DE60035052T2

DE60035052T2 - Superlegierung auf Nickelbasis für Einkristallturbinenschaufeln von industriellen Turbinen mit hoher Beständigkeit gegen Heisskorrosion

Info

Publication number: DE60035052T2
Application number: DE60035052T
Authority: DE
Inventors: Pierre Caron; Michael Blackler; Gordon Malcolm Mccolvin; Rajeshwar Prasad Wahi; Andre Marcel Escale; Laurent Lelait
Original assignee: Hahn Meitner Institut Berlin GmbH; Electricite de France SA; Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA; Turbomeca SA; Howmet Ltd; Alstom Power NV
Current assignee: HUGHES, CHARLES D., BRANDON, MANITOBA, CA; Siemens AG; Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH; Electricite de France SA; Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA; Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002194467A; EP1211336B1; EP1211336A1; US20040069380A1; US20030047252A1; DE60035052D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Superlegierung auf Nickelbasis, angepasst an die Herstellung monokristalliner Leit- und Laufschaufeln industrieller Gasturbinen durch gerichtete Erstarrung.
Die Superlegierungen auf Nickelbasis sind heute die leistungsfähigsten Werkstoffe zur Herstellung der Leit- und Laufschaufeln industrieller Gasturbinen. Die beiden bisher bei diesen spezifischen Anwendungen von diesen Legierungen verlangten Haupteigenschaften sind eine gute Kriechfestigkeit bei Temperaturen, die bis 850 °C gehen können, und eine sehr gute Hitzekorrosionsfestigkeit. Auf diesem Gebiet häufig verwendete Referenzlegierungen sind bekannt unter den Bezeichnungen IN738, IN939 und IN792.
Die aus diesen Referenzlegierungen hergestellten Schaufeln werden konventionell nach dem Wachsausschmelzverfahren gefertigt und haben eine polykristalline Struktur, das heißt, dass sie durch aneinandergereihte, untereinander zufällig ausgerichtete und Körner genannte Kristalle gebildet werden. Diese Körner werden ihrerseits durch eine austenitische Gamma-Matrix (γ) auf Nickelbasis gebildet, in der härtende Gammaprimärphasenteilchen (γ') zerstreut sind, deren Basis die intermetallische Verbindung Ni₃Al ist. Diese spezielle Struktur der Körner verleiht diesen Legierungen eine hohe Kriechfestigkeit bis zu Temperaturen um 850 °C, was eine hohe Lebensdauer der Schaufeln garantiert, für die generell Lebensdauern von 50 000 bis 100 000 Stunden angestrebt werden. Die chemische Zusammensetzung der Legierungen IN939, IN738 und IN792 ist außerdem so definiert worden, dass sie gegenüber Verbrennungsgasen und insbesondere gegenüber der bei industriellen Gasturbinen besonders aggressiven Hitzekorrosion eine sehr gute Festigkeit aufweisen. Es sind also große Chromzugaben erforderlich, typisch zwischen 12 und 22 Gew.%, um diesen Legierungen die Hitzekorrosionsfestigkeit zu verleihen, die für die betreffenden Anwendungen notwendig ist. Hinsichtlich der Kriechfestigkeit ist die Klassifizierung dieser Legierungen folgendermaßen:
IN792 < IN738 < IN939.
Um die Leistungen industrieller Gasturbinen hinsichtlich Wirkungsgrad und Verbrauch zu verbessern, besteht eine Möglichkeit darin, die Gastemperatur am Turbineneintritt zu erhöhen. Dazu muss man über Legierungen für Turbinenschaufeln verfügen können, die immer höhere Betriebstemperaturen aushalten und dabei ihre mechanischen Eigenschaften insbesondere bezüglich des Kriechens beibehalten, um dieselben Lebensdauern zu erzielen.
Derselbe Problemtyp betraf in der Vergangenheit den Fall der Gasturbinen von Turbostrahltriebwerken und Turbotriebwerken bei den aeronautischen Anwendungen. In diesem Fall besteht die Lösung darin, von den mittels konventioneller Gießtechnik gefertigten sogenannten polykristallinen Schaufeln überzugehen zu den sogenannten monokristallinen Schaufeln, das heißt Schaufeln, die aus einem einzigen metallurgischen Korn bestehen.
Diese monokristallinen Schaufeln werden nach dem Wachsausschmelzverfahren mit gerichteter Erstarrung realisiert. Die Eliminierung der Korngrenzen, welche die bevorzugten Orte für Kriechdeformationen bei hoher Temperatur bilden, hat ermöglicht, die Leistungen der Supralegierungen auf Nickelbasis spektakulär zu erhöhen. Zudem ermöglicht das monokristalline Erstarrungsverfahren, die bevorzugte Wachstumsrichtung des monokristallinen Teils zu selektieren und derart die Richtung <001> zu wählen, die bezüglich der Kriechfestigkeit und der Wärmeermüdung optimal ist, wobei diese beiden mechanischen Beanspruchungsarten für Turbinenschaufeln die schädlichsten sind.
Jedoch eignen sich die chemischen Zusammensetzungen der für aeronautische Anwendungen entwickelten Turbinenschaufel-Superlegierungen nicht für terrestrische oder maritime, also industrielle Anwendungen. Diese Legierungen sind nämlich so definiert, dass ihre mechanische Festigkeit bis zu Temperaturen über 1100 °C begünstigt wird, dies aber auf Kosten ihrer Hitzekorrosionsfestigkeit. So ist die Chromkonzentration der Superlegierungen für monokristalline Turbinenschaufeln des aeronautischen Typs generell niedriger als 8 Gew.%, was ermöglicht, γ'-Phasen-Volumenanteile von ungefähr 70 % zu erhalten, was für die Kriechfestigkeit bei hoher Temperatur günstig ist.
Eine chromreiche Superlegierung auf Nickelbasis, fähig zur monokristallinen Erstarrung von Teilen für industrielle Gasturbinen, ist unter der Bezeichnung SC16 bekannt und wird in FR 2 643 085 beschrieben. Ihre Chrom-Konzentration ist gleich 16 Gew.%. Die Kriechfestigkeitseigenschaften der Legierung SC16 sind so, dass diese Legierung in Bezug auf die polykristalline Referenzlegierung IN738 einen Betriebstemperaturgewinn von ungefähr 30 °C (830 °C anstatt 800 °C) bis ungefähr 50 °C (950 °C anstatt 900°C) erbringt. Vergleichende zyklische Korrosionsversuche bei 850 °C in Luft bei Umgebungsdruck und mit Na₂SO₄-Kontamination haben gezeigt, dass die Hitzekorrosionsfestigkeit der Legierung SC16 wenigstens gleichwertig mit derjenigen der polykristallinen Referenzlegierung IN738 ist.
Die Hersteller industrieller Turbinen haben in ihren eigenen Versuchsständen Hitzekorrosionsversuche mit der Legierung SC16 durchgeführt. Unter sehr schweren Umgebungsbedingungen, repräsentativ für extreme Betriebsbedingungen, hat sich gezeigt, dass die Hitzekorrosionsfestigkeit dieser Legierung geringer ist als die der Legierung IN738.
Außerdem erfordert das Verlangen dieser Hersteller nach einer höheren Betriebstemperatur der Gasturbinen eine noch bessere Kriechfestigkeit der Superlegierungen für Turbinenschaufeln.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Superlegierung auf Nickelbasis vorzuschlagen, deren Hitzekorrosionsfestigkeit in der aggressiven Umgebung der Verbrennungsgase von industriellen Gasturbinen wenigsten gleichwertig mit derjenigen der polykristallinen Referenz-Superlegierung IN792 ist, wobei die Kriechfestigkeit in einem Temperaturbereich bis 1000 °C höher oder gleich derjenigen der Referenzlegierung IN792 ist.
Diese Superlegierung muss sich insbesondere zur Fertigung von monokristallinen Leit- und Laufschaufeln mit großen Dimensionen (bis zu mehrfach zehn Zentimeter Höhe) mittels gerichteter Erstarrung eignen.
Diese Superlegierung muss außerdem eine gute mikrostrukturelle Stabilität gegenüber der Ausscheidung chromreicher fragiler intermetallischer Phasen während der Aufrechterhaltung von hohen Temperaturen über einen langen Zeitraum.
Noch spezifischer wurde nach einer Legierungszusammensetzung mit folgenden Eigenschaften gesucht:

– eine optimierte Hitzekorrosionsfestigkeit, auf jeden Fall wenigstens gleich derjenigen der polykristallinen Referenz-Superlegierung IN792, und dies in diversen Umgebungen, die für diejenige der Verbrennungsgase der industriellen Turbinen repräsentativ sind;
– einen maximalen Volumenanteil an härtenden γ'-Phasenausscheidungen, um die Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen zu begünstigen;
– eine Kriechfestigkeit bis 1000 °C, höher als die der polykristallinen Referenzlegierung IN792;
– eine Homogenisierungsfähigkeit durch totales Wieder-in-Losung-bringen der γ'-Phasenteilchen einschließlich der eutektischen γ/γ'-Phasen;
– keine Ausscheidung chromreicher fragiler intermetallischer Phasen aus der γ-Matrix während der Aufrechterhaltung von hohen Temperaturen über einen langen Zeitraum;
– eine volumenbezogene Masse unter 8,4 g.cm^-3, um die Masse der monokristallinen Schaufeln zu minimieren und folglich die Zentrifugalkraft zu begrenzen, die auf diese Schaufeln und auf die Turbinenscheibe wirkt, in der sie befestigt sind;
– eine gute Fähigkeit zur monokristallinen Erstarrung der Turbinenschaufeln, deren Höhe mehrfach zehn Zentimeter und die Masse mehrere Kilogramm erreichen kann.

Die erfindungsgemäße Superlegierung, fähig zur monokristallinen Erstarrung, besitzt die folgende Gewichtszusammensetzung

Co:	4,75	bis	5,25
Cr:	11,5	bis	12,5 %
Mo:	0,8	bis	1,2 %
W:	3,75	bis	4,25 %
Al:	3,75	bis	4,25 %
Ti:	4	bis	4,8 %
Ta:	1,75	bis	2,25
C:	0,006	bis	0,04 %
B:		≤	0,01 %
Zr:		≤	0,01 %
Hf:		≤	1%
Nb:		≤	1%

Ni und eventuelle Verunreinigungen: Komplettierung auf 100 %.
Die erfindungsgemäße Legierung ist ein exzellenter Kompromiss zwischen Kriechfestigkeit und Hitzekorrosionsfestigkeit. Sie eignet sich zur Herstellung von monokristallinen Teilen, das heißt gebildet durch ein einziges metallurgisches Korn. Diese spezielle Struktur erhält man zum Beispiel mit Hilfe eines klassischen Verfahrens zur gerichteten Erstarrung in bzw. mit einem Wärmegradienten, indem man eine spiral- oder schikanenförmige Kornselektionsvorichtung benutzt (dispositif de sélection de grain à hélice à chicanes) oder einen monokristallinen Keim.
Die Erfindung hat auch eine Schaufel einer industriellen Turbine zum Gegenstand, realisiert mittels monokristalliner Erstarrung der obigen Superlegierung.
Die Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter offenbart.
Die 1 und 2 sind Diagramme, welche die Eigenschaften der verschiedenen Superlegierungen veranschaulichen.

Eine erfindungsgemäße Legierung mit der Bezeichnung SCB444 wurde hergestellt, indem die in der Tabelle I präsentierte Nominalzusammensetzung angestrebt wurde. In der Tabelle sind auch die nominalen Konzentrationen der Hauptelemente der Referenzlegierungen IN939, IN738, IN792 und SC16 angegeben. Tabelle I: Gewichtsbezogene Konzentrationen der Hauptelemente (%)

Legierung	Ni	Co	Cr	Mo	W	Al	Ti	Ta	Nb
IN939	Basis	19	22,5	–	2	1,9	3,7	1,4	1
IN738	Basis	8,5	16	1,7	2,6	3,4	3,4	1,7	0,9
IN792	Basis	9	12,4	1,9	3,8	3.1	4,5	3,9	–
SC16	Basis	–	16	3	–	3.5	3,5	3,5	–
SCB444	Basis	5	12	1	4	4	4,4	2	–

Chrom hat eine vorteilhafte und ausschlaggebende Auswirkung auf die Hitzekorosionsfestigkeit der Superlegierungen auf Nickelbasis. Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine Konzentration von ungefähr 12 Gew.% in der erfindungsgemäßen Legierung notwendig und ausreichend ist, um eine Hitzekorrosionsfestigkeit zu erzielen, die unter den weiter unten beschriebenen Hitzekorosionsversuchsbedingungen gleichwertig ist mit derjenigen der Referenzlegierung IN792, wobei diese Bedingungen der Umgebung entsprechen, die in bestimmten industriellen Gasturbinen aufgrund der Verbrennungsgase herrscht. Ein höherer Chromgehalt würde nicht ermöglichen, den γ'-Phasen-Volumenanteil zu erreichen, der für eine gute Kriechfestigkeit der Legierung bis 1000 °C notwendig wäre, ohne dass die Legierung instabil würde gegenüber der Ausscheidung von chromreichen fragilen intermetallischen Phasen in der γ-Matrix. Außerdem würde eine schwächere Chromkonzentration nicht ermöglichen, die gleiche Hitzekorrosionsfestigkeit wie die Referenzlegierung IN792 zu erreichen. Der Chrom ist auch an der Härtung der γ-Matrix beteiligt, in der sich dieses Element bevorzugt verteilt.
Molybdän härtet die γ-Matrix stark, in der sich dieses Element vorzugsweise verteilt. Die Molybdänmenge, die der Legierung zugegeben werden kann, ist jedoch begrenzt, denn dieses Element hat eine nachteilige Auswirkung auf die Hitzekorrosionsfestigkeit der Superlegierungen auf Nickelbasis. Eine Konzentration von ungefähr 1 Gew.% in der erfindungsgemäßen Legierung wirkt sich auf ihre Korrosionsfestigkeit nicht nachteilig aus und leistet einen bedeutenden Beitrag zu ihrer Härtung.
Kobalt trägt ebenfalls zur Härtung der γ-Matrix in Form einer festen Lösung bei. Die Kobaltkonzentration hat einen Einfluss auf die Lösungserzeugungstemperatur der härtenden γ'-Phase (γ'-Solvus-Temperatur). Es ist also vorteilhaft, die Kobaltkonzentration zu erhöhen, um die γ'-Solvus-Temperatur abzusenken und die Homogenisierung der Legierung durch Wärmebehandlung zu erleichtern, ohne die Gefahr einer beginnenden Schmelzung. Außerdem kann es auch vorteilhaft sein, die Kobaltkonzentration zu reduzieren, um die Solvus-Temperatur der γ'-Phase zu erhöhen und so von einer größeren Stabilität der γ'-Phase bei hoher Temperatur zu profitieren, was für die Kriechfestigkeit günstig ist. Die Konzentration von ungefähr 5 Gew.% Kobalt in der erfindungsgemäßen Legierung führt zu einem optimalen Kompromiss zwischen einer guten Homogenisierungsfähigkeit und einer guten Kriechfestigkeit.
Wolfram, dessen Konzentration in der Legierung ungefähr 4 Gew.% beträgt, verteilt sich im wesentlichen gleich zwischen den γ- und γ'-Phasen und trägt so zu ihrer jeweiligen Härtung bei. Seine Konzentration in der Legierung ist jedoch begrenzt, denn dieses Element ist schwer und hat einen negativen Effekt auf die Hitzekorrosionsfestigkeit.
Die Aluminiumkonzentration in der erfindungsgemäßen Legierung beträgt ungefähr 4 Gew.%. Das Vorhandensein dieses Elemente verursacht die Ausscheidung der härtenden γ'-Phase. Das Aluminium begünstigt auch die Oxidationsfestigkeit. Die Elemente Titan und Tantal werden der erfindungsgemäßen Legierung hinzugefügt, um die γ-Phase zu verstärken, in der sie an die Stelle des Elements Aluminium treten. Die jeweiligen Konzentrationen dieser beiden Element in der erfindungsgemäßen Legierung liegen bei 4,4 Gew.% für Titan und 2 Gew.% für Tantal. Unter den weiter unten beschriebenen, der vorgesehenen Anwendung entsprechenden Hitzekorrosionsversuchsbedingungen ist für die Hitzekorrosionsfestigkeit, wie die Erfahrung gezeigt hat, die Präsenz von Titan günstiger als die von Tantal. Die Titan-Konzentration ist jedoch begrenzt, einerseits wegen des negativen Effekts auf die Oxidationsfestigkeit und andererseits wegen der Gefahr einer Destabilisierung der aufgrund einer zu hohen Titan-Konzentration. Die Summe der Konzentrationen von Tantal, Titan und Aluminium definiert grob den Volumenanteil der härtenden γ'-Phase. Die Konzentrationen dieser drei Elemente wird so geregelt, dass der γ'-Phasen-Volumenanteil optimal ist und dabei die γ- und die γ'-Phase während der Aufrechterhaltung hoher Temperaturen über lange Zeiträume stabil bleiben, wobei der Tatsache Rechnung getragen werden muss, dass die Chromkonzentration bei ungefähr 12 Gew.% festgelegt worden ist, um die gewünschte Korrosionsfestigkeit zu erreichen.
Die Legierung SCB444 wird in Form von Monokristallen der Richtung <001> hergestellt. Die volumenbezogene Masse dieser Legierung wurde gemessen und betrug 8,22 g.cm^-3.
Nach der gerichteten Erstarrung wird die Legierung im wesentlichen durch zwei Phasen gebildet: die austenitische γ-Matrix, eine feste Lösung auf Nickelbasis, und die γ'-Phase, eine intermetallische Verbindung, deren Basisformel Ni₃Al ist und die hauptsächlich während der Abkühlung in den festen Zustand im Inner der Matrix in Form von feinen Teilchen ausscheidet, die kleiner als 1 μm sind. Ein kleiner γ'-Phasenanteil befindet sich auch in massiven Teilchen, die aus einer flüssigen eutektischen Umwandlung -> γ + γ' am Ende der Erstarrung resultiert. Der eutektische γ/γ'-Phasenanteil Volumenanteil beträgt ungefähr 1,4 %.
Die Legierung SCB444 wurde einer Homogenisierungs-Wärmebehandlung unterzogen, 3 Stunden lang bei 1270 °C und Abkühlung in der Luft. Diese Temperatur ist höher als die Solvus-Temperatur der γ'-Phase (Lösungserzeugungstemperatur der Phasenausscheidungen), die gleich 1253 °C ist, und niedriger als die Schmelzbeginn-Temperatur, die gleich 1285 °C ist. Diese Behandlung hat den Zweck, die Gesamtheit der γ'Phasenausscheidungen aufzulösen, deren Größenverteilung im Rohzustand der gerichteten Erstarrung sehr weitläufig ist, die massiven γ/γ'-Eutektikumsteilchen zu eliminieren und die chemischen Heterogenitäten zu reduzieren, die mit den dentritischen Erstarrungsstrukturen verbunden sind.
Der Abstand zwischen der γ'-Solvus-Temperatur der Legierung SCB444 und ihrer Schmelzbeginntemperatur ist sehr groß, was die leichte Anwendung der Homogenisierungsbehandlung ermöglicht, ohne Schmelzgefahr und mit der Gewissheit, eine homogene Mikrostruktur zu erhalten, die eine optimierte Kriechfestigkeit erlaubt.
Die auf die oben beschriebene Homogenisierungsbehandlung folgende Abkühlung erfolgt durch ein Abschrecken bzw. Härten in Luft. In der Praxis muss die Abkühlungsgeschwindigkeit ausreichend groß sein, damit die Größe der während dieser Abkühlung ausgeschiedenen Teilchen kleiner als 500 nm ist.
Das oben beschriebene thermische Homogenisierungsverfahren ist ein Beispiel, das ermöglicht, das erhoffte Resultat zu erzielen, nämlich eine homogene Verteilung feiner γ'-Phasenteilchen, deren Größe 500 nm nicht überschreitet.
Dies schließt nicht die Möglichkeit aus, eine ähnliches bzw. gleiches Resultat zu erzielen, indem man eine andere Behandlungstemperatur anwendet, vorausgesetzt sie ist in dem Intervall enthalten, das die γ'-Solvus-Temperatur und die Schmelzbeginntemperatur trennt.
Die Legierung SCB444 wurde getestet, nachdem sie einer Homogenisierungsbehandlung, wie oben beschrieben, und dann zwei Anlassbehandlungen unterzogen worden war, die ermöglichen, die Größe und den Volumenanteil der γ'-Phasenausscheidungen zu stabilisieren. Eine erste Anlassbehandlung besteht darin, die Legierung vier Stunden lang auf 1100 °C zu halten und dann in Luft abzukühlen, was den Effekt hat, die Größe der γ'-Phasenausscheidungen zu stabilisieren. Eine zweite Anlassbehandlung bei 850 °C während 24 Stunden, gefolgt von einer Abkühlung in Luft, ermöglicht den γ'-Phasen-Volumenanteil zu optimieren. Dieser γ'-Phasen-Volumenanteil wird in der Legierung SC6444 auf 57 geschätzt. Am Ende aller Wärmebehandlungen hat die γ'-Phase (annähernd) würfelförmige Teilchen ausgeschieden, deren Größe zwischen 200 und 500 nm enthalten ist.
Mit der Legierung SC6444 wurden in einem Industrie-Versuchsstand mit einem Brenner zyklische Hitzekorrosionsversuche bei 900 °C durchgeführt. Der Zyklus war der folgende: 1 Stunde bei 900 °C in korrosiver Atmosphäre, erzeugt durch den Brenner, dann 15 Minuten aus dem Ofen in die Umgebungstemperatur. Der Brenner funktionierte mit Heizöl mit einem Schwefelgehalt von 0,20 %. Eine Salzwasserlösung mit 0,5 g.1^-1 NaCl wurde mit einer Menge von 2,2 m³.h^-1 auf das Versuchsmuster gedampft. Das Muster war bzw. wurde alle 100 Stunden mit einem Niederschlag von 0,5 mg.cm^-2 Na₂SO₄ überzogen. Zu Vergleichszwecken wurden die Legierungen IN738 und IN792 simultan getestet. Das Korrosionsfestigkeitskriterium ist die Zyklenzahl, bei der die ersten Korrosionsgrübchen an der Oberfläche des Versuchsmusters erscheinen.
Die Versuchsresultate sind in dem Diagramm der 1 dargestellt. Das Einsetzen der Korrosion bei 900 °C ereignet sich für vergleichbare Anzahlen von Zyklen bei den Legierungen SCB444 und IN792.

Mit Probe, hergestellt aus monokristallinen Stäben der Richtung <001>, wurden Zugbelastungs-Kriechversuche durchgeführt. Die Stäbe wurden vorher homogenisiert und dann angelassen, wie oben beschrieben. Bruch- bzw. Zerreißzeit-Werte, erhalten bei 750, 850 und 950 °C für verschiedene Niveaus der angewendeten Belasung sind in der Tabelle II dargestellt. Tabelle II: Kriechlebensdauern der Legierung SCB444

Temperatur (°C)	Belastung (MPa)	Bruch- bzw. Zerreißzeit (h)
750	725	134
750	650	612
750	600	1152
850	500	43,1
850	425	168,5
850	300	3545/>3456
950	250	115/135
950	200	551/544
950	180	578
950	140	2109
950	120	3872

Das Diagramm der 2 ermöglicht, die Kriechzerreißzeiten der Legierungen SC6444, IN738, IN792 und SC16 zu vergleichen. Auf der Abszissenachse ist die Belastung aufgetragen und auf der Ordinatenachse der Wert des Larson-Miller-Parameters. Diesen Parameter liefert die Formel P = T(20 + log t) × 10^-3, wo T die Kriechtemperatur in Kelvin ist und t die Zerreißzeit in Stunden. Dieses Diagramm zeigt, dass die Kriechfestigkeit der Legierung SCB444 deutlich höher ist als die der Legierung IN792.
Bei der Kontrolle der Mikrostruktur der Proben der Legierung SCB444 am Ende der Kriechversuche hat sich gezeigt, dass keine Ausscheidungen von chromreichen fragilen intermetallischen Teilchen vorhanden waren, wie sie bei den Superlegierungen auf Nickel-Basis, wo die γ-Matrix mit Zusatzelementen übersättigt ist, während der Aufrechterhaltung von hohen Temperaturen über einen langen Zeitraum auftreten.
Herstellungsversuche von monokristallinen Teilchen aus Superlegierung SCB444 haben gezeigt, dass es möglich ist, ein breites Spektrum von Bauteilen mit diversen Komplexitätsgraden zu gießen, deren Masse von einigen Gramm bis mehr als 10 kg gehen kann. Das Wachstum der Teile gemäß der kristallographischen Richtung <001> wird begünstigt und dominiert, und das Vorhandensein von Körnern mit zufälligen Richtungen wird minimiert. Das flüssige Metall ist in dem Sinne stabil, dass es nicht mit den Werkstoffen reagiert, die üblicherweise zur Herstellung der Gießformen verwendet werden. Der Rekristallisationsvorgang, der sich während der Homogenisierungsbehandlung bei hoher Temperatur ereignen kann, findet im Falle der Legierung SCB444 nicht statt.

Claims

Superlegierung auf Nickelbasis, geeignet für die monokristalline Erstarrung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtszusammensetzung wie folgt ist: Co: 4,75 bis 5,25 % Cr: 11,5 bis 12,5 % Mo: 0,8 bis 1,2 % W: 3,75 bis 4,25 % Al: 3,75 bis 4,25 % Ti: 4 bis 4,8 % Ta: 1,75 bis 2,25 % C: 0,006 bis 0,04 % B: ≤ 0,01 % Zr: ≤ 0,01 % Hf ≤ 1% Nb ≤ 1%

Ni und mögliche Verunreinigungen: Ergänzung auf 100 %.
Industrielle Turbinenschaufel erhalten durch die monokristalline Erstarrung einer Superlegierung nach Anspruch 1.