DE102015223198A1 - Nickelbasislegierung mit verbesserten Eigenschaften für additive Fertigungsverfahren und Bauteil - Google Patents
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Abstract
Durch die vorgeschlagene Legierungszusammensetzung gemäß Ni-10Cr-10,5Co-0,5Mo-9,5W-2Ta-5,6Al-0,07C-0,01B-0,01Zr-0,5Hf-(2Pt-0,02Y) liegt ein Nickelbasiswerkstoff vor, der gut schweißbar ist und damit auch für das Selektive Laserschmelzen verwendet werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Nickelbasisgusslegierung, die bei additiven Fertigungsverfahren, insbesondere beim Selektiven Laserschmelzen (SLM) verwendet wird und ein Bauteil.
- Alloy 247 ist eine Nickelbasis-Gusslegierung, die breite Anwendung im Bereich der Hochtemperaturturbinenkomponenten findet. Dieser Werkstoff verfügt über einen hohen γ‘-Anteil und dadurch gute Kriecheigenschaften in Kombination mit einer guten Oxidationsbeständigkeit. Allerdings tendiert der Werkstoff im gegossenen Zustand zu Seigerungen, die dazu führen, dass sich in den dendritischen und den interdendritischen Bereichen eine deutlich unterschiedliche γ/γ‘-Struktur einstellt. Wünschenswert ist eine Morphologie wie sie in den dendritischen Bereichen vorliegt. Allerdings führen die Seigerungen während der Erstarrung dazu, dass sich in den interdendritischen Bereichen hohe Konzentrationen an γ‘-bildenden Elementen wie Ti und Ta anreichern, die die γ‘-Solvustemperatur lokal stark erhöhen. Dies kann auch durch ein anschließendes Lösungsglühen nicht behoben werden, da die γ‘-Solvustemperatur in den interdendritischen Bereichen so hoch sein kann, dass kein Lösungsglühen ohne Anschmelzungen (Incipient melting) mehr möglich ist.
- Die Bruttozusammsetzung des Alloy 247 ist so ausgelegt, dass sich in den dendritischen Bereichen eine optimale Struktur ergibt. Die vergröberten γ‘-Ausscheidungen in den interdendritischen Bereichen nimmt man dabei als unvermeidbar in Kauf.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1, ein Pulver gemäß Anspruch 2, durch Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4 sowie ein Bauteil gemäß Anspruch 5.
- In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
- Die Beschreibung stellt nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
- Im Rahmen von Versuchen, den Alloy 247 mittels SLM zu verarbeiten, ist aufgefallen, dass sich auch nach vollständiger Wärmebehandlung (identisch zum Gussmaterial) kein optimales γ/γ‘-Gefüge einstellt.
- Bisher wurde für SLM die gleiche chemische Zusammensetzung verwendet, wie sie auch im Gussmaterial vorliegt. Aufgrund des hohen γ‘-Anteils ist dieser Werkstoff jedoch nur sehr schlecht schweißbar und damit mittels SLM schlecht verarbeitbar.
- Der Grund dafür liegt darin, dass nach dem SLM- Auftrag eine weitgehend homogene Elementverteilung vorliegt. Die Seigerungseffekte, wie sie bei Gussmaterial auftreten, kommen bei dem SLM-Material nicht vor. Allerdings zeigt sich, dass das Gefüge, das sich in dem SLM-Material einstellt, nicht optimal ist. Der Vergleich mit dem Gussmaterial zeigt, dass die γ/γ‘-Struktur ähnlich der in den Übergangsbereichen (dendritisch/interdendritisch) im Gussmaterial ist. Dies lässt darauf schließen, dass in der Bruttozusammensetzung der momentan genutzten Alloy 247-Legierungen zu hohe Anteile an γ‘-Bildnern vorliegen.
- Es wird vorgeschlagen, eine modifizierte Zusammensetzung des Alloy 247 zu verwenden. Dieser Werkstoff hat, insbesondere im Vergleich zum Grundwerkstoff kein Titan (Ti) sowie einen reduzierten Anteil an Tantal (Ta) und/oder Hafnium (Hf) (γ‘-Bildner).
- Weiterhin wurde der Anteil an Chrom (Cr) leicht erhöht, so dass die Oxidationsbeständigkeit noch weiter verbessert wird.
- Optional können dem Werkstoff bis 2 Gew.-% Platin (Pt) sowie bis 0,02 Gew.-% Yttrium (Y) zulegiert werden.
- Platin (Pt) dient als alternativer γ‘-Stabilisator zu Titan (Ti) und Tantal (Ta) und Yttrium (Y) zur Verbesserung der zyklischen Oxidationsbeständigkeit.
- Die Nickelbasislegierung weist folgende Elemente auf (in Gew.-%):
9%–11% Chrom (Cr), insbesondere 10% Chrom (Cr),
9,5%–11,5% Kobalt (Co), insbesondere 10,5% Kobalt (Co),
0,3%–0,7% Molybdän (Mo), insbesondere 0,5% Molybdän (Mo),
8,5%–10,5% Wolfram (W), insbesondere 9,5% Wolfram (W),
1,5%–2,5% Tantal (Ta), insbesondere 2% Tantal (Ta),
5,1%–6,1% Aluminium (Al), 5,6% Aluminium (Al),
0,03%–0,1% Kohlenstoff (C), insbesondere 0,07% Kohlenstoff (C),
0,005%–0,015 Bor (B), insbesondere 0,010% Bor (B),
0,005%–0,015% Zirkon (Zr), insbesondere 0,010% Zirkon (Zr),
0,3%–0,7% Hafnium (Hf), insbesondere 0,5% Hafnium (Hf) sowie optional
1,5%–2,5% Platin (Pt), insbesondere 2% Platin (Pt),
0,01%–0,03% Yttrium (Y), insbesondere 0,02% Yttrium (Y) und kein Titan (Ti).
Insbesondere besteht die Legierung aus diesen Elementen. - Es wird insbesondere folgende Zusammensetzung vorgeschlagen (in Gew.-%): Ni-10Cr-10,5Co-0,5Mo-9,5W-2Ta-5,6Al-0,07C-0,01B-0,01Zr-0,5Hf- optional: 2Pt-0,02Y.
Claims (5)
- Nickelbasislegierung, die zumindest aufweist (in Gew.-%): 9%–11% Chrom (Cr), insbesondere 10% Chrom (Cr), 9,5%–11,5% Kobalt (Co), insbesondere 10,5% Kobalt (Co), 0,3%–0,7% Molybdän (Mo), insbesondere 0,5% Molybdän (Mo), 8,5%–10,5% Wolfram (W), insbesondere 9,5% Wolfram (W), 1,5%–2,5% Tantal (Ta), insbesondere 2% Tantal (Ta), 5,1%–6,1% Aluminium (Al), 5,6% Aluminium (Al), 0,03%–0,1% Kohlenstoff (C), insbesondere 0,07% Kohlenstoff (C), 0,005%–0,015 Bor (B), insbesondere 0,010% Bor (B), 0,005%–0,015% Zirkon (Zr), insbesondere 0,010% Zirkon (Zr), 0,3%–0,7% Hafnium (Hf), insbesondere 0,5% Hafnium (Hf) sowie optional: 1,5%–2,5% Platin (Pt), insbesondere 2% Platin (Pt) und/oder 0,01%–0,03% Yttrium (Y), insbesondere 0,02% Yttrium (Y) und/oder kein Titan (Ti), insbesondere bestehend aus diesen Elementen.
- Pulver zumindest aufweisend eine Legierung gemäß Anspruch 1,
- Verfahren zur additiven Fertigung, insbesondere zum selektiven Laserschmelzen, bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 oder ein Pulver gemäß Anspruch 2 verwendet wird.
- Verfahren zum Auftragschweißen, bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 oder ein Pulver gemäß Anspruch 2 verwendet wird.
- Bauteil, das eine Legierung gemäß Anspruch 1 aufweist oder eine Auftragschweißung oder zumindest einen Teilbereich aufweist, der die Legierung gemäß Anspruch 1 aufweist, oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4 hergestellt wurde.
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