WO2020083593A1 - Auftragschweissen von nickelbasis-superlegierungen mittels zweier pulver, pulvermischung und verfahren - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to the surfacing of nickel-based superalloys using two different powders, a powder mixture and a surfacing.
  • the object is achieved by a surfacing according to claim 1, a powder mixture according to claim 2 and a method according to claim 3.
  • FIG. 1 shows an exemplary component for the invention and FIG. 2 shows the procedure according to the invention.
  • Deposition welding is carried out in particular by means of laser beam deposition welding using two powder materials.
  • the two nickel-based superalloys differ at least in the composition of the aluminum (Al) content. Both alloys used for welding are considered to be weldable.
  • the first alloy (alloy 1) with a proportion of preferably 3% to 4% of aluminum (Al) is not critical for crack formation, since not enough NZ 3 Al is excreted.
  • the second alloy (alloy 2) is "oversaturated” with preferably 7% to 8% aluminum (Al) and forms the NiAl phase in addition to the NZ 3 AI.
  • Both powder materials made of the first and second alloy can be applied alternately in any number of layers.
  • the NiAl is dissolved after a diffusion heat treatment and depending on the more NZ 3 AI for high temperature resistance or more NiAl for oxidation resistance.
  • alloy 1 + alloy 2 increasingly form the NisAl phase.
  • the NiAl phase can be dissolved again by means of a heat treatment.
  • FIG. 1 shows an exemplary component 1, here in particular a turbine blade 1 with a blade tip 4.
  • This blade tip 4 is subject to extreme requirements and is revised for reuse. New material must be applied to the floor 13 ( Figure 2).
  • the build-up welding is preferably carried out through a nozzle 7 with a laser beam 10, which in particular applies powdery material to the floor 13.
  • the order situation can be exactly one height of a welding track or it can mean several welding tracks one above the other.
  • the thickness of the application layer 19 ', 19' ' is kept constant with the second alloy and the layers 20', 20 '' are made thicker with the first alloy with the higher aluminum (Al) content .
  • the thickness of the application layer with the higher content of aluminum (Al) is preferably at least twice as thick as the thickness of the application layer with the lower content of aluminum (Al).
  • the outermost layer 20 '' of the blade tip 4 forms an order layer made of the alloy with the lower content of aluminum, preferably 4% aluminum (Al).
  • the nickel-based alloys can be selected to match the substrate of the material, the difference in the aluminum (Al) content being at least 2% by weight, in particular at least 3% by weight, less NZ 3 Al being eliminated by the lower aluminum content is, whereas the second alloy has an aluminum content that is oversaturated in aluminum and in addition to the NisAl phase, the NiAl phase is eliminated.
  • the maximum difference in the aluminum (Al) content is 7% by weight, in particular a maximum of 5% by weight.
  • the difference in the content of nickel (Ni) in alloys 1 and 2 is at least 3% by weight, in particular at most 6% by weight.
  • the content in the alloys for the application layers ..., 20 ', 19', 20 '', 19 '', ... is the same for at least two elements, in particular it is the same for all elements except nickel (Ni) and aluminum (Al).
  • a substrate 13 made of a directionally rigid material It is preferably applied to a substrate 13 made of a directionally rigid material:
  • Iron (Fe) is contained in both cases.

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Abstract

Durch die Verwendung von zwei verschiedenen Nickelbasis-Superlegierungen, die sich vorzugsweise nur in der Zusammensetzung des Aluminiumgehalts unterscheiden, wird eine gute Auftragschweißung erzielt.

Description

Auftragschweißen von Nickelbasis-Superlegierungen mittels zweier Pulver, Pulvermischung und Verfahren
Die Erfindung betrifft das Auftragschweißen von Nickelbasis- Superlegierungen unter der Verwendung von zwei verschiedenen Pulvern, eine Pulvermischung und eine Auftragschweißung.
Sie betrifft weiterhin die Verbesserung der Oxidationsbestän digkeit einer Schaufelspitze von Turbinenschaufeln.
Aufgrund der Zunahme der Temperatur an der Spitze der Turbi nenschaufeln der Reihe 1 und 2 reicht die Langzeitoxidations beständigkeit der bisherigen Legierungen nicht aus ohne eine zusätzliche Kühlung in der Form von Kühlluft einzusetzen. Um diesen Kühlluftverbrauch zu reduzieren, wird ein Werkstoff benötigt, der eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, o. g. Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Auftragschweißung gemäß Anspruch 1, eine Pulvermischung gemäß Anspruch 2 und ein Ver fahren gemäß Anspruch 3.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen die Figuren 1 ein beispielhaftes Bauteil für die Erfindung und Figur 2 die erfindungsgemäße Vorgehensweise.
Die Figuren in der Beschreibung stellen nur Ausführungsbei spiele der Erfindung dar.
Eine Auftragschweißung erfolgt insbesondere mittels Laser strahl-Auftragschweißen unter Verwendung von zwei Pulverwerk stoffen . Die beiden Nickelbasis-Superlegierungen unterscheiden sich zumindest in der Zusammensetzung des Gehaltes an Aluminium (Al) . Beide für die Schweißung eingesetzten Legierungen gel ten als schweißbar.
Die erste Legierung (Legierung 1) ist mit einem Anteil von vorzugsweise 3% bis 4% an Aluminium (Al) unkritisch für Riss bildung, da nicht hinreichend viel NZ3AI ausgeschieden wird.
Die zweite Legierung (Legierung 2) ist mit vorzugsweise 7% bis 8% Aluminium (Al) „übersättigt" und bildet neben der NZ3AI die NiAl Phase aus.
Beide Pulverwerkstoffe aus erster und zweiter Legierung kön nen in einer beliebigen Anzahl an Lagen abwechselnd aufgetra gen werden.
Je nach lokaler Zusammensetzung wird nach einer Diffusions wärmebehandlung das NiAl aufgelöst und je nach dem mehr NZ3AI für Hochtemperaturbeständigkeit oder mehr NiAl für Oxidati onsbeständigkeit gebildet. In Kombination bilden Legierung 1 + Legierung 2 vermehrt die NisAl-Phase aus. Die NiAl-Phase kann wieder mittels einer Wärmebehandlung aufgelöst werden.
Eine mögliche Zusammensetzung für Legierung 1 und Legierung 2 insbesondere abschließende Legierungsauflistung ist in fol genden Tabellen dargestellt:
Legierung 1 :
Nickel (Ni) 53,04
Kohlenstoff (C) 0,02
Chrom (Cr) 14,95
Kobalt (Co) 20,35
Molybdän (Mo) 0,10
Wolfram (W) 1,90
Titan (Ti) 0, 15
Aluminium (Al) 7,00
Bor (B) 0,08 Tantal (Ta) 0,89
Hafnium (Hf) 0,27
Yttrium (Y) 0,21
Rhenium (Re) 1,05.
Legierung 2 :
Nickel (Ni) 56,04
Kohlenstoff (C) 0,02
Chrom (Cr) 14,95
Kobalt (Co) 20,35
Molybdän (Mo) 0,10
Wolfram (W) 1,90
Titan (Ti) 0, 15
Aluminium (Al) 4,00
Bor (B) 0,08
Tantal (Ta) 0,89
Hafnium (Hf) 0,27
Yttrium (Y) 0,21
Rhenium (Re) 1,05
Die Vorteile sind:
verbesserte Materialeigenschaften des Bauteils im Vergleich zu geschweißten Bauteilen unter Verwendung nur einer Schweiß legierung;
Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit durch Zunahme an Aluminium (Al) ;
Einsparung von Material, Verkleinerung der Ausschusszahlen bei Service-Bauteilen.
Die Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 1, hier insbe sondere eine Turbinenschaufel 1 mit einer Schaufelspitze 4.
Diese Schaufelspitze 4 unterliegt extremen Anforderungen und wird für die Wiederverwendung überarbeitet. Dabei muss neues Material auf den Boden 13 (Figur 2) aufge tragen werden.
Wie schon oben erläutert, ist es schwierig, Nickelbasis- Superlegierungen zu schweißen. Durch die Verwendung von zwei verschiedenen Legierungen, die abwechselnd lagenweise aufge tragen werden und sich nur in der Zusammensetzung des Alumi niumgehalts unterscheiden, kann hier eine gute Auftragschwei ßung 16 erfolgen.
Die Auftragschweißung erfolgt vorzugsweise durch eine Düse 7 mit einem Laserstrahl 10, der insbesondere pulverförmiges Material auf den Boden 13 aufträgt.
Vorzugsweise wird mit einer Schicht aus einer zweiten Legie rung begonnen, die einen niedrigeren Gehalt an Aluminium (Al) aufweist, auf die dann eine Auftragslage aus einer ersten Legierung folgt, die einen höheren Gehalt an Aluminium (Al) aufweist .
Auftragslage kann hier genau eine Höhe einer Schweißbahn sein oder auch mehrere Schweißbahnen übereinander bedeuten.
Hier in dem speziellen Fall wird die Dicke der Auftragslage 19', 19'' mit der zweiten Legierung konstant gehalten und nach außen hin werden die Lagen 20', 20'' mit der ersten Legierung mit dem höheren Gehalt an Aluminium (Al) dicker ausgestaltet .
Die Dicke der Auftragslage mit dem höheren Gehalt an Alumi nium (Al) ist vorzugsweise mindestens zweimal so dick ist wie die Dicke der Auftragslage mit dem niedrigeren Gehalt an Alu minium (Al) .
Die äußerste Lage 20'' der Schaufelspitze 4 bildet eine Auf tragslage aus der Legierung mit dem niedrigeren Gehalt an Aluminium, vorzugsweise 4% Aluminium (Al) . Die Nickelbasislegierungen können angepasst an das Substrat des Materials ausgewählt werden, wobei der Unterschied in dem Gehalt an Aluminium (Al) mindestens 2 Gew.-%, insbesondere mindestens 3 Gew.-% beträgt, wobei durch den niedrigeren Alu miniumgehalt weniger NZ3AI ausgeschieden wird, wohingegen die zweite Legierung einen Aluminiumgehalt aufweist, die an Alu minium übersättigt ist und neben der NisAl-Phase die NiAl- Phase ausscheidet.
Der maximale Unterschied im Gehalt an Aluminium (Al) beträgt 7 Gew.-%, insbesondere maximal 5 Gew.-%.
Der Unterschied im Gehalt an Nickel (Ni) in Legierung 1 und 2 beträgt mindestens 3 Gew.-%, insbesondere höchstens 6 Gew.-%.
Der Gehalt in den Legierungen für die Auftragslagen ..., 20', 19', 20'', 19'', ... ist von zumindest zwei Elementen gleich, insbesondere ist von allen Elementen gleich außer von Nickel (Ni) und Aluminium (Al) .
Vorzugweise wird auf ein Substrat 13 aus einem gerichtet er starrten Werkstoff aufgetragen:
Gerichtete Legierung (in Gewichtsprozent) :
Min. Max.
C: 0.07% - 0.08%
Cr: 8.00% - 8.50%
Co: 9.00% - 9.50%
Mo: 0.40% - 0.60%
Ti : 0.60% - 0.90%
Al: 5.45% - 5.75%
B: 0.01% - 0.02%
Zr: 0.005% - 0.02%
Ta: 3.10% - 3.30%
W: 9.30% - 9.70%
Fe: max . 0.5%
Hf: 1.20% - 1.60%
Ni: Rest. Ebenso ist der Auftrag auf eine globulare Legierung (in Ge wichtsprozent) möglich:
Min . Max .
C: 0.07% 0.08%
Cr : 8.00% 8.50%
Co: 9.00% 9.50%
Mo : 0.40% 0.60%
W: 9.30% 9.70%
Ti: 0.60% 0.90%
Al: 5.40% 5.70%
B: 0.01% 0.02%
Zr : 0.005% 0.02%
Ta: 3.10% 3.30%
Fe : max . 0.15%
Hf: 1.00% 1.60%
Ni : Rest .
In beiden Fällen ist Eisen (Fe) enthalten.

Claims

Patentansprüche
1. Auftragschweißung (16),
insbesondere auf einer nickel- oder kobaltbasierten Super legierung,
ganz insbesondere auf einer globularen oder gerichtet er starrten Struktur,
die lagenweise (..., 20', 19', 20'', 19'', ...) verschiedene Nickelbasis-Superlegierungen aufweist,
die einen Unterschied im Gehalt an Aluminium (Al) aufwei sen,
der Unterschied mindestens 1 Gew.-%,
insbesondere mindestens 2 Gew.-% beträgt.
2. Pulvermischung,
aufweisend zwei verschiedene Nickelbasis-Superlegierungen, die einen Unterschied im Gehalt an Aluminium (Al) aufwei sen,
der Unterschied mindestens 1 Gew.-%,
insbesondere mindestens 2 Gew.-% beträgt.
3. Verfahren zur Auftragschweißung auf einer Unterlage
(13) ,
bei dem verschiedene Nickelbasislegierungen lagenweise (..., 20', 19', 20'', 19'', ...) aufgetragen werden,
die einen Unterschied im Gehalt an Aluminium (Al) aufwei sen,
der Unterschied mindestens 1 Gew.-%,
insbesondere mindestens 2 Gew.-% beträgt.
4. Auftragschweißung, Pulvermischung oder Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei der der Unterschied im Gehalt an Aluminium (Al) höchs tens 7 Gew.-%,
insbesondere höchstens 5 Gew.-% beträgt.
5. Auftragschweißung, Pulvermischung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
bei der der Unterschied im Gehalt an Nickel (Ni) mindestens 3 Gew.-%,
insbesondere höchstens 6 Gew.-% beträgt.
6. Auftragschweißung oder Verfahren nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5,
bei der die Auftragslagen (..., 20', 19', 20'', 19'', ...) aus der zweiten Legierung mit dem höheren Gehalt an Aluminium (Al) nach außen hin dicker werden,
wobei insbesondere die Dicke der Auftragslage aus der ers ten Legierung mit dem niedrigeren Gehalt an Aluminium (Al) konstant bleibt.
7. Auftragschweißung, Pulvermischung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei der der Gehalt in den Legierungen für die Auftragslagen (..., 20', 19', 20'', 19'', ...) von zumindest zwei Elementen gleich ist,
insbesondere von allen Elementen gleich ist außer von
Nickel (Ni) und Aluminium (Al) .
8. Auftragschweißung, Pulvermischung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
bei der die zweite Legierung mit dem höheren Aluminiumge halt folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%), insbesondere bestehend aus:
Nickel (Ni) 53,04
Kohlenstoff (C) 0,02
Chrom (Cr) 14,95
Kobalt (Co) 20,35
Molybdän (Mo) 0,10
Wolfram (W) 1,90
Titan (Ti) 0, 15
Aluminium (Al) 7,00
Bor (B) 0,08
Tantal (Ta) 0,89
Hafnium (Hf) 0,27
Yttrium (Y) 0,21
Rhenium (Re) 1,05.
9. Auftragschweißung, Pulvermischung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
bei der die erste Legierung mit dem niedrigeren Aluminium gehalt folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%), insbesondere bestehend aus:
Nickel (Ni) 56,04
Kohlenstoff (C) 0,02
Chrom (Cr) 14,95
Kobalt (Co) 20,35
Molybdän (Mo) 0,10
Wolfram (W) 1,90
Titan (Ti) 0, 15
Aluminium (Al) 4,00
Bor (B) 0,08
Tantal (Ta) 0,89
Hafnium (Hf) 0,27
Yttrium (Y) 0,21
Rhenium (Re) 1,05.
10. Auftragschweißung, Pulvermischung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die Legierung zumindest Nickel (Ni) , Chrom (Cr) , Kobalt (Co) , Aluminium (Al) , Kohlenstoff (C) und optional Tantal (Ta), Wolfram (W) , Titan (Ti) aufweist.
11. Auftragschweißung oder Verfahren nach einem oder mehre- ren der Ansprüche 1, 3 bis 10,
bei dem die äußerste Lage (20''') der Auftragschweißung (16) aus der Legierung mit dem niedrigeren Gehalt an Alumi nium (Al) besteht.
12. Auftragschweißung oder Verfahren nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1, 3 bis 11,
bei dem die Dicke der Auftragslage mit dem höheren Gehalt an Aluminium (Al) immer mindestens zweimal so dick ist wie die Dicke der Auftragslage mit dem niedrigeren Gehalt an Aluminium (Al) .
13. Auftragschweißung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 12,
wobei das Substrat (13) folgende Legierung (in Gewichtspro- zent) aufweist:
Min . Max .
C: 0.07% 0.08£
Cr: 8.00% 8.50s
Co : 9.00% 9.50s
Mo : 0.40% 0.60£
Ti : 0.60% 0.90£
Al: 5.45% 5.75s
B: 0.01% 0.02
Zr : 0.005! 0.02
Ta : 3.10% 3 30
W: 9.30% 9.10-c
Fe : max . 0.5%
Hf : 1.20% 1.60
Ni : Rest
und gerichtet erstarrt ist.
14. Auftragschweißung oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 12,
wobei das Substrat (13 folgende Legierung (in Gewichtspro- zent) aufweist:
Min . Max .
C: 0.07% 0.08£
Cr: 8.00% 8.50s
Co : 9.00% 9.50s
Mo : 0.40% 0.60£
W: 9.30% 9.70s
Ti : 0.60% 0.90£
Al: 5.40% 5.70s
B: 0.01% 0.02
Zr : 0.005! 0.02
Ta : 3.10% 3 30
Fe : max . 0.15£
Hf : 1.00% 1.60
Ni: Rest,
und globular erstarrt ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114752816A (zh) * 2022-03-15 2022-07-15 北京科技大学 一种等温锻造用模具合金及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1380672A1 (de) * 2002-07-09 2004-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Hochoxidationsbeständige Komponente
EP1491650A1 (de) * 2003-06-26 2004-12-29 ALSTOM Technology Ltd Verfahren für das Auftragen eines mehrschichtigen Systems
WO2011103927A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Two layered metallic bondcoat
US20140272456A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 United Technologies Corporation Spallation-Resistant Thermal Barrier Coating
WO2017076521A1 (de) * 2015-11-06 2017-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Auftragschweissen von übereinander aufgetragenen auftragslagen mit unterschiedlichen dicken
EP3293276A1 (de) * 2016-09-13 2018-03-14 Rolls-Royce plc Nickelbasierte superlegierung und verwendung davon

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1380672A1 (de) * 2002-07-09 2004-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Hochoxidationsbeständige Komponente
EP1491650A1 (de) * 2003-06-26 2004-12-29 ALSTOM Technology Ltd Verfahren für das Auftragen eines mehrschichtigen Systems
WO2011103927A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Two layered metallic bondcoat
US20140272456A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 United Technologies Corporation Spallation-Resistant Thermal Barrier Coating
WO2017076521A1 (de) * 2015-11-06 2017-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Auftragschweissen von übereinander aufgetragenen auftragslagen mit unterschiedlichen dicken
EP3293276A1 (de) * 2016-09-13 2018-03-14 Rolls-Royce plc Nickelbasierte superlegierung und verwendung davon

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114752816A (zh) * 2022-03-15 2022-07-15 北京科技大学 一种等温锻造用模具合金及制备方法

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