184639. lajstromszámú szabadalom • Nikkel és krómbázisú ötvözet platinacsoportba tartozó adalékkal
1 184 639 2 A találmány tárgya nikkel és krómbázisú ötvözet platinacsoportba tartozó ötvözőelemekkel. Az 1 520 630 sz. korábbi angol szabadalmi leírásunkban olyan nikkel és kobalt bázisú ötvözeteket írtunk le, amelyek tartalmaztak platinacsoportba tartozó adalékokat. Ezek az ötvözetek lényegében 40—78% nikkelt, és/vagy kobaltot, legfeljebb 25 % krómot, legfeljebb 15 % platinacsoportba tartozó adalékanyagot és legfeljebb 13% alumíniumot és/vagy titánt tartalmaztak. Az ötvözetek különlegesen jó hőálló ötvözetek, amelyek szilárdságukat és folyáshatárukat magas hőmérsékleten is megtartják, jól alkalmazhatók, például az üvegiparban, vagy a repülőgépgyártásban gázturbinák és sugárhajtóművek alkatrészeinek anyagaként. Vizsgálataink szerint a korábbi szabadalmi leírásunkban ismertetett ötvözetekben gamma-fázisú króin-nikkcl kiválás található, amelyben a platinacsoportba tartozó ötvözök egy kis része van elosztva. Az ötvözet emellett mintegy 65 %-nyi olyan primer gamma precipitátumot tartalmaz, amelyben döntően trinikkel-aluminid (Ni3AI), valamint a platinacsoportbeli ötvözök, króm és az esetleges egyéb adalékok találhatók. A platinacsoportbeli ötvözőknek legnagyobb része, valószínűleg több mint 90%-a, ebben a primer gamma-fázisban oszlik cl, cs ott az alumínium helyére épül be. Jóllehet maga a Ni3Al nem rendelkezik különösebben előnyös fizikai tulajdonságokkal, amelyek a már említett különleges felhasználási területeken hasznosak volnának, általában mégis az a felfogás, hogy a Ni3Al primer gamma-fázis formájában és platinacsoportbeli adalékokkal, valamint egyéb fázisokkal együtt jelentős mértékben járul hozzá a hőállóság javításához. Az is általános felfogás ezekkel az ötvözetekkel kapcsolatban, hogy a primer gamma-fázist tartalmazó mátrixok jóval nagyobb hó'állóságot biztosítanak, mint ahol gamma-fázisú kiválások vannak eloszlatva. Másfelől azonban az ilyen ötvözetek általában nagyon kevéssé korrózióállók, főként magasabb hőmérsékleten. A jelen találmánnyal olyan ötvözetek kidolgozása a célunk, amely magas hőmérsékleten is jó mechanikai tulajdonságokkal és folyáshatárral rendelkezik, ugyanakkor magas hőmérsékletű korrózióáilósága is jó. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a nikkel és króm bázisú ötvözet primer gamma-fázisból álló mátrixot tartalmaz és összetételében a szennyezőkön kívül 7,05—13,5 sűly% alumínium, legfeljebb 6 súly% króm, legfeljebb 20 súly% platina csoportba tartozó adalékanyag, illetve anyagok, legfeljebb 5 súly% hafnium és/vagy legfeljebb 6 súly % titán és/vagy legfeljebb 12 súly% tantál, valamint nikkel található. A nikkel és az alumínium Ni3Al formájában van jelen és az ötvözet adott esetben tartalmaz még egy. vagy több ötvüzőclemct az alább felsoroltak közül: nióbium 0-6 súly % karbon 0-0,15 súly % bőr 0-0,1 súly% kobalt 0-10 súly? molibdén 0-14 súly % volfrám 0-14 súly? cirkónium 0-1,75 súly 7c szkandium, ittrium és ezek oxidjai 0-3 súly? ritka földfémek vagy ezek oxidjai 0 3 súly ? szilícium 0-0,25 súly % magnézium 0-1 súly % vas 0-10 súly % mangán 0—0,25 súly% vanadium 0—2 súly% Megjegyezzük még, hogy adott esetben a szkandium, ittrium és a ritka földfémek oxidjai mellett egyéb adalékanyagok, például a szilícium is jelen lehet legalább részben oxid alakban. Ezeket az oxidokat lehet az olvadékba beadagolni, vagy az olvadékkészítés során az olvadékban létrehozni. Ez egyrészt a szilárd oldat és egyben az anyag mechanikai szilárdságát fokozza, másrészt kedvezően befolyásolja az ötvözet felületi oxidációs tulajdonságait, amint az később a példákból látható. Ez különösen abban az esetben fontos, amikor a szuper ötvözet viszonylag nagy mennyiségű krómot is tartalmaz, amely a felületen krónioxiddá oxidálódik és ezáltal önmagában képez oxidréteget közvetlenül az anyag felülete alatt. A találmány szerinti ötvözetek egy jellegzetes kiviteli alakja a következő összetétellel rendelkezik: alumínium 7.3 súly % titán 0.8 súly % kobalt 6,5 súly % nióbium 0,99 súly % molibdén 1.0 súly % fan tál 10,5 SÚ]y ? króm 2 súly % volfrám 2 súly 7c karbon 0,5 súly % bór 0.01 súly % cirkónium 0,07 súly % platina 7,5 súly % nikkel a maradék A találmány szerinti ötvözet dendrites primer gammafázisból álló mátrixot tartalmaz, amelyben a dendritek között gamma és/vagy ß. valamint a-fázis, továbbá boridok és karbidok helyezkednek el. A mátrix struktúráját lényegében az alumínium tartalom határozza meg. Tapasztalatunk szerint a platinacsoportba tartozó ötvözök legalábbis a primer gamma-fázisban és a nikkelalumínium /J-fázisban vannak jelen. A találmány szerinti ötvözetet a szokásos vákuumos olvasztási és öntési technológiával lehet előállítani. Ajánlatos az ötvözet előállításakor egyirányú hűtést alkalmazni, ami jelentős mértékben fokozza a mechanikai szilárdság értékét a dermedés irányában. Vizsgálataink azt mutatták, hogy a találmány szerinti ötvözet kb. 1100 °C hőmérsékleten alkalmazható anélkül, hogy mechanikai tulajdonságai és oxidálásl ellenállása romlana. Ez kedvezőbb a legtöbb hagyományos nikkel-bázisú ötvözet tulajdonságainál és lényegében azonos a már ismert primer gamma-fázist tartalmazó ötvözetek tulajdonságaival. Ugyanakkor azonban a találmány szerinti ötvözet korrózióálló is, szemben a hagyományos szuper ötvözetekkel és a primer gamma mátrixot nem tartalmazó'ötvözetekkel. A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti ötvözet korrózióállóságának bemutatására szolgáló diagram, ahol a hagyományos Ni3Al ötvözettel hasonlítjuk össze :i találmány szerinti ötvözet különböző kiviteli alakjait, a 2. ábra a találmány szerinti ötvözet további kiviteli alakjainak korrózióáliósági diagramja, a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
