
Legierungen liegt üblicherweise
im Bereich von 2,0 bis 3,0 Gew.-%; ferner liegt absichtlich Lamellengrafit
bzw. Kugelgrafit in der Mikrostruktur vor.
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Lamellengrafite
bzw. austenitischer Grauguss wurden in den 1930er Jahren entwickelt.
Später
wurde der Kugelgrafitguss erfunden und es wurden die austenitischen
Kugelgrafitguss-Klassen entwickelt.
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Die
austenitischen Kugelgrafitgusswerkstoffe verfügen im Vergleich zu den austenitischen
Graugusswerkstoffen aufgrund des Vorhandenseins einer kugel- bzw.
knotenförmigen
Grafitstruktur gegenüber
der Morphologie des Lamellengrafits über bessere mechanische Eigenschaften.
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Kugelgrafit-Partikel
sind für
die Festigkeit und die Dehnbarkeit der Legierungen weniger schädlich als Lamellengrafit-Partikel.
Die Erzeugung einer gleichmäßigen Kugelgrafit-Mikrostruktur
ist schwieriger als die Herstellung einer Lamellengrafit-Mikrostruktur.
Unzureichende Prozesssteuerung bei der Herstellung von austenitischen
Kugelgrafitgusswerkstoffen kann zu einer gemischten Mikrostruktur
aus Lamellen- und Kugelgrafit mit nachteiligen Auswirkungen auf
die erwarteten mechanischen Eigenschaften führen.
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Eine
ausreichende Kontrolle der Grafitmorphologie bei verschiedenen Gussquerschnitten
kann sich als schwierig erweisen. In dem Maße, in dem sich das Volumen-/Oberflächen-Verhältnis des
Gusses vergrößert, wird
es aufgrund der begrenzten Abkühlungsrate
schwieriger, Kugelgrafit herzustellen. Manche Gussbauteilentwürfe weisen
drastische Abweichungen bei den Übergängen zwischen
verschiedenen Querschnitten auf, die es erschweren, eine gleichmäßige Kugelgrafitmorphologie
im gesamten Guss zu erzeugen. Manche Entwürfe für Motor-Abgasanlagen sind Beispiele
für Gussvorgänge, die
einen Nutzen aus der Beseitigung der nicht ausreichenden Kontrolle
der Grafitmorphologie ziehen könnten.
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Die
mechanischen Eigenschaften solcher Legierungen können weiter verbessert und
verschiedene Probleme im Hinblick auf die Bewahrung einer guten
Grafitmorphologie können
vermieden werden, indem das Grafit entzogen wird. Dies ist einer
der Zwecke der vorliegenden Erfindung. Die in diesem Dokument vorgestellte
Legierung stellt eine Alternative zu der Molybdän-modifizierten ASTM A 439
D5B Gusslegierung dar.
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Bei
der Legierung der vorliegenden Erfindung wurde der Kohlenstoffgehalt
reduziert, sodass eher ein Stahl als ein Gusseisen hergestellt wird.
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Ferner
lässt sich
die vorgestellte Legierung leicht schweißen, wodurch sich ein unmittelbarer
Vorteil für
nachgelagerte Produktionsabläufe
ergibt.
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Zielsetzung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein hauptsächlich aus
einer grafit- und stickstofffreien Gusslegierung bestehendes Abgassystem
vorzustellen, das verbesserte mechanische Eigenschaften ohne eine Minderung
der anderen gewünschten
Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsfestigkeit, die
Hochtemperaturfestigkeit, die Oxidationsbeständigkeit und nicht-magnetische
Eigenschaften, im Vergleich zu Legierungen auf dem derzeitigen Stand
der Technik aufweist. Das Abgassystem soll leicht schweißbar mit einer
maximalen Reduzierung des Wärmeausdehnungskoeffizienten
(coefficient of thermal expansion – CTE) bei gleichzeitiger Bewahrung
einer guten Gussqualität
sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. Das Abgassystem
umfasst eine an der Luft geschmolzene, vorwiegend grafit- und stickstofffreie
Gusslegierung, evtl. durch Dispersionshärtung gealtert und insbesondere
für Gasturbinen
oder Verbrennungsmotoren geeignet sowie ferner aus einer grafitfreien
Mikrostruktur der folgenden Zusammensetzung bestehend:
| Kohlenstoff | max.
0,4 Gew.-% |
| Silizium | 0,5
bis 5,5 Gew% |
| Mangan | 0,1
bis 1,5 Gew.-% |
| Phosphor | 0,01
bis 0,08 Gew.-% |
| Nickel | 13
bis 38 Gew.-% |
| Chrom | 0,5
bis 6 Gew.-% |
| Molybdän | 0,1
bis 4 Gew.-% |
| Schwefel | max.
0,12 Gew.-% |
| Stickstoff | max.
0,02 Gew.-% |
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Eisen,
abgesehen von den optionalen Anteilen weiterer Legierungselemente
wie nachfolgend angegeben, Gleichgewicht
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Die
optionalen weiteren Legierungselemente können maximal 1 Gew.-% Kupfer
bzw.
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Kupfer
im Bereich von 0,5 bis 8 Gew.-% enthalten; die Nickelkonzentration
in dieser Legierung liegt im Bereich von 13 bis 22 Gew.-%.
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Die
weiteren optionalen Legierungselemente können in einer besonderen Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung folgende Stoffe enthalten:
| Niob | 1
bis 5 Gew.-% |
| Titan | höchstens
1 Gew.-% |
| Aluminium | höchstens
1 Gew.-%. |
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In
einer anderen besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die weiteren optionalen Legierungselemente folgende Stoffe enthalten:
| Niob | höchstens
2 Gew.-% |
| Wolfram | höchstens
4 Gew.-% |
| Zirkon | höchstens
1 Gew.-% |
| Vanadium | höchstens
1 Gew.-% |
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Ferner
wird ein Verfahren zur Herstellung der Legierungszusammensetzung
vorgestellt, bei dem die besagte Gusslegierung durch Dispersionshärtung von
Ni3 [Al, Ti], Ni3 [Nb,
Al, Ti] oder Ni3Nb aushärtet.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung der Zusammensetzung
vorgestellt, bei dem die besagte Legierung durch Dispersionshärtung von
Mo2C aushärtet.
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In
einer weiteren besonderen Ausführungsart
wird ein Verfahren für
die Herstellung der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung vorgestellt,
bei dem die besagte Legierung nicht durch Alterung und Dispersionshärtung aushärtet.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Bei
manchen Anwendungen wird die gewünschte
grafitfreie Mikrostruktur durch eine Begrenzung des Kohlenstoffgehalts
der Legierung auf ein sehr geringes Niveau erzeugt, sodass hierdurch
im Wesentlichen kohlenstofffreie Versionen der Legierung vorliegen.
Bei anderen Anwendungen ist eine Aushärtung der festen Lösung der
Legierungen durch Kohlenstoff auf einem Zwischengitterplatz wünschenswert.
Ein jeweiliger Kohlenstoffgehalt bis zur Löslichkeitsgrenze wird für jede spezifische
Zusammensetzung vorgesehen. Die grafitfreien Legierungen der vorliegenden
Erfindung werden eher als hochlegierte Stähle denn als Gusseisen klassifiziert.
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Die
Vorteile der ASTM A439-83- sowie ASTM A436-84-Legierungen bestehen
im Vergleich zu herkömmlichen
Gusseisen in der Korrosionsbeständigkeit,
in der Hochtemperaturfestigkeit und in den nicht-magnetischen Eigenschaften
für manche
Klassen. Keines dieser Attribute sollte durch den Entzug des Grafits
aus der Mikrostruktur beeinflusst werden. Die Matrix der herkömmlichen
Ni-beständigen Legierung
wird so weit wie möglich übernommen,
um hierdurch zu gewährleisten,
dass diese Attribute bewahrt werden.
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Für die ersten
Versuche wurde eine modifizierte D5B-Legierung mit einem Gehalt
von 1 Gew.-% Mo gewählt.
Es wurde eine kohlenstofffreie Version dieser Anfangszusammensetzung
hergestellt. Diese Legierung wurde für die experimentelle Identifizierung
mit DX35BM bezeichnet. Modifizierte
D5B-Zusammensetzung (D5Bw/Mo
| Kohlenstoff | 2,4
Gew.-% |
| Silizium | 1
bis 2,8 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,08 Gew.-% |
| Nickel | 34–36 Gew.-% |
| Chrom | höchstens
0,1 Gew.-% |
| Molybdän | 1
Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Kohlenstofffreie
DX35BM-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung
| Kohlenstoff | höchstens
0,1 Gew.-% |
| Silizium | 1,00
bis 2,8 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,00 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Nickel | 34
bis 36 Gew.-% |
| Chrom | 2,00
bis 3,00 Gew.-% |
| Molybdän | 0,7
bis 1 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Die
versuchsweise Erwärmung
des DX35BM wurde mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,01 Gew.-% durchgeführt. Die
Ergebnisse im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften der kohlenstofffreien DX35BM-Legierung
sind außergewöhnlich.
Sowohl die Zugfestigkeit als auch die Dehnung entsprechen der Spezifikation
der mechanischen Eigenschaften des Abgassystems; hierbei übertrifft
das Dehnungsergebnis die Mindestspezifikation um eine breite Spanne.
Die Streckfestigkeit und die Härte
liegen jedoch unterhalb der spezifizierten Mindestanforderung. Versuchsweise
Erwärmungen
mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 Gew.-% zeigten, dass die Mindeststreckfestigkeit
des Abgassystems mit einer nur geringfügigen Erhöhung des Kohlenstoffniveaus
erreichbar ist. Das Kohlenstoffniveau musste weiter erhöht werden,
um die spezifizierte Mindesthärte
zu erreichen.
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Eine
weitere versuchsweise Erwärmung
wurde mit einem anvisierten Kohlenstoffgehalt von 0,25 Gew.-% durchgeführt. Sämtliche
mechanischen Eigenschaften bei dieser Erwärmung erfüllten die Spezifikation für Abgassystem-Komponenten,
die für
D5B m/Mo-Legierungen gefordert sind, und übertrafen sogar die geforderten
Mindestwerte um eine beträchtliche
Spanne.
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Die
Erhöhung
des Kohlenstoffgehalts ist ausreichend, um die Streckfestigkeit
und die Härte
der Matrix zu erhöhen;
dies erfolgt jedoch unterhalb eines Niveaus, das zu einer zweiten
Phase in der Mikrostruktur führen
würde. Grafitfreie
DX35BM-Zusammensetzung
| Kohlenstoff | 0,2
bis 0,4 Gew.-% |
| Silizium | 1,00
bis 2,8 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,00 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Nickel | 34
bis 36 Gew.-% |
| Chrom | 2,00
bis 3,00 Gew.-% |
| Molybdän | 0,7
bis 1 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Es
wurden zwei Tabellen erstellt, von denen die eine die typischen
mechanischen Eigenschaften von D5, D5B und DX35BM sowie die andere
die Eigenschaften bei erhöhter
Temperatur von D5B, D5B-Mo sowie DX35BM angibt.
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Der
Wärmeausdehnungskoeffizient
sowie das Elastizitätsmodul
des DX35BM liegen nahe bei den Werten des D5B m/Mo im gesamten Betriebstemperaturbereich
des Motors. Dies stellt aufgrund der zu bedenkenden thermischen
Belastungen einen bedeutenden Faktor für die Nutzung der Legierung
dar.
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Die
Eigenschaften bei Raumtemperatur wurden deutlich verbessert, jedoch
verringerten sich die Vorzüge
des DX35BM bei steigenden Temperaturen im Vergleich zum D5B m/Mo.
Die Zugfestigkeit des DX35BM bei 540°C (1000°F) übertrafen die entsprechenden
Eigenschaften des D5B (m/Mo) nur in geringem Maße. Diese Ergebnisse wurden
durch Versuche am Probestück
bestätigt;
DX35BM könnte
somit einen möglichen
direkten Ersatz für
D5B (m/Mo) darstellen.
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DX35BM
bietet im Vergleich zu D5B m/Mo ähnliche
mechanische und physikalische Eigenschaften, während gleichzeitig im Hinblick
auf potenzielle Problemstellungen bei der Kontrolle der Grafitmorphologie
Abhilfe geschaffen wird.
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Die
herkömmliche
D5B (m/Mo) Legierung, die sich durch die Legierung der vorliegenden
Erfindung ersetzen lässt,
wird nicht als schweißbare
Legierung betrachtet. Eine der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung bestand
darin, eine Legierung herzustellen, die sich leicht schweißen lässt. Eine
schweißbare
Legierung erleichtert die Reparatur von Mängeln, die während des
Fertigungsverfahrens festgestellt werden, verringert die Ausschussraten
und somit die Fertigungskosten.
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Eine
weitere durch die vorliegende Erfindung vorgestellte Verbesserung
besteht in der Version mit begrenztem Stickstoffgehalt der vorgestellten
DX35BM- Legierung.
Die Motivation für
eine solche DX35BM-Legierung mit einem geringen Stickstoffanteil
besteht darin, den einwandfreien Zustand im Inneren zu gewährleisten
und Mängel
in Form von Lufteinschlüssen
an der Oberfläche
zu vermeiden.
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Bei
Legierungen mit einem geringen Kohlenstoffgehalt, wird die Stickstoffaufnahme
und dessen Gehalt in der Schmelze nicht durch die hohen Kohlenstoffniveaus
in der Lösung
unterdrückt;
daher kann die Legierung in der vorliegenden Erfindung aus Rohstoffen
mit geringem Stickstoffgehalt hergestellt werden. Weitere Arten,
ein geringes Stickstoffniveau zu erzielen, bestehen in verschiedenen
Schmelzpraktiken, die eine Stickstoffaufnahme aus der Atmosphäre vermeiden,
sowie in Raffinierungsverfahren, die den Stickstoff aus der Schmelze
entziehen. Zu den Beispielen für
diese Praktiken und Verfahren gehören u.a. der Schutz durch inerte Gase,
der Zeitpunkt der Zugabe der Chrommasse, Raffinierung durch Argon-Sauerstoff-Abkohlung
(Argon Oxygen Decarburisation – AOD)
sowie Ofen- und Schmelztiegelraffinierung mithilfe einer Schlacke
mit Spezialzusammensetzung, die Stickstoff entzieht. Diese Praktiken
und Verfahren können
sowohl in Kombination als auch einzeln eingesetzt werden. Bei der
Legierung dieser Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung handelt es sich üblicherweise um einen Stickstoffgehalt
von 0,002 Gew.-% und 0,01 Gew.-%. In der verfestigten Legierung
sollte der Stickstoffgehalt 0,02 Gew.-% nicht überschreiten. Ein Stickstoffgehalt
von mehr als 0,02 Gew.-führt bei
besagten Legierungen zu verstärkten
Nachbesserungen und Schweißreparaturen,
die bei den Kunden unerwünscht
sind.
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Ein
weiterer Ansatz für
die Herstellung besserer Teile mit einem geringfügig höheren Stickstoffgehalt besteht
im Zusatz von bestimmten Mengen an Nitrid-Bildnern. Zu diesen Nitrid-Bildnern
gehören
beispielsweise u.a. Ti, V oder Zr. Diese Elemente beeinflussen jedoch
den Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Legierung und sollten auf eine Menge von höchstens 1% begrenzt werden,
vorzugsweise sogar 0,5%.
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Der
Erfinder hat Verfahren für
das Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW)
sowie Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW)
für das
DX35BM entwickelt und verbessert; hierbei wurden im Handel erhältliche
Schweißdrähte verwendet,
die ca. den gleichen Nickelgehalt enthielten.
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Die
Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine im Wesentlichen
grafit- und stickstofffreie Legierung mit verbesserten mechanischen
Eigenschaften bei Raumtemperatur herzustellen, die als direkter
Ersatz für
austenitisches schmiedbares Eisen und Graugusswerkstoffe eingesetzt
werden können.
Eine zweite Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine modifizierte Version des DX35BM mit einer höheren Festigkeit bei 540–700°C (1000°F–1300°F) vorzustellen.
Eine größere Festigkeit
bei diesen Temperaturen würde
eine höhere
Betriebstemperatur des Motors ermöglichen und die Effizienz erhöhen.
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Bei
dem Mechanismus zur Erhöhung
der Hoch-Temperaturfestigkeit
einer modifizierten DX35BM-Legierung handelt es sich um die Dispersionshärtung (precipitation
hardening – PH).
Es wurden deutlich unterschiedliche Dispersionshärtungsverfahren bei sehr unterschiedlichen
Modifizierungen der Legierung untersucht.
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besteht in einer grafit- und stickstofffreien
Version der DX35BM, die als Ersatz für ASTM A439 D5-B m/Mo. vorgestellt
wird.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine grafitfreie,
dispersionsgehärtete
Version der DX35BM mit einer erhöhten
Festigkeit durch kontrollierte Aushärtung des Mo2C-Karbids.
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Eine Überprüfung der
Abschnitte des Fe-C-Mo ternären
Phasendiagramms bei 2 Gew.-% und 4 Gew.-% Mo gibt an, dass das Mo2C-Karbid bei ca. 0,25 Gew.-% C bei bis zu
750°C (1400°F) das Gleichgewichtskarbid
stellt. Dies bildet die Grundlage für die Erforschung Reaktion
der DX35BM bei der Mo2C-Dispersionshärtung sowie
seine Verwendung als stabile Phase für die Dispersionshärtung im
gewünschten
Betriebstemperaturbereich von 650–700°C (1200°–1300°F).
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Die
gewünschte
chemische Zusammensetzung ist mit entsprechend geeigneten Wärmebehandlungszyklen
gekoppelt, um den gewünschten
Effekt der Dispersionshärtung
zu erzielen. Der ursprünglich
für die DX-35BM-Legierung
verwendete Wärmebehandlungszyklus
ist eine Wärmebehandlung
zur Stabilisierung bei Betrieb unter erhöhten Temperaturen, der der
für D5B-Mo
eingesetzten Behandlung ähnelt.
Die nicht modifizierte Legierung im lösungsgeglühten Zustand reagiert auf eine
Alterungsbehandlung, wenn auch nicht so optimal wie eine höher legierte
Modifizierung der Zusammensetzung. Durch das Lösungsglühen und die Wärmebehandlung
zwecks Alterung wird eine ausreichende Dispersionshärtung erzielt,
um die mechanischen Eigenschaften, insbesondere im Temperaturbereich
von 540–700°C (1000°–1300°F) zu verbessern.
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Auf
die gleiche Weise können
Karbid-bildende Elemente der Legierung zugesetzt werden, um eine Festigkeitserhöhung durch
Dispersionshärtung
zu erreichen; hierbei handelt es sich beispielsweise um Wolfram,
Vanadium, Zirkonium und Niobium mit einem jeweiligen prozentualen
Anteil von bis zu 4 Gew.-%.
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Bei
einer weiteren Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine grafitfreie,
dispersionsgehärtete
DX35BM-Legierung mit höherem
Mo-Anteil, bei der
die besagte Legierung durch Dispersionshärtung von Mo2C
aushärtet.
Einzig indem der DX35BM-Molybdängehalt
auf 2 bis 4 Gew.-% erhöht
wurde, konnte der Erfinder eine verbesserte Dispersionshärtung durch
Aushärten
des Mo2C erzielen.
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Bei
einer zusätzlichen
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine grafit-freie Version
des DX35BM, die Nb sowie Zusätze
von Titan und Aluminium enthält.
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Diese
Legierung wird durch Abscheidung der verschiedenen Phasen gefestigt,
inklusive primäre Gammaphase, γ (Ni3 [Al, Ti]), Doppelt-primäre Gammaphase, γn Ni3 [Nb, Al, Ti] und Delta, δ (Ni3Nb); hierbei stellen NB reich an γn und δ die beabsichtigten
sekundären
Phasen für
die Aushärtung
dar. Die vorgeschlagene Legierung enthält höchstens 0,02 Gew.-% Kohlenstoff
sowie ca. 4 Gew.-% Nb. Der sehr niedrige Kohlenstoffgehalt ist erforderlich,
um die Bildung von Nb-Carbiden zu minimieren. Der DX35BM-Siliziumgehalt wird
auf weniger als 1,0 Gew.-% gesenkt, um die Bildung von Nb-Siliciden
zu minimieren.
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Die
Al- und Ti-Zusätze,
die typischerweise für
die Bildung von vorwiegend γ'-
sowie γn-Sekundärphasen
verwendet werden, führen
zu einer sehr oxidationsempfindlichen Schmelze. Aus diesem Grund
werden γ'-/γn – gehärtete Legierungen
nahezu immer universalgeschmolzen und in Öfen mit einem Vakuum oder einer inerten
Atmosphäre
gegossen. Al und Ti werden routinemäßig in der Gießereitechnik
als deoxidierende Zusätze
verwendet, dies jedoch mit einem sehr niedrigen Niveau bei an der
Luft geschmolzenen Legierungen. Das Al- und Ti-Niveau, das üblicherweise für die Bildung
von γ' sowie γn eingesetzt
wird, ist aus gießereitechnischer Sicht
nicht wünschenswert.
Der jeweilige Al- und Ti-Gehalt der vorgeschlagenen Legierung wird
auf höchstens 1
Gew.-% begrenzt, um den Schmelzvorgang an der Luft zu vereinfachen.
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Eine
Ausführungsart
mit einer Stahlaußenseite
der vorliegenden Erfindung stellt eine grafitfreie Legierung aus
einer kohlenstoff-freien Version des D5S dar. Die grafitfreie Version
des D5S ist eine kohlenstofffreie Version der Legierung mit einem
Anteil von weniger als 0,10 Gew.-% Kohlenstoff, da der hohe Siliziumgehalt des
D5S die Kohlenstofflöslichkeit
in der Matrix begrenzt. Zusammensetzung
des D-5S
| Kohlenstoff | 2,3
Gew.-% |
| Silizium | 4,9–5,5 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,08 Gew.-% |
| Nickel | 34–37 Gew.-% |
| Chrom | höchstens
1,75–2,25
Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Zusammensetzung
des DX35S
| Kohlenstoff | höchstens
0,1 Gew.-% |
| Silizium | 4,9–5,5 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,08 Gew.-% |
| Nickel | 34–37 Gew.-% |
| Chrom | höchstens
1,75–2,25
Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Eine
weitere Ausführungsart
eines Materials außerhalb
des Rahmens der vorliegenden Erfindung ist eine grafitfreie Kupfer-Lagerlegierung
als Ersatz für
einen Ni-beständigen Typ
1 und Typ 1b; hierbei handelt es sich um Graugusslegierungen mit
dem vorherigen Stand der Technik, die 13,5 bis 17,5 Gew.-% Nickel
und 5,5 bis 7,5 Gew.-% Kupfer enthalten. Diese Legierungen eignen
sich üblicherweise
für die
Herstellung von Pumpen und Ventilkomponenten. Ni-beständig Typ
1
| Kohlenstoff | höchstens
3 Gew.-% |
| Silizium | 1,00
bis 2,8 Gew.-% |
| Mangan | 0,5
bis 1,5 Gew.-% |
| Nickel | 13,5
bis 17,5 Gew.-% |
| Kupfer | 5,5
bis 7,5 Gew.-% |
| Chrom | 1,5
bis 2,5 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Ni-beständig Typ
1b
| Kohlenstoff | höchstens
3 Gew.-% |
| Silizium | 1,00
bis 2,8 Gew.-% |
| Mangan | 0,5
bis 1,5 Gew.-% |
| Nickel | 13,5
bis 17,5 Gew.-% |
| Kupfer | 5,5
bis 7,5 Gew.-% |
| Chrom | 1,75
bis 3,5 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Diese
Zusammensetzungen können
nicht als Kugelgrafitguss hergestellt werden, da das Kupfer in die Bildung
des Kugelgrafits eingreift. Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
einer herkömmlichen Lamellengrafitlegierung
gegenüber
einer grafitfreien DX16-Version
außerhalb
des Rahmens der vorliegenden Erfindung ist beträchtlich. DX16
| Kohlenstoff | höchstens
0,4 Gew.-% |
| Silizium | höchstens
2,8 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,5 Gew.-% |
| Nickel | 13
bis 18 Gew.-% |
| Kupfer | 5
bis 8 Gew.-% |
| Chrom | 1,5
bis 3,5 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Eine
Ausführungsart
eines Materials gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine grafitfreie Kupferlagerlegierung, die als Ersatz
für den
Ni-beständigen
Typ 6 einer Grauguss-Legierung entsprechend dem vorherigen Stand
der Technik vorliegt und 18 bis 22 Gew-%. Nickel sowie 3,5 bis 5,5
Gew.-% Kupfer enthält.
Diese Legierung eignet sich typischerweise für die Herstellung von Pumpen- und Ventilkomponenten. Ni-beständig Typ
6
| Kohlenstoff | höchstens
3 Gew.-% |
| Silizium | 1,50
bis 2,50 Gew.-% |
| Mangan | 0,5
bis 1,5 Gew.-% |
| Nickel | 18
bis 22 Gew.-% |
| Kupfer | 3,5
bis 5,5 Gew.-% |
| Chrom | 1,0
bis 2,0 Gew.-% |
| Molybdän | höchstens
1,0 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Diese
Zusammensetzung kann nicht als Kugelgrafitguss hergestellt werden,
da das Kupfer der Bildung des modularen Grafits entgegenwirkt. Die
Verbesserung bei den mechanischen Eigenschaften zwischen der herkömmlichen
Lamellengrafitlegierung und der grafitfreien Dx20-Version gemäß der vorliegenden
Erfindung ist beträchtlich. DX20
| Kohlenstoff | höchstens
0,4 Gew.-% |
| Silizium | höchstens
2,50 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,5 Gew.-% |
| Nickel | 18
bis 22 Gew.-% |
| Kupfer | 3
bis 6 Gew.-% |
| Chrom | 1,0
bis 2,0 Gew.-% |
| Molybdän | höchstens
1,0 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
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Beispiele für Zusammensetzungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung
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- Beispiel
1
| Kohlenstoff | höchstens
0,4 Gew.-% |
| Silizium | höchstens
2,8 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,00 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Nickel | 34
bis 38 Gew.-% |
| Chrom | 0,50
bis 3,00 Gew.-% |
| Molybdän | 0,5
bis 4 Gew.-% |
| Wolfram | höchstens
4 Gew.-% |
| Niob | höchstens
2 Gew.-% |
| Zirkon | höchstens
1 Gew.-% |
| Vanadium | höchstens
1 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Beispiel
2 | Kohlenstoff | höchstens
0,01 Gew.-% |
| Silizium | 4,90
bis 5,5 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,00 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,08 Gew.-% |
| Nickel | 34
bis 38 Gew.-% |
| Chrom | 1,75
bis 2,25 Gew.-% |
| Molybdän | höchstens
2 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Beispiel
3 | Kohlenstoff | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Silizium | höchstens
2,8 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,5 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Nickel | 13
bis 18 Gew.-% |
| Chrom | 2
bis 3 Gew.-% |
| Molybdän | höchstens
2 Gew.-% |
| Kupfer | 5
bis 8 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Beispiel
4 | Kohlenstoff | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Silizium | höchstens
2,5 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,5 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Nickel | 18
bis 22 Gew.-% |
| Chrom | 1,00
bis 3,00 Gew.-% |
| Molybdän | höchstens
2 Gew.-% |
| Kupfer | 3
bis 6 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
Beispiel
5 (außerhalb
des Rahmens dieser Erfindung) | Kohlenstoff | höchstens
0,10 Gew.-% |
| Silizium | höchstens
1,00 Gew.-% |
| Mangan | höchstens
1,00 Gew.-% |
| Phosphor | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Nickel | 34
bis 38 Gew.-% |
| Chrom | 0,5
bis 3,0 Gew.-% |
| Niob | 1
bis 5 Gew.-% |
| Titan | höchstens
1 Gew.-% |
| Aluminium | höchstens
1 Gew.-% |
| Schwefel | höchstens
0,04 Gew.-% |
| Stickstoff | höchstens
0,02 Gew.-% |
| Eisen | Gleichgewicht |
