Zvárateľná zliatina niklu, železa, chrómu a hliníka odolná voči oxidácii

Číslo patentu: E 16690

Dátum: 13.11.2008

Autori: Klarstrom Dwaine, Ishwar Venkat, Matthews Steven

Je ešte 7 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Tento vynález sa týka zliatin na báze niklu, odolných voči korózii, obsahujúcich chróm, hliník a železo.0002 Existuje mnoho zliatin na báze niklu, odolných voči korózii, obsahujúcich chróm a dalšie prvky,ktoré sú zvolené tak, aby poskytovali ochranu proti korózii v konkrétnom korozlvnom prostredí. Tieto zliatiny tiež obsahujú prvky zvolené tak, aby poskytovali požadované mechanické vlastnosti, akými sú pevnosť v ťahu a tvárnosť. Mnohé z týchto zliatin sa správajú v rôznych korozivnych prostrediach rôzne. Niektoré zliatiny, ktoré vykazujú skvelú odolnost voči korózii je veľmi ťažké tvarovať alebo zvárať. V dôsledku toho je v stave techniky neustála snaha o vývoj zliatin, ktoré by vykazovali kombináciu odolnosti voči korózii a spracovateľnosti, ktoré by umožňovali zliatinu lahko tvarovať do rôznych tvarov,trubkových a iných komponentov s dlhou pracovnou životnosťou.0003 Anglický patent č. 1 512 984 uvádza zliatinu na báze niklu, menovite s 8 až 25 chrómu, 2,5 až 8 hliníka a až do 0,04 ytria, ktorá je vyrobená elektrotruskovým pretavovaním elektród s povinným obsahom viac ako 0,02 ytria. US patent č. 4 671 931 oboznamuje s využitím 4 až 6 percent hliníka v zliatine niklu, chrómu a hliníka, čim získava významnú odolnost voči korózii tak, že vytvorí ochrannú vrstvu zhliníka. Odolnosť voči korózii je tiež posilnená pridaním ytria do zliatiny. Obsah železa je obmedzený na maximálne 8 . Vysoký obsah hliníka vedie k zrážaniu NĺgAl gamma prime precipitátov,výsledkom čoho je dobrá pevnosť pri vysokých teplotách, najmä okolo 760 °C (1400 °F). US patent č. 4 460 542 opisuje zliatinu na báze niklu bez ytria, obsahujúcu 14 až 18 chrómu, 1,5 až 8 železa,0,005 až 0,2 zirkónu, 4,1 až 6 hliníka a nepatrné množstvo ytria, ktoré nepresahuje 0,04 svynikajúcou odolnosťou voči oxidácii. Zliatina spadajúca do rozsahu tohto patentu bola komercializovaná ako zliatina HAYNES® 214 ®. Táto zliatina obsahuje 14 až 18 chrómu, 4,5 hliníka, 3 železa, 0,04 uhlíka, 0,03 zirkónu, 0,01 ytria, 0,004 bóru a zvyšok tvori nikel. Yoshitaka a kol. v japonskom patente č. 06271993 opisuje zliatinu na báze železa, ktorá obsahuje 20 až 60 niklu, 15 až 35 chrómu a 2,5 až 6,0 hliníka, čo vyžaduje menej ako 0,15 kremíka a menej ako 0,2 titánu.0004 Európsky patent č. 549 286 opisuje zliatinu niklu, železa a chrómu, ktorá musí obsahovať 0,045 0,3 ytria. Potrebné velké množstvá ytria zliatinu nielen predražujú, ale tiež spôsobujú, že je táto zliatina nespracovateľná do kovaných foriem v dôsledku vytvárania nikel-ytriových zlúčenin, ktoré spôsobujú lámavosť materiálu počas spracovania pri vysokých teplotách.0005 US patent č. 5 660 938 opisuje zliatinu na báze železa s prímesou 30 až 49 niklu, 13 až 18 chrómu, 1,6 až 3,0 hlinlka a 1,5 až 8 jedného alebo viac prvkov zo skupin IVa a Va. Táto zliatina obsahuje nedostatočné množstvo hliníka a chrómu na zaistenie toho, aby sa vytvorila ochranná vrstva z oxidu hlinitého v priebehu vystavenia podmienkam svysokou teplotou vhodným na oxidáciu. Ďalej môžu prvky zo skupin lVa a Va spôsobiť vznik gamma prime precipitátov, ktoré znižujú ťažnost akujnosť pri vysokých teplotách. Prvky ako je zirkón môžu taktiež spôsobiť prudké popraskanie horúcich zvarov počas tuhnutia.0006 US patent č. 5 980 821 opisuje zliatinu, ktorá obsahuje len 8 až 11 železa a 1,8 až 2,4 hliníka a vyžaduje 0,01 až 0,15 ytria a 0,01 až 0,20 °/o zirkónu.0007 Bohužial zliatiny opísané vo vyššie uvedených patentoch trpia mnohými problémami, ktoré sa prejavujú pri zváraní a tvarovani, a ktoré vznikajú v dôsledku prítomnosti hliníka, konkrétne ak ho zliatina obsahuje v množstve medzi 4 a 6 percentami. Precipitácia NĺgAl gamma prime fázy môže v týchto zliatinách nastať veľmi rýchlo, a to počas chladenia po ñnálnom žihaní, čo vedie k relatívne vysokej hranici sklzu pri teplote miestnosti, a s tým súvisiacou nízkou ťažnosťou, dokonca i v žíhanom stave. V porovnani so zliatinami na báze niklu posilnenými tuhým roztokom je ich ohýbanie a tvarovanie obtiažnejšie. Vysoký obsah hliníka spôsobuje tiež problémy snámahovým praskaním spôsobeným únavou materiálu počas zvárania a následného tepelného spracovania. Tieto zliatiny sú tiež v priebehu zvárania náchylné k únavovým lomom av skutočnosti je na zváranie komerčnej zliatiny známej ako HAYNES® 214 ® potrebný chemicky upravený zvarový kov. Tieto problémy bránia rozvoju zváraných trúbkovitých výrobkov a bránia rastu trhu s touto zliatinou.0008 Zliatina opisovaná v rámci tohto vynálezu tieto problémy prekonáva redukovaním negatívneho dopadu gamma prime na ťažnosť pri vysokých teplotách veľkým pridaním železa v rozmedzí 25 až 32 a redukciou hladín hliníka titánu v rozmedzí 3,4 až 4,2 . Navyše nie je nutné pridávať ytrium, ktoré jemožné nahradiť pridaním mischmetalu.0009 Prekonali sme nevýhody zliatin Ni-Cr-AI-Y opisovaných v časti doterajšieho stavu techniky modifikáciou kompozícii doterajšieho stavu techniky tak, že sme nahradili nikel omnoho vyšším množstvom železa. Okrem toho sme znížili množstvo hliníka, výhodne na približne 3,8 zo súčasných 4,5 , čo je typické množstvo pre zliatinu 214. Toto zníženie redukuje množstvo frakcií gamma prime,ktoré môžu v zliatine precipitovať a zlepšiť jej odolnost voči deformáciám spôsobených starnutím materiálu. To umožňuje lepšiu spracovatelnost pri výrobe trúbkovitých výrobkov, ako aj lepšiu opracovatelnosť zváranim pre konečného spotrebiteľa. Navýšili sme tiež hladinu chrómu v zliatine na približne 18 až 25 , čim sme zaistili primeranú odolnosť voči oxidácii pri zníženej hladine hliníka. Na ďalšie zlepšenie odolnosti voči oxidácii bolo tiež pridané malé množstvo kremika a mangánu.0010 Poskytujeme tak zliatinu na báze niklu, ktorá obsahuje v hmotnostných percentách 25 až 32 železa, 18 až 25 chrómu, 3,0 až 4,5 hliníka, 0,2 až 0,6 titánu, 0,2 až 0,4 kremika a 0,2 až 0,5 mangánu. Zliatina môže obsahovať tiež ytrium, cér a lantán, a to v množstve až do 0,01 . Uhlík sa tu môže vyskytovať v množstve až do 0,25 . Bór môže byť zastúpený až do hodnoty 0,004 , zirkón až do 0,025 . Zvyšok zliatiny tvori nikel plus nečistoty. Okrem toho, celkový obsah hliníka s titánom by mal byť medzi 3,4 a 4,2 a pomer chrómu k hliníku by mal byť od približne 4,5 do 8.0011 Uprednostñujeme poskytovanie zliatiny, ktorej zloženie obsahuje 26,8 až 31,8 železa, 18,9 až 24,3 chrómu, 3,1 až 3,9 hliníka, 0,3 až 0,4 titánu, 0,2 až 0,35 kremika, 0,20 až 0,35 mangánu, až do 0,005 ytria, oéru a Iantánu, až do 0,06 uhlíka, menej ako 0,002 bóru, menej ako 0,001 zirkónu a zvyšok tvori nikel plus nečistoty. Uprednostñujeme tiež, ked sa celkový súčet hliníka a titánu pohybuje medzi 3,4 a 4,2 , a keď pomer chrómu k hliníku je 5,0 k 7,0 alebo výhodnejšie 5,2 k 7,0.0012 Nami najviac uprednostňované zloženie obsahuje 27,5 železa, 20 chrómu, 3,75 hliníka,0,25 titánu, 0,05 uhlíka, 0,3 kremika, 0,3 mangánu, stopové množstvá céru a Iantánu a zvyšok tvori nikel plus nečistoty.0013 Ostatné výhodné zloženia a výhody našej zliatiny budú zjavné z opisu výhodných uskutočnení a testovacích údajov, ktoré budú nasledovať.Prehľad obrázkov na yjzkresoch 0014Obrázok 1 je graf znázorňujúci pevnosť v ťahu pri 760 C (1400 °F), ako výsledok pôsobenia obsahu Al Ti.Obrázok 2 je graf znázorňujúci pevnosť v ťahu pri 760 °C (1400 °F), ako výsledok pôsobenia pomeru Cr/AI.Obrázok 3 je graf znázorňujúci priemerné množstvo kovu, ktoré je ovplyvnené pôsobením pomeru Cr/AI pri statickom kondičnom teste pri 982 C (1800 °F).Obrázok 4 je graf znázorňujúci pôsobenie obsahu kremika pri predlžení ťahom pri 760 °C (1400 °F).Opis uhodný ch uskutočnení0015 Päť 22,7 kg (50 1 b.) zliatin bolo opracovaných vákuovým indukčným tavením, elektrotruskovým pretavovaním, kovaním a valcovaním za tepla pri teplote 1177 °C (2150 °F) na 4,78 mm (0,188) plát,valcovaním za studena na 1,6 mm (0,063) hrubý plech a žihanim pri 1093 °C (2000 °F).0016 Chemické zloženie piatich zliatin je uvedené v Tabuľke l0017 ohodnotili sme vzorky týchto zliatin a komerčnú zliatinu 214 za použitia testu statickou oxidáciou pri 982 °C (1800 °F) a testom kontrolovanej rýchlosti ohrevu v ťahu (CHRT) na meranie mechanických vlastnosti. Test kontrolovanej rýchlosti ohrevu v ťahu bol zamýšlaný ako nástroj na rozoznanie náchylnosti zliatin k námahovemu praskaniu spôsobenému únavou materiálu. Zliatiny, u ktorých bolo výsledkom len nízke peroento elongácie pri minime tažnosti v stredovom rozsahu boli považované za viac náchylné k praskaniu spôsobenému únavou materiálu.0018 Výsledky testov sú prezentované v Tabuľkách ll a III. Výsledky testovania zliatin A až E viedli kzáveru, že vlastnosti zliatiny E sú najbližšie k tomu, čo sme očakávali. Napriklad. táto zliatina vykazovala 1) pri 982 °C (1800 °F) odolnosť voči oxidácii rovnakú ako zliatina 214 a 2) pri 760 °C (1400 °F) CHRT bola ťažnosť šesťkrát vyššia ako u zliatiny 214. Jediným vážnym nedostatkom bola hodnota hranice sklzu pri 760 °C (1400 °F) (zmerané CHRT testom). Pohybovala sa dobre pod hranicou vykazovanou zliatinou 204, t.j. 304,7 MPa (44,2 ksi) verzus 495,7 MPa (71 ,9 ksi).Tabuľka ll. Výsledky oxidačných testov pri 982 °C (1800 °F) v prúdlacom vzduchu (1008 hodin).Zliatina Zliatina Zliatina Zliatina Zliatina kontrolná A B C D E vzorka zliatiny 214Tabulka Ill. Výsledky ťahových skúšok pri teste kontrolovanej rýchlosti ohrevu v ťahu (CHRT) pri 760 °C0019 Ďalšie tri pokusné zliatiny boli roztavené a spracované na plech, aby bolo možné vyvinúť nové postupy na zlepšenie hranice sklzu pri 760 °C (1400 °F) pridaním malého množstva prvkov skupiny Vb. člm sa zjemnl veľkost zrna. Pokusné zliatiny sa spracovali na 3,2 mm (0,125) tenký plech, ktorý bol žlhaný pri teplote 1121 C (2050 °F), čim získal jemnejšiu veľkosť zrna ako pri zliatinách v Príklade 1. Konkrétne zloženia troch zliatin sú uvedené v Tabulke IV.0020 Do Zliatiny F nebol pridaný zjemňovač zrna, zliatina G obsahovala 0,3 titánu a zliatina H obsahovala prísadu vanádu (0,3 ). Do týchto zliatin bol tiež zámerne pridaný kremik. Tieto zliatiny boli testované spôsobom podobným ako u zliatin A-E, s tým rozdielom, že namiesto časovo viac náročných CHRT testov boli uskutočnené štandardné testy tažnosti pri teplote 760 °C (1400 °F). Výsledky sú uvedené v Tabuľkách V a VI.Tabuľka V. Výsledky oxidačných testov pri 982 °C (1800 °F) v prúdiacom vzduchu (1008 hodín)Zliatina F Zliatina G Zliatina H Strata kovovej 0,0025 (0,10) 0,0013 (0,05) 0,0020 (0,08) hmo /stranu mm (mils) Priemerná vnútorná 0,0167 (0,66) 0,0096 (0,38) 0.0147 (0,58) 0,0099 (0,39) enetrácia, mm mils Priemerné narušenie 0,0191 (0,75) 0,0109 (0,43) 0.0160 (0,63) 0,0109 (0,43)Tabuľka VI. Výsledky testu ťažnosti pri teplote 760 °C (1400 °F).0021 Výsledky pre zliatiny indikovali väčší oxidačný nápor pri 982 °C (1800 °F) ako u zliatiny E a hranica sklzu pri 760 °C (1400 °F) bola u zliatiny G väčšia ako u zliatiny E. Ani jedno zloženie týchto zliatin nesplñovalo požadované vlastnosti.0022 Ďalšie série skúšobných kompozícii so základným chemickým zložením medzi zliatinou E a zliatinou G boli roztavené a spracované na plech rovnakým spôsobom, ako u predchádzajúcich príkladov. Základným kompozičným cieľom bola zliatina pozostávajúca z Ni-27,5 Fe-19,5 Cr-3,8 AI. Zámerné pridávanie ytria, ktoré sa bežne pridávalo do zliatiny opisovanej v US patente č. 4,671,931 na zvýšenie odolnosti voči oxidácii tu nebolo aplikované. Avšak u všetkých pokusných zliatin sa v tejto skupine realizovalo tixné pridanie mischmetalu za účelom zavedenia stopových množstiev prvkov vzácnych zemín (najmä cér a lantán). K zliatine G bol v malom množstve pridaný titán, a ako sa ukázalo, stal sa prístubom možnosti zvýšil hranicu sklzu pri 760 °C (1400 °F). Pri troch zo štyroch zliatin v príklade 3 bolo navýšené množstvo titánu z približne 0,25 na 0,45 . Hladina kremíku sa tiež menila. V dvoch zliatinách nebol dodatočne pridaný kremík, zatiaľ čo ostatné obsahovali dodatočné množstvo kremíka, a to v množstve približne 0,3 . Zloženie pokusných zliatin je uvedené v Tabuľke Vll. Výsledky hodnotení sú prezentované v tabuľkách VIII, lX a X.

MPK / Značky

MPK: C22C 19/05

Značky: niklu, chromu, zvárateľná, hliníka, železa, odolná, voči, zliatina, oxidácii

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/15-e16690-zvaratelna-zliatina-niklu-zeleza-chromu-a-hlinika-odolna-voci-oxidacii.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zvárateľná zliatina niklu, železa, chrómu a hliníka odolná voči oxidácii</a>

Podobne patenty