EP3918100A1 - Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren - Google Patents
Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahrenInfo
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Definitions
- the invention relates to a nickel-based alloy for high-temperature applications, in particular for gas turbines, and a method.
- the object is achieved by an alloy according to claim 1 and a method according to claim 2.
- the alloying elements were specifically selected in order to be able to manufacture crack-free components.
- the elements silicon (Si), boron (B), zircon (Zr) and hafnium (Hf) are of particular importance and carbon (C) must also be taken into account.
- the process conditions are characterized by a high construction temperature of 1173K - 1373K over long periods. Depending on the component, several days are possible. These are unique conditions that cannot be found in other known processes such as casting, forging, welding, etc.
- the elements zirconium (Zr), nium (Hf) and silicon (Si) reduced to reduce the tendency of the alloy to solidify or to avoid it altogether. This is based on a reduction in the proportion of liquid phase / eutectic in the temperature range from 1173K to construction temperature with simultaneous setting of a smaller solidification interval.
- the change in the chemical composition is preferably supplemented by process parameters: travel speed, travel strategy, track spacing, power, energy beam, layer thickness, construction temperature, ..., which enable crack-free production.
- the chemical composition of the relevant alloy is (in% by weight):
- Titanium (Ti) Titanium (Ti)
- Rhenium (Re) or Ruthenium (Ru) as well
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Abstract
Durch die selektive Auswahl der Legierungselemente wird eine Legierung bereitgestellt, mit denen rissfreie Bauteile erzeugt werden können.
Description
Nickelbasislegierung für Hochtemperaturanwendungen und
Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Nickelbasis für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für Gasturbinen, und ein Verfahren.
Bislang konnten mittels additiver Fertigung (SLM, SLS; mit tels 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 und einem Verfahren gemäß Anspruch 2.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Die Legierungselemente wurden gezielt gewählt, um rissfreie Komponenten fertigen zu können. Dabei sind die Elemente Sili zium (Si), Bor (B) , Zirkon (Zr) und Hafnium (Hf) von besonde rer 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 Bedin gungen, die bei anderen bekannten Verfahren wie Gießen, Schmieden, Schweißen etc. nicht vorzufinden sind. Abgeleitet aus diesen Bedingungen wurden die Elemente Zirkon (Zr), Haf-
nium (Hf) und Silizium (Si) reduziert, um die Erstarrungs rissneigung der Legierung zu mindern bzw. gänzlich zu vermei den. Dies beruht auf einer Reduzierung des Anteils an Flüs- sigphase/Eutektikum im Temperaturbereich von 1173K bis Bau temperatur bei gleichzeitiger Einstellung eines kleineren Er starrungsintervalls .
Die Änderung der chemischen Zusammensetzung wird vorzugsweise ergänzt um Prozessparameter: Verfahrgeschwindigkeit, Verfahr strategie, Spurabstand, Leistung, Energiestrahl, Schicht dicke, Bautemperatur, ... bestimmt, die eine rissfreie Herstel lung ermöglichen.
Vorteile sind:
• Fertigung von Bauteilen ist rissfrei möglich, Bauteilinteg rität gewährleistet, Effizienzsteigerungen durch AM-Design möglich .
• Fertigung von hochwertigen Gasturbinenbauteilen mit neuer Legierung ist möglich, so dass zukünftige Bauteil-Anforde rungen abgedeckt werden können und ein Beitrag zur Effi zienzsteigerung 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%
Verunreinigungen 0,002% - 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
1. 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%
Verunreinigungen 0,002% - 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) .
2. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils,
bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 verwendet wird und mittels eines additiven Herstellungsverfahrens,
insbesondere mittels selektivem Sintern im Pulverbett, selektivem Schmelzen im Pulverbett,
insbesondere mittels Laserstrahl oder Elektronenstrahl oder
mittels Pulverauftragschweißen,
insbesondere Laserpulverauftragschweißen,
hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem ein Prozess mittels Elektronenstrahlen (EBM) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
bei dem Prozessparameter wie Verfahrgeschwindigkeit, Ver fahrstrategie, Spurabstand, Leistung, Energiestrahl, Schichtdicke und/oder Bautemperatur, ... optimiert werden, die eine rissfreie Herstellung ermöglichen.
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