Superlegierung

In Gasturbinen werden traditionell Superlegierungen eingesetzt

Eine Superlegierung oder Hochleistungslegierung ist eine Legierung mit der Fähigkeit, bei einem hohen Bruchteil ihres Schmelzpunkts zu arbeiten. Superlegierungen sind metallische Legierungen komplexer Zusammensetzung (Eisen, Nickel, Chrom oder Cobalt). Zu den Hauptmerkmalen einer Superlegierung gehören mechanische Festigkeit, thermische Kriechverformungsbeständigkeit , Oberflächenstabilität sowie Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit.

Die Hauptanwendung für solche Legierungen liegt in Luft- und Raumfahrt- und Schiffsturbinentriebwerken. Kriechen ist typischerweise der lebensdauerbegrenzende Faktor bei Gasturbinenschaufeln.

Der Name Superlegierung deutet auf Werkstoffe hin, deren Einsatztemperaturen höher liegen als die von Stählen, da sie in diesem Temperaturbereich über erhöhte Festigkeit verfügen. Polykristalline Superlegierungen erreichen Einsatztemperaturen von ungefähr 80 %, einkristalline Legierungen ungefähr 90 % des Schmelzpunktes (homologe Temperatur). Heutzutage werden hauptsächlich Nickelbasis-Superlegierungen eingesetzt. Deren Temperaturfestigkeit wird durch eine Mischung aus inkohärenter Dispersionshärtung, kohärenter Ausscheidungshärtung und Mischkristallverfestigung erreicht.

Anwendung

Superlegierungen finden wegen ihres hohen Preises, aber zugleich hohen zulässigen Einsatztemperaturen, vorwiegend Anwendung im Motoren-, Turbinen- und Triebwerksbau, in der Energietechnik sowie in Luft- und Raumfahrt.

Die Materialien der Bauteile von Gasturbinen sind polykristallin (Scheiben), gerichtet erstarrt oder einkristallin (Schaufeln). Ziel der Legierungsentwicklung ist eine Wirkungsgradsteigerung, durch möglichst hohe Turbineneintrittstemperaturen (derzeit maximal 1600 °C unter Kühlung). Um die Dichte und damit das Gewicht der Komponenten gering zu halten, wird bei den Legierungen weitgehend auf schwere Elemente verzichtet (Beispiel: Wolfram und Molybdän).

Beispiel: Inconel alloy 718

Werkstoffnummer: 2.4668
Kurzname: NiCr19NbMo
Dichte: 8,19 g/cm³
maximale Einsatztemperatur: 620 °C.
Chemische Zusammensetzung: 0,04 % C – 19 % Cr – 3,0 % Mo – 52,5 % Ni – 0,9 % Al - ≤0,1 % Cu – 5,1 % Nb – 0,9 % Ti – 19 % Fe.

Diese mit intermetallischen Ausscheidungen (γ''-Phasen) verstärkte Superlegierung macht noch heute 60–70 % des Volumens aller Nickelbasislegierungen aus.

Siehe auch

Basierend auf einem Artikel in:

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