Einkristalline Gasturbinenschaufeln aus Nickelbasis‐Legierungen. Teil I: Herstellung und Mikrogefüge

Abstract

Der Beitrag gibt einen Überblick über die zur Herstellung hochbeanspruchter Gasturbinenschaufeln heute übliche Einkristalltechnologie. Nach einem kurzen Abriß der Anforderungen an Gasturbinenschaufeln mit dem sich daraus ergebenden Zwang zur Verbesserung der Nickelbasis‐Legierungen und nach einer kurzen Definition des “technischen” Einkristalls werden im vorliegenden Teil I das Verfahrensprinzip der gerichteten Erstarrung, die realisierbaren Erstarrungsfrontmorphologien und die Methoden der Kornselektion beschrieben. Am Beispiel der Legierung SRR99 wird der für industrielle Produktion sinnvolle Gießparameterbereich fixiert. Die für Einkristallbauteile aus Nickelbasis‐Legierungen wesentlichen Mikrostrukturmerkmale “Kristallorientierung, Mikroporosität, Morphologie der γ′‐Härtungsphase, dendritische Seigerung und Resteutektikum” werden vorgestellt. Nach dem Abguß befindet sich die Mikrostruktur in einer für die Gebrauchseigenschaften nicht optimierten Form. Daher ist eine Wärmebehandlung erforderlich. In Teil II wird beschrieben, wie durch die Wärmebehandlung Resteutektikum aufgelöst, Seigerungen ausgeglichen und die Morphologie der γ′‐Phase optimiert werden können. Abschließend wird das mechanische Verhalten behandelt. Bei den elastischen und plastischen Eigenschaften werden der dominante Einfluß der Anisotropie gezeigt und beim Kriechverhalten die Wechselwirkung mit der γ′‐Morphologie, bei der Schwingfestigkeit der Zusammenhang mit der Mikroporosität hervorgehoben.

Mapping the evolution of hierarchical microstructures in a Ni-based superalloy

“…A single-crystal (SX) Ni-based superalloy with a nominal composition of Ni 86.1 Al 8.5 Ti 5.4 (at.%) was cast in a Bridgman furnace 27,28 at the University of Bayreuth. The orientation of the SX bar was determined by Laue back reflection to be within 5°of a o0014 direction.…”

Microstructure of the Nickel-Base Superalloy CMSX-4 Fabricated by Selective Electron Beam Melting

“…Typically, c stabilizers like the refractory metals W, Co, and Re segregate within dendrite core areas, whereas c¢ stabilizers like Al, Ti, and Ta accumulate within interdendritic areas. [3,4] Thus, the cubic c¢ precipitates are smaller within the dendritic core regions and become coarser near the interdendritic areas (eutectic regions) (Figure 1(c)) due to the increased amount of c¢ stabilizers. [5] Due to the inhomogeneous c¢-distribution and remaining c/c¢-eutectic, great efforts with respect to time-consuming heat treatments have been undertaken to homogenize the microstructure in order to improve the high-temperature properties.…”

Integrated Approach for the Development of Advanced, Coated Gas Turbine Blades

“…According to Goldschmidt [11,12] the constant c can be set to 750 mm 0.25 ·min 0.25 ·lm/K 0.5 as a good average for superalloys when the thermal gradient G is given in K/mm and the velocity m in mm/min.…”

“…In some cases intermetallic phases or Kirkendall porosity may form in the interdiffusion zone, possibly leading to embrittlement. By applying a thin intermediate Al 2 O 3 layer, interdiffusion between the bond coat and substrate can be completely or almost completely inhibited (see Figures 10,11). [19][20][21][22] The Al 2 O 3 layer should be as thin as possible in order to minimize thermomechanical load from lattice mismatch, but if it is less than about 3 lm thick it may become unstable during high temperature exposure and not block interdiffusion completely.…”