PDF - JuSER - Forschungszentrum Jülich

Literaturübersicht
2.3 Wärmebehandlung
Optimierte, d.h. auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmte, Werkstoffeigenschaften von
ausscheidungsgehärteten Ni- oder Ni-Fe-Basissuperlegierungen lassen sich nicht nur über die
Legierungszusätze, sondern auch mit Hilfe einer gezielten Wärmebehandlung und die damit
einhergehenden Ausscheidungs-, Homogenisierungs-, Rekristallisation- und
Kornwachstumsprozesse erreichen. In [2.3.1] wurde gezeigt, dass Udimet 520
(Wärmebehandlungspapameter: 1100°C/4h/Luft + 845°C/24h/Luft + 760°C/16h/Luft) mit
einer feinen Verteilung der γ’-Phase bessere Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweist,
während der selbe Werkstoff mit größeren γ’-Teilchen (Wärmebehandlungspapameter:
1120°C/4h/Luft + 925°C/4h/Luft + 760°C/16h/Luft) bessere Eigenschaften bei Temperatur
700-900°C zeigt. Dies ist ein Hinweis darauf, dass in technischen Werkstoffen bei
Raumtemperatur kleinere Ausscheidungen zu höherer Festigkeit beitragen. Die kleineren
γ’-Teilchen sind jedoch bei hohen Temperaturen instabiler als die größeren, woraus eine
Abnahme der Kriechbeständigkeit erklärt werden kann.
Gegossene Bauteile aus Superlegierungen werden abhängig vom Anwendungsbereich, im
Gusszustand und/oder im wärmebehandelten Zustand (Schaufelwerkstoffe werden teilweise
nur homogenisiert und ausscheidungsbehandelt) verwendet [2.3.2].
Alle Knet- und PM-Superlegierungen werden nach einem allgemeinen Schema von
aufeinanderfolgender Homogenisierungs- Lösungs- und Ausscheidungsglühung
wärmebehandelt.
2.3.1 Homogenisierung
Superlegierungen, z.B. Inconel 718, die hohe Anteile an Seigerungselementen (Nb, Ti, Al)
enthalten, werden zwischen den Umformzyklen homogenisiert [2.3.3, 2.3.4]. Während der
Homogenisierung kommt es durch Diffusion der Seigerungselemente von
zwischendendritischen Bereichen in die dendritischen Bereiche und zu einer gleichmäßigen
Verteilung über den Querschnitt der Komponente.
2.3.2 Lösungsglühbehandlung
Die Festigkeit handelsüblicher Knetsuperlegierungen wird über die Ausscheidungen der
γ’-Phase in Ni-Basissuperlegierungen bzw. der γ’-, γ’’- oder auch η-Phase in
Ni-Fe-Basissuperlegierungen in der Matrix erzielt. Ausnahme sind mischkristallverfestigte
Superlegierungen, bei denen schon durch die Abkühlung nach einer Lösungsglühbehandlung
optimale M 23 C 6 -Carbidverteilung erreicht werden kann.
Ein quasi-binäres Phasendiagramm für die Summe der γ’-bildenden Elemente ist in
Abbildung 2.8 schematisch dargestellt. Um in den Bereich vollständiger Löslichkeit der
γ’-bildenden Elemente in der γ-Matrix zu gelangen (bzw. weitere Ausscheidungen in Ni-Fe-
Basissuperlegierungen aufzulösen), ist eine Temperatur oberhalb γ’-Solvustemperatur
notwendig (blauer Bereich). Damit werden nach Schubert [2.3.5] folgende Ziele erreicht:
• Auflösung der während der Warmumformung entstandenen γ’-Teilchen
• Homogenisierung der γ’-bildenden Elemente
• Einstellung der Korngröße und Auflösung von M 23 C 6 -Cardiden
Die Höhe der Temperatur der vollständigen Löslichkeit von γ’ in γ ist von der chemischen
Zusammensetzung abhängig und wird von der Lage der γ’-Solvuslinie bestimmt.
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