Untersuchungen der Strukturstabilität von Ni-(Fe) - JUWEL ...
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Literaturübersicht<br />
2.2 Aufbau und Mikrostruktur <strong>von</strong> <strong>Ni</strong>ckelbasis- und <strong>Ni</strong>ckel-Eisen-Basis-<br />
Superlegierungen<br />
<strong>Ni</strong>ckelbasis-Superlegierungen bestehen im wesentlichen aus zwei Hauptphasen, <strong>der</strong> kubisch<br />
flächenzentrierten γ-Phase als Matrix und <strong>der</strong> ebenfalls kubisch flächenzentrierten L12<br />
geordneten γ’-Phase. Ausnahme sind mischkristallgehärtete <strong>Ni</strong>ckelbasislegierungen [2.2.1].<br />
Das Gefüge <strong>von</strong> <strong>Ni</strong>-<strong>Fe</strong>-Legierungen ist komplexer. Abhängig <strong>von</strong> <strong>der</strong> Zusammensetzung und<br />
Wärmebehandlung enthält es außer <strong>der</strong> γ- und γ’-Phase noch γ’’-, η- und δ-Phase [2.2.2].<br />
2.2.1 Matrix: Die γ-Phase<br />
Die γ-Phase ist <strong>der</strong> Mischkristall, <strong>der</strong> neben dem Basiselement (<strong>Ni</strong>) wesentliche Zusätze <strong>von</strong><br />
Co, <strong>Fe</strong>, Cr, Mo, W enthalten kann. Die Legierungselemente sind in <strong>der</strong> Matrix gelöst und<br />
verfestigen den Mischkristall durch <strong>der</strong>en „Atomgrößen-<strong>Fe</strong>hlpassung“ gegenüber dem <strong>Ni</strong>ckel<br />
und verän<strong>der</strong>n zudem die Stapelfehlerenergie des Systems (beson<strong>der</strong>s Cr und Co), was die<br />
Quergleitung <strong>von</strong> Versetzungen beeinflusst [2.2.3]. Die chemische Zusammensetzung<br />
bestimmt nicht nur die mechanischen Eigenschaften, son<strong>der</strong>n auch die Korrosions- und<br />
Oxidations-Beständigkeit. Von den Elementen (Al, Ti, Nb, Ta, V) können nur begrenzte<br />
Volumenanteile in dieser γ-Matrix gelöst werden. Neudings wird auch mit Elementen wie<br />
Re, Ru und Ir die Matrix legiert.<br />
2.2.2 Ausscheidung zur Verfestigung: Die γ’-Phase<br />
Die größte <strong>Fe</strong>stigkeitssteigerung wird durch die<br />
gezielte Ausscheidung einer zweiten Phase in<br />
<strong>der</strong> γ-Matrix erreicht. Durch Zulegierung <strong>der</strong><br />
Elemente Al und Ti bildet sich im <strong>Ni</strong>ckel-<br />
Mischkristall die kohärente (nahezu gleicher<br />
Gitterparameter aγ~aγ’) intermetallische<br />
γ’-Phase. Sie kristallisiert im L12-Gittertyp mit<br />
<strong>der</strong> theoretischen Zusammensetzung <strong>Ni</strong>3Al, d. h.<br />
die <strong>Ni</strong>-Atome besetzen die Flächenmitten und<br />
die Al-Atome die Ecken einer kubisch<br />
flächenzentrierten Elementarzelle.<br />
<strong>Ni</strong><br />
Al<br />
Abbildung 2.4: Kristallstruktur <strong>von</strong><br />
γ’-Phase<br />
Die zulegierten Elemente werden in drei Klassen eingeteilt, und zwar in solche, die die<br />
<strong>Ni</strong>-Atome, die Al-Atome o<strong>der</strong> beide Atomsorten substituieren können. Durch Substitution<br />
<strong>von</strong> Al wird die γ’-Phase stabilisiert. Man bezeichnet die Al-Substituenten (Ti, Nb, Ta, V,<br />
Mn und Si) deshalb auch als γ’-Bildner. Eine an<strong>der</strong>e Gruppe sind die Elemente (wie z.B. Co<br />
und Cu), die die <strong>Ni</strong>-Atome substituieren konnen. <strong>Fe</strong>, Cr, W und Mo können die beiden<br />
Elemente substituieren und zählen zur dritten Gruppe.<br />
Die Größe des Misfits (Abweichung <strong>der</strong> Gitterparameter <strong>der</strong> γ-und γ’Phase) ist <strong>von</strong> <strong>der</strong><br />
Zusammensetzung <strong>der</strong> γ- und γ’-Phase abhängig. Bei niedrigen bis mittleren Temperaturen<br />
bewirken hohe Kohärenzspannungen eine hohe <strong>Fe</strong>stigkeit und Härte, bei hohen Temperaturen<br />
ist ein geringerer Misfit günstiger. Die Form <strong>der</strong> γ’-Ausscheidungen hängt vom Misfit<br />
zwischen γ-Matrix und γ’-Phase ab. Runde Teilchen haben einen Misfit nahe 0 während<br />
kubische Teilchen einen höchsten Misfit aufweisen. Es bleibt anzumerken, dass bei<br />
<strong>Ni</strong>-<strong>Fe</strong>-Legierungen das Titan und nicht das Aluminium das wichtigste Element für die<br />
γ’-Ausscheidung ist [2.2.4, 2.2.5, 2.2.6].<br />
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