Untersuchungen der Strukturstabilität von Ni-(Fe) - JUWEL ...
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KURZFASSUNG<br />
<strong>Untersuchungen</strong> <strong>der</strong> <strong>Strukturstabilität</strong> <strong>von</strong> <strong>Ni</strong>-(<strong>Fe</strong>)-Basislegierungen für Rotorwellen in<br />
Dampfturbinen mit Arbeitstemperaturen über 700 °C<br />
<strong>von</strong> Tomáš Seliga<br />
Die angestrebte Erhöhung des Wirkungsgrades mo<strong>der</strong>ner Kraftwerksanlagen mit<br />
Dampfturbinen setzt eine Erhöhung <strong>der</strong> Dampftemperaturen auf 700 bis 720 °C voraus. Für<br />
wesentliche Bauteile wie Turbinenrotoren und –scheiben ergeben sich daraus erhöhte<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen an die Warmfestigkeit, die <strong>von</strong> den <strong>der</strong>zeitig eingesetzten Stählen nicht mehr<br />
erfüllt werden können. Als neue Werkstoffe für thermisch-mechanisch hochbeanspruchte<br />
Bauteile kommen hier <strong>Ni</strong>-Basis-Schmiedewerkstoffe in Betracht, wobei <strong>der</strong>en Herstellbarkeit,<br />
<strong>Strukturstabilität</strong> und thermo-mechanischen Eigenschaften für den Bau und Betrieb <strong>von</strong><br />
Dampfturbinen bei Betriebstemperaturen <strong>von</strong> 700 °C geeignet sein müssen.<br />
Mit Blick auf die erfor<strong>der</strong>liche Kriech- und Kriechrissbeständigkeit geeigneter Kandidaten<br />
wurden im Rahmen eines DFG-Forschungsprojektes zunächst <strong>der</strong> <strong>Ni</strong>-Basis-<br />
Schmiedewerkstoff Waspaloy und eine <strong>Ni</strong>-<strong>Fe</strong>-Basislegierung ausgewählt, die<br />
unterschiedliche Verfestigungsmechanismen aufwiesen. Waspaloy ist ein γ'-gehärteter<br />
Werkstoff mit geringen Anteilen <strong>von</strong> Carbiden an den Korngrenzen. Inconel 706 ist ein<br />
teilchengehärteter Werkstoff mit einer sehr komplexen Ausscheidungsstruktur, die sich aus<br />
Carbiden, γ'- und γ''-Teilchen sowie <strong>der</strong> η-Phase zusammensetzt. Die Kandidatwerkstoffe<br />
wurden hinsichtlich ihrer Umschmelzbarkeit und Schmiedbarkeit, ihrer Langzeit-<br />
<strong>Strukturstabilität</strong> und ihrer Kriech- und Kriechrisswachstumseigenschaften untersucht und<br />
modelliert.<br />
Die Erkenntnisse über die Mikrostruktur-Langzeitstabilität <strong>der</strong> ausgewählten Werkstoffe und<br />
<strong>der</strong>en Umschmelzbarkeit, Schmiedbarkeit und mechanischen Eigenschaften haben zu zwei<br />
Werkstoffmodifikationen geführt, die <strong>von</strong> Waspaloy und <strong>von</strong> Inconel 706 abgeleitet wurden<br />
und die Bezeichnungen DT 750 und DT 706 tragen. Die Modifikation des Waspaloy zu<br />
DT 750 diente dabei mehr <strong>der</strong> besseren Umschmelzbarkeit (Vermeidung <strong>der</strong> Freckle-<br />
Bildung). Eine Verbesserung <strong>der</strong> Langzeitstabilität <strong>der</strong> Mikrostruktur war nicht erfor<strong>der</strong>lich,<br />
durch eine geän<strong>der</strong>te Wärmebehandlung wurde eine homogene, monomodale<br />
γ’-Teilchenverteilung erreicht. Die Modifikation <strong>von</strong> Inconel 706 zu DT 706 hingegen diente<br />
<strong>der</strong> Stabilisierung <strong>der</strong> γ’-Phase und Reduzierung <strong>der</strong> γ’’-Phase, ohne die zellular an den<br />
Korngrenzen ausgeschiedene η-Phase zu unterdrücken.<br />
Diese Arbeit präsentiert die Untersuchungsergebnisse zur strukturellen Langzeitstabilität <strong>der</strong><br />
genannten Werkstoffe und ihrer Modifikationen. An Hand metallographischer und<br />
elektronenmikroskopischer Strukturanalysen werden die Einflüsse <strong>von</strong> Wärmebehandlungen<br />
und thermischen Auslagerungen auf die Struktur dargestellt und die Konsequenzen für das<br />
mechanische Verhalten erörtert.