Mathematische Modellierung der Ausscheidung ... - OPUS-Datenbank

2 Grundlagen der einkristallinen Superlegierungen 11
Heute erfolgt der Abguss stängel- und einkristalliner Bauteile meistens mit dem Bridgman-
Verfahren (HRS-Verfahren 1 ). Ein neueres Verfahren ist das „Liquid Metal Cooling“-
Verfahren (LMC), mit dem höhere Temperaturgrdienten ermöglicht werden [Kru98, Fit97,
Bet96, Sin94, Sin95, Loh00, Loh02]. Generell zielt die technische Entwicklung des Gieß-
prozesses auf möglichst große Temperaturgradienten in der Erstarrungszone bei gleichzeitig
fehlerfreier Herstellung großer Gussteile hin. Während die Abkühlung im Bridgman-
Verfahren in erster Linie durch Wärmestrahlung dominiert wird, beruht das LMC-Verfahren
auf konvektiver Wärmeabfuhr in einem Flüssigmetallbad aus Zinn oder Aluminium. Dies
erlaubt in Verbindung mit einem dynamischen Baffle einen sehr großen Temperaturgradienten
in der Erstarrungszone und stellt den entscheidenden Weiterentwicklungsschritt
des LMC-Verfahrens dar [Loh02]. Dadurch erreicht man bessere Wirtschaftlichkeit und
wesentlich kleinere Dendritenarmabstände, die nach Lamm (2007) um den Faktor zwei
unter denen des HRS-Verfahrens liegen können [Lam07]. Insbesondere für rheniumhaltige
Legierungen erweist sich das als interessant, da dadurch die Diffusionswege für das deutlich
zu Segregation neigende und langsam diffundierende Rhenium reduziert und die wirtschaftlich
erzielbare Homogenisierung deutlich verbessert werden kann. Eine ausführliche
Darstellung des LMC-Verfahrens findet sich bei Lohmüller (2002) [Loh02].
2.4.2 Wärmebehandlung
Bauteile im Gusszustand zeigen Eigenschaften, die weit unter denen von optimal wärmebehandelten
Superlegierungen liegen. Ein wichtiger Grund ist, dass die dendritische Erstarrung
zu Mikroseigerungen vor allem von Re und W führt. Außerdem bilden sich eutek-
tische Inseln sowie eine inhomogene γ/γ’-Struktur. Deswegen werden Superlegierungen
grundsätzlich mit folgenden Zielen wärmebehandelt [Vol02].
• Homogenisierung der Seigerungen
• Auflösung des γ/γ’-Eutektikums
• Einstellung einer optimalen γ’-Morphologie
Diese Ziele lassen sich nur durch eine zweistufige Wärmebehandlung erreichen. Zunächst
wird eine Homogenisierungsglühung durchgeführt, bei der das γ/γ’-Eutektikum und die
grob ausgeschiedene γ’-Phase aufgelöst sowie die Mikroseigerungen reduziert werden.
1 engl. „high rate solidification“