專利名稱：：高溫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。其涉及一種鐵基高溫合金(Hochtemperaturlegierung)，所述合金含有約20重量％的0和百分之幾重量(mehrereGew,%)的A1以及少量的其他成分，并且絲不艦1000。C的j頓溫度下具有好的機(jī)械性能和非常好的抗氧化性。
背景技術(shù)：
：一段時(shí)間以來(lái)，公開(kāi)了一種鐵基ODS(氧化物彌散強(qiáng)化、oxiddispersionsverfestigte)材料，例如鐵氧體(ferritisch)的ODS-FeCrAl-合金。由于其在高溫下突出的機(jī)械性能而優(yōu)選用于熱和機(jī)械方面有著最高負(fù)荷的構(gòu)件，例如用于燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片。申請(qǐng)規(guī)用這種材料用于防護(hù)熱電偶(Thermoelement)的管，例如將其用于帶有連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)中以控制^j^并且在那里經(jīng)受極端高溫和氧化氣氛。對(duì)于已知的鐵基的鐵氧體ODS-合金而言，表l中描述了標(biāo)稱化學(xué)組成(以表l:已知的ODS-FeCrA!Ti-合金的標(biāo)稱組成<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>這種金屬材料的i頓溫度達(dá)到至約B5(TC。其具有對(duì)于陶瓷材料而言更典型的性能特點(diǎn)。所述材料在很高溫度下具有很高的持久強(qiáng)度并且通過(guò)形成了Al203防護(hù)膜還具有突出的高溫耐氧化性，以及具有對(duì)于硫化作用和蒸汽氧化作用具有很高的抗性。其具有非常突出的取決于方向的性能(richtungsabhangigeEigenschaften)。例如，在管中，橫向的蠕變強(qiáng)度只是縱向上的蠕變強(qiáng)度的約50%。這種ODS-合金的制備以粉末冶金方^^用機(jī)械合金化粉末混合物進(jìn)行，所述粉末混合物以已知的方式，例如通過(guò)擠壓(Strangpressen)或通過(guò)熱等靜壓(heissisostatischesPress)而壓實(shí)而成。隨后，將壓坯強(qiáng)烈地塑性變形，主要是通過(guò)加熱輥進(jìn)行，并使其經(jīng)歷重結(jié)晶退火處理。這種制備方式，還有所述的材料組成都特別意味著，這類合金是非常昂貴的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。本發(fā)明的任務(wù)在于開(kāi)發(fā)一種適于戰(zhàn)用途的材料，且所述材料相比于現(xiàn)有技術(shù)中已知的材料PM2000更為價(jià)格有利，但是具有至少是同樣良好的抗氧化性。此外，本發(fā)明的材料還是能良好熱成型的并且相比于例如已知的用于熱電偶的合^KANTHALAPM，具有盡可能改善的機(jī)械性能。根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)可ail使FeOAl-合金型高溫合金具有以下化學(xué)組成(以重量％計(jì))而實(shí)現(xiàn)20Cr，4-8Al，來(lái)自Ta^Mo的至少一種元素，它們之和為4-8，(M).2Zr，0.02-0.05B，0.1-0.2Y,(M).5Si，縫的Fe。所述合金,含有5至6重量。/。的Al，特別優(yōu)選5.5至6重量y。的Al。由此在材料表面上形成良好的M03-防護(hù)膜，所鵬提高高溫耐氧化性。此夕MM的范圍是0-8重ly。的Mo和04重量yc)的Ta，其中(MofTa)的總禾卩=4-8重量％，并且其中只有當(dāng)不存婦a時(shí)，根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1才有例如最大值8Q/。的Mo。特另W纖，本發(fā)明的材料具有24重量e/。的Mo和/或24重量Q/o的Ta。若(Ta+Mo)含量小于所述值，則耐高溫性強(qiáng)烈下降，若所述含量更高，則抗氧化性會(huì)不期望地附氐并且所述材料還是過(guò)于昂貴的。有益的，還添加0.25重1%、最大0.5重lT。的Si，因?yàn)橛纱四苓M(jìn)一步加強(qiáng)抗氧化性。此外，,在本發(fā)明的材料中存在0.2重量c/。的Zr和0.1重量y。的Y?，F(xiàn)己驚奇地發(fā)現(xiàn)，不必如現(xiàn)有技術(shù)中已知的和戰(zhàn)的合金中的情形那樣，添加鈦。Ti和Cr起到混晶增強(qiáng)體(Mschkristall-Verfestiger)的作用。Mo在2-8重變/。的范圍內(nèi)具有相似的作用，但是比Ti廉價(jià)得多。另外，當(dāng)與Zr—起添加時(shí)，就如本發(fā)明的雌實(shí)施方案中那樣，Mo導(dǎo)致更好的抗拉強(qiáng)度和持久弓破。Ta、Zr和B是起到析出-增強(qiáng)體的作用的元素。這些成分與其他組分，特別^Cr和Mo(如果后者存在的話)的協(xié)同作用導(dǎo)致良好的強(qiáng)度值，而A1、Y和Zr則提高耐氧化性。Cr積極影響著延展性。附圖中描述了本發(fā)明的實(shí)施例。附圖為圖1在110(TC/12h下PM2000和所選擇的本發(fā)明材料的氧化行為；圖2在100(TC下于空氣中經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的時(shí)間，PM2000和所的本發(fā)明材料的氧化行為；圖3在室溫至IOO(TC的范圍內(nèi)，PM2000禾口KanthalAPM和所選擇的本發(fā)明材料的抗拉強(qiáng)度；圖4在室溫至1000。C的范圍內(nèi)，PM2000和所選擇的本發(fā)明材料的屈服點(diǎn)(Streckgrenze)，禾口圖5在室溫至100(TC的范圍內(nèi)，PM2000和所選擇的本發(fā)明材料的斷劍申長(zhǎng)。具體實(shí)施方案以下根據(jù)實(shí)施例和附圖更詳盡地闡述本發(fā)明。在室溫(RT)直至100(TC下測(cè)試現(xiàn)有技術(shù)中己知的ODSFeCrAl-對(duì)比合金PM2000禾口KanthalAPM(組^見(jiàn)表1)，以及在表2中所述的本發(fā)明合金的氧化行為以及機(jī)械性能。合金成分都以重量％恭于表2:受試的本發(fā)明合金的組成成分合金名稱FeCrAlTaMoZrBYSi2007余量205.54-0.20.050.1-2008余量205.5-40.20.050.1-2009余量208-40.20.050.1-2010余量206-80.20.050.1-2011余量205.5-40.20.050.10.52012余量206220.20.050.1-2013余量206440.20.050.1-2014余量206-40.20.050.10.52015余量205.5440.20.050.1-2016余量205.5-40.20.050.10.25本發(fā)明的合金M31電弧熔i^萬(wàn)述的元素而制得并隨后在900-80(TC的溫度下軋制，然后特別制得拉伸試樣。圖i中對(duì)于所述合金描述了ii(xrc下，隨時(shí)間的且經(jīng)12個(gè)小時(shí)的重量變化。本發(fā)明的合金2008(特別是具有4Q/。Mo和5.5。/。Al的)顯示出如對(duì)比合金PM2000的大致可比較的氧化行為并且在長(zhǎng)的時(shí)效時(shí)間(Auslagerungszeit)時(shí)甚至還要更好(更小的重量變化)，而合金2009(特別是具有4。/。Mo和8。/。Al的)在這一方面是最差的并且在這些MJt下不能達(dá)至lJPM2000的值。原因在于相對(duì)高的鋁含量，8重1T。的A1是最大值，最佳的是5至6重量Q/。的A1。圖2中對(duì)于所述合金描述了IOO(TC下空氣中，隨時(shí)間的經(jīng)歷1000個(gè)小時(shí)的重量變化。圖中顯示，兩種本發(fā)明的合金2014和2013，但首先是合金2013，具有明顯更好的氧化行為。在于IOO(TC下在空氣中1000個(gè)小時(shí)時(shí)效處理(Auslagerung)之后，兩種本發(fā)明的合金瞎況下，重量變化只有相比于已知合金PM2000的重量變化的三分之一(合金2013)至小于二分之一(合金2014)。顯然，在相同比例TMo禾盯a的組合會(huì)特別好地影響IOCKTC下的氧化行為。特別是Ta在所述范圍內(nèi)提高了A1的活性并改善了抗氧化性。圖3至5中描述了在從室溫至IO(XTC的溫度范圍下拉伸試驗(yàn)的結(jié)果。6圖3中針對(duì)所述材料描述了拉伸弓雖與MJt的關(guān)系。在室溫下，受i幼才料的值相對(duì)。本發(fā)明的一些材料(例如合金2007和2013)在室溫下比現(xiàn)有技術(shù)己知的材料更硬，其他的則與已知的合金PM2000和KanthalAPM幾乎沒(méi)有差別。超約400°C，取決于t鵬的拉伸賊值都保艦似恒定，然后該值如期地顯著下降。在900至1000。C的溫度范圍內(nèi)，受試的本發(fā)明的合金無(wú)例外地具有ttKanthalAPM更高的拉伸艘和ttPM2000W^t更低的拉伸破。但是，若將其與IOO(TC下這些合金的突出的氧化行為(參見(jiàn)圖2)相結(jié)合，則就是非常良好的性能組合。圖4中描述了屈服點(diǎn)與、鵬的關(guān)系。該趨勢(shì)大致符合如圖3的拉伸弓艘曲線。圖5中最后描述了斷裂伸長(zhǎng)率從室溫到IOO(TC范圍內(nèi)與溫度的關(guān)系。對(duì)于PM2000,在室溫至40(TC的范圍內(nèi)，斷劍申長(zhǎng)率值大致恒定，在60(TC則魏倍于室溫下的值的最大值，然后該斷劍申長(zhǎng)率值隨著溫度的增加又下降，直至在IOO(TC下達(dá)到室溫下數(shù)值的約一半。PM2000在約60(TC下的延展性的提高歸因于材料的軟化。室溫下，本發(fā)明合金的斷劍申長(zhǎng)率低于PM2000的值，而從約60(TC起，它們毫無(wú)例外地更高。這種積極效果歸因于材料成分在前述范圍內(nèi)的協(xié)同作用。本發(fā)明的材料還可以良好纟行熱軋，其具有良好的塑性可成型性。它們可良好地用作熱電偶的防護(hù)管，其中后者例如用于帶有連續(xù)燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)中以控制、鵬并且在那里經(jīng)受氧化氣氛?？傊纱_定，本發(fā)明的合金具有在IOO(TC下很高的抗氧化性。它們相比于現(xiàn)有技術(shù)中已知的合金KanthalAPM具有更好的機(jī)械性能。雖然本發(fā)明的合金的弓，值在高溫下比合金PM2000斷氏，但是其延展性顯著更好。在10(XTC下，抗氧化性還為PM2000的兩倍高。因?yàn)楸景l(fā)明的合金還ttPM2000更廉價(jià)(更廉價(jià)的成分，更簡(jiǎn)便的制備)，所以對(duì)于上述應(yīng)用領(lǐng)域而言它們都是能卓越地適于替偕M2000的。權(quán)利要求1、鐵基高溫合金，其特征在于以下化學(xué)組成，以重量％計(jì)20Cr，4-8Al，Ta和Mo的至少一種元素，其中(Ta+Mo)之和為4-8，0-0.2Zr，0.02-0.05B，0.1-0.2Y，0-0.5Si，余量的Fe。2、如權(quán)利要求1所述的高溫合金，其特征在于5至6重塾/。的Al。3、如權(quán)利要求2所述的高溫合金，其特征在于5.5至6重1T。的A1。4、如權(quán)利要求1至3之一所述的高溫合金，其特征在于0至8重量％的Mo禾口/或0至4重fiy。的Ta，其中(Mo+Ta)之和均在4至8重^%的范圍內(nèi)。5、如權(quán)利要求4所述的高溫合金，其特征在于2重fiy。的Mo和2重1%的Ta。6、如權(quán)利要求5所述的高溫合金，其特征在于4重lT。的Mo和/或4重!To的Ta。7、如權(quán)利要求1至6之一所述的高溫合金，其特征在于0.25重量To的Si。8、如權(quán)利要求1至6之一所述的高溫合金，其特征在于0.5重靈/。的Si。9、如權(quán)利要求1至8之一所述的高溫合金，其特征在于0.2重fiT。的Zr。10、如權(quán)利要求1至9之一所述的高溫合金，其特征在于0.05重變/。的B。11、如權(quán)利要求1至10之一所述的高溫合金，其特征在于O.l重1Tq的Y。12、制備如權(quán)利要求1至11之一所述的高溫合金的方法，其特征在于，借助于電弧將與所述合金組成對(duì)應(yīng)的元素熔融并隨后在約900-8(XrC下軋制。13、如權(quán)利要求1至12之一所述的高溫合金用于熱電偶防護(hù)管的用途。全文摘要本發(fā)明涉及一種鐵基高溫合金，其特征在于以下化學(xué)組成(以重量％計(jì))20Cr，4-8Al，Ta和Mo的至少之一，它們之和為4-8，0-0.2Zr，0.02-0.05B，0.1-0.2Y，0-0.5Si，余量Fe。所述合金可成本有利地制得并且其相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的特征在于直至1000℃的溫度下的卓越的耐氧化性和良好的機(jī)械性能。文檔編號(hào)C22C38/32GK101476084SQ20081019113公開(kāi)日2009年7月8日申請(qǐng)日期2008年8月29日優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日發(fā)明者A·庫(kù)恩茲爾,M·Y·納茲邁,M·斯陶布利申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司