WO2017118547A1 - Gamma, gamma'-kobaltbasierte legierungen für additive fertigungsverfahren oder löten, schweissen, pulver und bauteil - Google Patents

Gamma, gamma'-kobaltbasierte legierungen für additive fertigungsverfahren oder löten, schweissen, pulver und bauteil Download PDF

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Definitions

  • Gamma, gamma ⁇ cobalt-based alloys for additive manufacturing or soldering, welding, powder and component
  • the invention relates to a ⁇ , ⁇ x cobalt-based superalloy, which is used in additive manufacturing processes (AM) or in the brazing or welding of high-temperature components, a powder and a component.
  • Y x- hardened nickel-based alloys are known from high-temperature use, as in gas turbines. Nickel-based alloys are subject to hot gas corrosion and can only be laboriously repaired due to their brittleness.
  • Cobalt based alloys are known to have better properties in this regard.
  • the disadvantage here is the poorer mechanical properties, due to an unstable Y x phase (Co, Ni) -3Ti.
  • Additive manufacturing processes and soldering or welding are known from the prior art and are also used or developed for Y x -hardened nickel-based alloys.
  • a precipitation-hardening cobalt-based alloy ⁇ the additive can be applied to production and during soldering or welding.
  • An advantageous composition is Co-7W-7Al-23Ni-2Ti-2Ta-12Cr-O, 01B-0, IC- (0-0, ISi).
  • the oxygen particle pressure during the processing must be precisely controlled.
  • the proportion of tungsten (W) is kept rather low because of the density.
  • the proportion of aluminum (AI) is rather kept low in order to reduce the weldability and oxidation affinity due to the ⁇ ⁇ content.
  • the content of nickel (Ni) is kept high in order to extend the stability range for the ⁇ phase in combination with chromium (Cr).
  • the proportion of titanium (Ti) is kept rather low due to the oxidation affinity.
  • tantalum (Ta) is in the central region supported ⁇ th, also by the proportion of tungsten (W) in the Y x phase to replace and with the elements boron (B) and silicon (Si) to consolidate the grain boundaries.
  • the proportion of chromium (Cr) is kept high in order to ensure good oxidation and hot gas corrosion resistance.
  • the alloy is preferably subjected to a two-stage heat ⁇ treatment:
  • a further advantageous heat treatment is solution annealing and elimination of ⁇ ⁇ in a two-stage heat treatment with temperatures at 1423K and 1193K.
  • the alloy can be in powder form and also as
  • Welding filler be used.
  • This powder may contain ceramics or other admixtures as an ingredient.

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Abstract

Gamma, Gamma'-kobaltbasierte Legierungen für additive Fertigungsverfahren oder Löten, Schweißen, Pulver und Bauteil Durch die Verwendung einer kobaltbasierten Legierung auf der Basis Co-7W-7Al-23Ni-2Ti-2Ta-12Cr-0,01B-0,1C-(0-0,1Si) wird eine Legierung vorgeschlagen, die sich besonders gut eignet für additive Fertigungsverfahren oder Hochtemperaturlöten.

Description

Gamma, Gamma λ -kobaltbasierte Legierungen für additive Fertigungsverfahren oder Löten, Schweißen, Pulver und Bauteil
Die Erfindung betrifft eine γ, γ x-kobaltbasierte Superlegie- rung, die Anwendung findet bei additiven Fertigungsverfahren (AM) oder beim Löten oder Schweißen von Hochtemperaturbauteilen, ein Pulver und Bauteil. Yx-gehärtete nickelbasierte Legierungen sind bekannt aus dem Hochtemperatureinsatz, wie bei Gasturbinen. Nickelbasislegierungen unterliegen einer Heißgaskorrosion und lassen sich aufgrund ihrer Sprödigkeit nur aufwändig reparieren.
Bei kobaltbasierten Legierungen ist bekannt, dass sie diesbe- züglich bessere Eigenschaften aufweisen. Nachteilig sind hier aber die schlechteren mechanischen Eigenschaften, aufgrund einer instabilen Yx-Phase (Co, Ni)-3Ti.
Problematisch bezüglich der Heißrisse ist, dass diese Verfah- ren bei γ, γ x-gehärteten Nickelbasissuperlegierungen sehr sorgfältig durchgeführt werden müssen.
Neue Entwicklungen, die zu einer Stabilisierung der Yx-Phase in dem Legierungssystem Co-Ni-W-Al-Ti-Ta-Cr führen, zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften vergleichbar sind zu der bekannten γ x-gehärteten Legierung Ni738.
Additive Fertigungsverfahren und Löten bzw. Schweißen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden auch für Yx-ge- härtete Nickelbasislegierungen angewendet bzw. entwickelt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen . Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch
1, durch ein Verfahren zur additiven Fertigung und Hochtemperaturlöten gemäß Anspruch 2 und ein Verfahren zum Löten oder Schweißen gemäß Anspruch 3, ein Pulver gemäß Anspruch 4 und ein Bauteil gemäß Anspruch 5.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Die Beschreibung stellt nur Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung dar.
Vorgeschlagen wird eine ausscheidungshärtende Kobaltbasis¬ legierung, die bei additiver Fertigung und beim Löten oder Schweißen angewendet werden kann. Eine vorteilhafte Zusammensetzung ist Co-7W-7Al-23Ni-2Ti-2Ta- 12Cr-0, 01B-0, IC- (0-0, ISi) .
Aufgrund der Legierungselemente Titan (Ti) , Aluminium (AI) , Tantal (Ta) und Hafnium (Hf) in Superlegierungen muss der Sauerstoffpartikeldruck bei der Verarbeitung genau kontrolliert werden.
Der Anteil von Wolfram (W) wird wegen der Dichte eher gering gehalten .
Der Anteil von Aluminium (AI) wird eher gering gehalten, um die Schweißbarkeit und Oxidationsaffinität aufgrund des γλ- Gehaltes zu reduzieren. Der Anteil von Nickel (Ni) wird hochgehalten, um den Stabilitätsbereich für die γ-Phase in der Kombination mit Chrom (Cr) zu erweitern.
Der Anteil von Titan (Ti) wird aufgrund der Oxidationsaffini- tät eher gering gehalten.
Der Anteil von Tantal (Ta) wird im mittleren Bereich gehal¬ ten, auch um den Anteil von Wolfram (W) in der Yx-Phase zu ersetzen und um mit den Elementen Bor (B) und Silizium (Si) die Korngrenzen zu verfestigen.
Der Anteil von Chrom (Cr) wird hochgehalten, um einen guten Oxidations- und Heißgaskorrosionswiderstand zu gewährleisten.
Bor (B) , Kohlenstoff (C) und/oder Silizium (Si) stellen
Korngrenzenverfestiger dar. Die Legierung wird vorzugsweise einer zweistufigen Wärme¬ behandlung ausgesetzt:
Lösungsglühen bei 1573K,
γ λ -AusScheidung bei 1173K und
dann noch die Korngrenzen-Carbidausscheidung bei 1073K und einer abschließenden Auslagerungs-Wärmebehandlung, um die
Ausscheidung von Korngrenzenverfestigern wie Karbide, Sili- zide, zu erreichen.
Eine weitere vorteilhafte Wärmebehandlung ist Lösungsglühung und Ausscheidung von γλ in einer zweistufigen Wärmebehandlung mit Temperaturen bei 1423K sowie 1193K.
Diese Temperaturen verstehen sich als etwa Angaben (+/-20K) . Optional ist am Ende eine insbesondere Wärmebehandlung bei 1073K zur Boridausscheidung denkbar, aber nicht zwingend not- wendig.
Die Legierung kann in Pulverform vorliegen und auch als
Schweißzusatzwerkstoff verwendet werden.
Dieses Pulver kann als Bestandteil Keramiken oder sonstige Beimengungen aufweisen.
Beim Löten, Schweißen oder beim AM findet eine solche Legierung oder ein solches Pulver Anwendung, um Bauteile teilweise oder vollständig herzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Kobaltbasierte Superlegierung,
insbesondere für additive Fertigungsverfahren, Löten oder Schweißen,
die zumindest aufweist in Gew.-%:
6% — 8 % Wolfram (W) , insbesondere 7% Wolfram (W) ,
6% — 8 % Aluminium (AI) , insbesondere 7% Aluminium (AI) , 21% - 25% Nickel (Ni) , insbesondere 23% Nickel (Ni) , 1% - 3% Titan (Ti) , insbesondere 2% Titan (Ti) ,
1% - 3% Tantal (Ta) , insbesondere 2% Tantal (Ta) ,
10% - 14% Chrom (Cr), insbesondere 12% Chrom (Cr),
0,005% - 0,015% Bor (B) , insbesondere 0,010% Bor (B) , 0,05% - 0,15% Kohlenstoff (C) , insbesondere 0,10% Kohlen¬ stoff (C) ,
optional 0,05% - 0,15% Silizium (Si) , insbesondere 0,10% Silizium (Si) ,
insbesondere daraus besteht.
2. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils, bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 verwendet wird.
3. Verfahren zum Löten oder zum Schweißen,
bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 verwendet wird.
Pulver,
aufweisend eine Legierung nach Anspruch
5. Bauteil,
zumindest aufweisend eine Legierung nach Anspruch 1 oder hergestellt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3 oder mittels eines Pulvers gemäß Anspruch 4.
6. Verfahren zur Wärmebehandlung,
insbesondere für eine Legierung nach Anspruch 1 oder eines Bauteils nach Anspruch 5,
wobei die Legierung zumindest einer zweistufigen
Wärmebehandlung ausgesetzt wird:
Lösungsglühen bei 1573K,
γ λ -Ausscheidung bei 1173K und
dann noch die Korngrenzen-Carbidausscheidung bei 1073K und einer abschließenden Auslagerungs-Wärmebehandlung, um die Ausscheidung von Korngrenzenverfestigern wie Karbide, Sili- zide, zu erreichen.
7. Verfahren zur Wärmebehandlung,
insbesondere für eine Legierung nach Anspruch 1 oder eines
Bauteils nach Anspruch 5,
wobei die Legierung einer Lösungsglühung und Ausscheidung von γλ in einer zumindest zweistufigen Wärmebehandlung mit Temperaturen von 1423K sowie 1193K ausgesetzt wird, optional am Ende eine Wärmebehandlung bei 1073K zur Borid- ausScheidung .
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