PDF - JuSER - Forschungszentrum Jülich

Literaturübersicht
Legierungselemente sind die Probleme mit Seigerungen gering. Jedoch mangelt es an der
Umformbarkeit, da der Fließwiederstand bei Verformungstemperatur sehr hoch ist [2.1.10].
Der große Teil der ausscheidungsgehärteten Legierungen sind γ’-gehärtete
Nickelbasissuperlegierungen. Diese Werkstoffe wie z. B Waspaloy, Udimed 500,
Nimonic 236, Nimonic 105, VDI 368 VD zeigen gute Langzeitkriechbeständigkeit bei
700 °C. Die Ni-Fe-Superlegierungen wie A-286, V-57, Inconel 625, ... mit und ohne Nb als
Legierungselement weisen eine sehr hohe Festigkeit, eine gute Oxidation- und
Korrosionsbeständigkeit und gute Ermüdungs- und Kriecheigenschaften im
Temperaturbereich bis etwa 650 °C auf [2.1.11, 2.1.12, 2.1.13, 2.1.14, 2.1.15]. Die
Herstellung ist im Vergleich zu mischkristallgehärteten Superlegierungen komplizierter.
Beim Umschmelzen großer Blöcke besteht die Gefahr der Frecklebildung. Freckels sind
Makrodefekte, die beim Umschmelzen in liquid-solid Region (Muschy Zone) entstehen
[2.1.16, 2.1.17, 2.1.18]. Die Umformkräfte sind für die γ’-gehärteten Superlegierungen sehr
hoch und das Temperaturintervall für die Verformbarkeit, der Bereich zwischen der
γ’-Solvustemperatur und der Solidustemperatur ist sehr eng [2.1.19]. Deshalb wird der Anteil
an verfestigenden Ausscheidungen auf 20-35% für solche Legierungen begrenzt, die warmund/oder
kalt umgeformt werden müssen .
Die letzte Gruppe der Ni-Fe-Superlegierungen wie z.B. Inconel 718, Inconel 706, CG-27,
René 62 usw. weisen mehrere Phasen, (γ’-, γ’’-Phase und auch η- und
δ-Phase in einer günstige Form) auf [2.1.20, 2.1.21, 2.1.22]. Die Ni-Fe-Superlegierungen sind
für brauchbare Herstellbarkeit bekannt [2.1.23]. Allerdings, sind die Werkstoffe langzeitig bei
hohen Temperaturen nicht “Strukturstabil“, die γ’-und γ’’- Verfestigungsphasen werden
instabil. Auf Grund unzureichender Phasenstabilität fallen die Kriechbeständigkeitseigenschaften
bei Langzeitbeanspruchung bei Temperaturen oberhalb 600 °C stark ab
[2.1.24].
2.1.2 PM- Superlegierungen
Es ist möglich, praktisch jeden polykristallinen Werkstoff pulvermetallurgisch herzustellen.
Die pulvermetallurgische Fertigung bietet gegenüber herkömmlicher schmelzmetallurgischer
Herstellung die besonderen Vorteile, homogene und seigerungsfreie Werkstoffe mit isotropen
Eigenschaften und gleichmäßig in der Matrix verteilten Härtungsphasen mit definierter
Korngröße herzustellen. Dazu zählen auch ODS Werkstoffe, die sich mit klassischen
Metallurgieprozessen nicht herstellen lassen. Allerdings ist diese Methode nur für die
Erzeugung kleinerer und/oder komplizierter Bauteile geeignet. Für die großvolumigen
Bauteile ist eine derartige Herstellungsmethode nicht technologisch anwendbar [2.1.25,
2.1.26, 2.1.27, 2.1.28].
2.1.3 Gusslegierungen
Die hohe Nachfrage nach höchstkriechbeständigen Superlegierungen bewirkt eine intensive
Fortentwicklung der Vakuum-Feingusstechnologie und der Erstarrungstechnologie. Die
Vakuum-Feingusstechnologien, das Verfahren der verlorenen Schale und des verlorenen
Modells in Verknüpfung mit dem Wachsausschmelzverfahren, schufen die Möglichkeiten
sehr präzise Bauteile herzustellen. Die Entwicklung der Erstarrungstechniken ermöglichte die
Herstellung von stängelkristallinen und später auch einkristallinen Turbinenschaufeln. In
Abbildung 2.3 ist diese Entwicklung anhand von Turbinenschaufeln exemplarisch dargestellt
[2.1.29, 2.1.30, 2.1.31].
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