Untersuchungen der Strukturstabilität von Ni-(Fe) - JUWEL ...

Die Freckle-Zahl ist eine
numerische Größe, die die Neigung
zur Makroseigerung charakterisiert.
Eine positive Freckle-Zahl bedeutet,
dass bei der berechneten Legierung
eine Gefahr von Frecklebildung in
großen Umschmelzblöcken besteht.
Um Freckles zu vermeiden, muss
der Ti-Anteil abgesenkt werden, da
Ti als leichtes Element eine stärkere
Neigung zur Seigerung zeigt.
Allerdings bewirkt, die Absenkung
des Ti-Gehalt auch eine drastische
Reduzierung des γ’-Anteils,
weshalb Ti in der Legierung durch
andere Substituenten für γ’ ersetzt
werden muss.
Experimente
100
Frecklezahl
[K kg m -3 ]
0
-100
-200
-300
-400
Inconel 706
DT 706
Waspaloy
DT 750
Gefahr von
Frecklebildung
Abbildung 3.8: Freckle Zahlen aller im Projekt
untersuchten Legierungen,
berechnet mit dem
Einheitszellenmodell [3.12]
Die erste Möglichkeit ist, Ti durch Mo zu ersetzen, was aber zu einer Erhöhung der Festigkeit
bei Schmiedetemperatur führt. Andere Elemente, die in Frage kommen, sind Ta und Nb. Da
Nb preislich etwa zehnmal günstiger als Ta ist, wurde es als Substituent für die Legierung
DT 750 verwendet (Tabelle 3.4). Ti wurde also teilweise durch Nb und Al ersetzt. Die
Rechnungen mittels Thermo-Calc haben gezeigt, dass DT 750 einen geringeren
γ’-Volumenanteil im Vergleich zu Waspaloy haben wird. Bei der hohen Kriechfestigkeit
spielte die Absenkung des γ’-Anteils keine große Rolle, sondern es überwog die Möglichkeit,
große Umschmelzblöcke herzustellen (zur Verbesserung des Umschmelzverhaltens).
Ni Fe Cr Nb Ti Al Co Mo C B N
Waspaloy Bal. 0,57 19,35 0,01 3,13 1,22 14,0 4,52 0,033 0,005 0,003
DT750 Bal. 0,61 19,31 1,51 1,49 1,34 13,97 4,39 0,027 0,005 0,014
Tabelle 3.4: Chemische Zusammensetzung der Legierung Waspaloy und der
Modifikation DT 750 in Massen-%
Für die DT 750 Legierung und für die angestrebte Anwendungstemperatur wurde die
Standardwärmebehandlung mit der zweistufigen Ausscheidungsglühung nicht mehr
angewendet, da nach einigen tausend Stunden die Kriecheigenschaften von Waspaloy mit
bimodaler γ’-Verteilung nahezu denen mit monomodalem Ausgangsmikrogefüge
entsprechen. Grund ist die Auflösung des sekundären γ’s bei 700 °C. Die neue
Wärmebehandlung ist zudem auch ,,ökonomisch“ günstiger (Abbildung 3.9).
Die modifizierte und vereinfachte Wärmebehandlung von DT750 besteht aus Lösungsglühen
bei 1080 °C/4 h, Abkühlung im Ofen bis auf 800 °C und anschließender
Ausscheidungsglühung über 16 h bei 800 °C. Die Matrix von DT 750 im wärmebehandelten
Zustand ist mit γ’-Phase ausscheidungsgehärtet, die eine monomodale Größenverteilung
aufweist.
40
Inconel 617
Freckle-sichere Zone