DE202020104651U1

DE202020104651U1 - Nickelbasislegierung für Hochtemperaturanwendungen

Info

Publication number: DE202020104651U1
Application number: DE202020104651.9U
Authority: DE
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens Gas and Power GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2030-08-12

Abstract

Nickelbasislegierung, die zumindest aufweist,insbesondere besteht aus (in Gew.-%):Chrom (Cr)14,0% - 16,0%,insbesondere15,0%,Kobalt (Co)5,0% - 6, 0%Molybdän (Mo)0,8% - 1, 0%Wolfram (W)3,5% - 4, 0%Aluminium (Al)4,5% - 5,0%Kohlenstoff (C)0, 04% - 0,1 %Bor (B)0,002% - 0,013%Tantal (Ta)7,4% - 7,8%Hafnium (Hf)0,05% - 0,15%Zirkon (Zr)<0,01%Silizium (Si)<0, 02%Yttrium (Y)0,002% - 0,01%,Verunreinigungen bis 0,01%, insbesondere minimalEisen (Fe),Mangan (Mn),Vanadium (V),Platin (Pt),Palladium (Pd),Niob (Nb),Titan (Ti),Rhenium (Re) oder Ruthenium (Ru)sowieRest Nickel (Ni).

Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Nickelbasis für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für Gasturbinen.
Bislang konnten mittels additiver Fertigung (SLM, SLS; mittels Laser-, aber auch mittels Elektronenstrahlen (EBM)) keine absolut rissfreien Komponenten erzeugt werden, so dass die Legierungsentwicklung weitergeführt worden ist.
Diese Problematik wird aufgegriffen und eine Legierung mit Spezifikationen von entscheidenden Elementen definiert, die rissfreie Komponenten zur Folge hat.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Die Legierungselemente wurden gezielt gewählt, um rissfreie Komponenten fertigen zu können. Dabei sind die Elemente Silizium (Si), Bor (B), Zirkon (Zr) und Hafnium (Hf) von besonderer Bedeutung und Kohlenstoff (C) ebenfalls zu beachten.
Die Prozessbedingungen, insbesondere im EBM-Prozess, zeichnen sich durch eine hohe Bautemperatur von 1173K - 1373K über lange Zeiträume aus. In Abhängigkeit vom Bauteil sind mehrere Tage möglich. Hierbei handelt es sich um einzigartige Bedingungen, die bei anderen bekannten Verfahren wie Gießen, Schmieden, Schweißen etc. nicht vorzufinden sind. Abgeleitet aus diesen Bedingungen wurden die Elemente Zirkon (Zr), Hafnium (Hf) und Silizium (Si) reduziert, um die Erstarrungsrissneigung der Legierung zu mindern bzw. gänzlich zu vermeiden. Dies beruht auf einer Reduzierung des Anteils an Flüssigphase/Eutektikum im Temperaturbereich von 1173K bis Bautemperatur bei gleichzeitiger Einstellung eines kleineren Erstarrungsintervalls.
Yttrium (Y) verbessert die Oxidationsbeständigkeit der Legierung und ist ggfs auch optional.
Die Änderung der chemischen Zusammensetzung wird vorzugsweise ergänzt um Prozessparameter: Verfahrgeschwindigkeit, Verfahrstrategie, Spurabstand, Leistung, Energiestrahl, Schichtdicke, Bautemperatur, ... bestimmt, die eine rissfreie Herstellung ermöglichen.
Vorteile sind:

• Fertigung von Bauteilen ist rissfrei möglich, Bauteilintegrität gewährleistet, Effizienzsteigerungen durch AM-Design möglich.
• Fertigung von hochwertigen Gasturbinenbauteilen mit neuer Legierung ist möglich, so dass zukünftige Bauteil-Anforderungen abgedeckt werden können und ein Beitrag zur Effizienzsteigerung von Gasturbinen geleistet wird.

Die chemische Zusammensetzung der relevanten Legierung lautet (in Gew.-%):

Chrom (Cr)	14,0% - 16,0%,
insbesondere	15,0%,
Kobalt (Co)	5,0% - 6,0%
Molybdän (Mo)	0,8% - 1,0%
Wolfram (W)	3,5% - 4,0%
Aluminium (Al)	4,5% - 5,0%
Kohlenstoff (C)	0,04% - 0,1%
Bor (B)	0,002% - 0,013%
Tantal (Ta)	7,4% - 7,8%
Hafnium (Hf)	0,05% - 0,15%
Zirkon (Zr)	<0,01%
Silizium (Si)	<0,02%
Yttrium (Y)	0,002% - 0,01%,
Verunreinigungen	bis 0,01%
insbesondere minimal
Eisen (Fe),
Mangan (Mn),
Vanadium (V),
Platin (Pt),
Palladium (Pd),
Niob (Nb),
Titan (Ti),
Rhenium (Re) oder Ruthenium (Ru)
sowie
Rest Nickel (Ni).

Claims

Nickelbasislegierung, die zumindest aufweist, insbesondere besteht aus (in Gew.-%): Chrom (Cr) 14,0% - 16,0%, insbesondere 15,0%, Kobalt (Co) 5,0% - 6, 0% Molybdän (Mo) 0,8% - 1, 0% Wolfram (W) 3,5% - 4, 0% Aluminium (Al) 4,5% - 5,0% Kohlenstoff (C) 0, 04% - 0,1 % Bor (B) 0,002% - 0,013% Tantal (Ta) 7,4% - 7,8% Hafnium (Hf) 0,05% - 0,15% Zirkon (Zr) <0,01% Silizium (Si) <0, 02% Yttrium (Y) 0,002% - 0,01%, Verunreinigungen bis 0,01%, insbesondere minimal Eisen (Fe), Mangan (Mn), Vanadium (V), Platin (Pt), Palladium (Pd), Niob (Nb), Titan (Ti), Rhenium (Re) oder Ruthenium (Ru) sowie Rest Nickel (Ni).