Superlegierung
Als Superlegierungen werden Werkstoffe komplexer Zusammensetzung (Eisen, Nickel, Platin, Chrom oder Cobalt-Basis mit Zusätzen der Elemente Co, Ni, Fe, Cr, Mo, W, Re, Ru, Ta, Nb, Al, Ti, Mn, Zr, C und B) für Hochtemperaturanwendungen bezeichnet. Sie sind zumeist zunder- und hochwarmfest. Ihre Herstellung kann sowohl schmelzmetallurgisch als auch pulvermetallurgisch erfolgen.
Der Name Superlegierung deutet auf Werkstoffe hin, deren Einsatztemperaturen höher liegen als die von Stählen, da sie in diesem Temperaturbereich über erhöhte Festigkeit verfügen. Polykristalline Superlegierungen erreichen Einsatztemperaturen von ungefähr 80 %, einkristalline Legierungen ungefähr 90 % des Schmelzpunktes. Heutzutage werden hauptsächlich Nickelbasis-Superlegierungen eingesetzt. Deren Temperaturfestigkeit wird durch eine Mischung aus inkohärenter Dispersionshärtung, kohärenter Aushärtung und Mischkristallverfestigung erreicht.
Übliche Markennamen sind z. B. Stellite, Tribaloy, Hastelloy, Incoloy, Inconel, NIMONIC, R88DT, Waspaloy oder X-40.
Anwendung
Superlegierungen finden wegen ihres hohen Preises (ca. 45 €/kg per Mitte Februar 2012) vorwiegend Anwendung im Motoren-, Turbinen- und Triebwerksbau, in der Energietechnik sowie in Luft- und Raumfahrt.
In Gasturbinen werden polykristalline (Scheiben), gerichtet erstarrte und einkristalline (Schaufeln) Bauteile verwendet. Ziel der Legierungsentwicklung sind dabei möglichst hohe ertragene Turbineneintrittstemperaturen und in zweiter Linie ein geringes Gewicht, um den Wirkungsgrad zu steigern.
Beispiel: Inconel alloy 718
Werkstoffnummer: 2.4668, Kurzname: NiCr19NbMo, Dichte: 8,19 g/cm³.
Chemische Zusammensetzung: 0,04 % C - 19 % Cr - 3,0 % Mo - 52,5 % Ni - 0,9 % Al - ≤0,1 % Cu - 5,1 % Nb - 0,9 % Ti - 19 % Fe.
Diese mit Ni3[Nb,V]-Ausscheidungen verstärkte Superlegierung macht noch heute 60-70 % des Volumens aller Nickelbasislegierungen aus.
Siehe auch
Literatur
- Ralf Bürgel: Handbuch Hochtemperatur-Werkstofftechnik:Grundlagen, Werkstoffbeanspruchungen, Hochtemperaturlegierungen und -beschichtungen. Vieweg, Wiesbaden 2006, ISBN 978-3-528-23107-1
- Madeleine Durand-Charre: The Microstructure of Superalloys. OPA, Amsterdam 1997, ISBN 90-5699-097-7
- D. G. Morris: Intermetallics and superalloys. Wiley-VCH, Weinheim 2000, ISBN 3-527-30192-5
- John K. Tien: Superalloys, supercomposites, and superceramics. Acad. Press, New York 1989, ISBN 0-12-690845-1