DE102016200135A1 - Gamma, Gamma'-kobaltbasierte Legierungen für additive Fertigungsverfahren oder Löten, Schweißen, Pulver und Bauteil - Google Patents

Abstract

Durch die Verwendung einer kobaltbasierten Legierung auf der Basis Co-7W-7Al-23Ni-2Ti-2Ta-12Cr-0,01B-0,1C-(0–0,1Si) wird eine Legierung vorgeschlagen, die sich besonders gut eignet für additive Fertigungsverfahren oder Hochtemperaturlöten.

Description

• Die Erfindung betrifft eine γ, γ‘-kobaltbasierte Superlegierung, die Anwendung findet bei additiven Fertigungsverfahren (AM) oder beim Löten oder Schweißen von Hochtemperaturbauteilen, ein Pulver und Bauteil.
• γ‘-gehärtete nickelbasierte Legierungen sind bekannt aus dem Hochtemperatureinsatz, wie bei Gasturbinen. Nickelbasislegierungen unterliegen einer Heißgaskorrosion und lassen sich aufgrund ihrer Sprödigkeit nur aufwändig reparieren. Bei kobaltbasierten Legierungen ist bekannt, dass sie diesbezüglich bessere Eigenschaften aufweisen. Nachteilig sind hier aber die schlechteren mechanischen Eigenschaften, aufgrund einer instabilen γ‘-Phase (Co, Ni)-3Ti.
• Problematisch bezüglich der Heißrisse ist, dass diese Verfahren bei γ, γ‘-gehärteten Nickelbasissuperlegierungen sehr sorgfältig durchgeführt werden müssen.
• Neue Entwicklungen, die zu einer Stabilisierung der γ‘-Phase in dem Legierungssystem Co-Ni-W-Al-Ti-Ta-Cr führen, zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften vergleichbar sind zu der bekannten γ‘-gehärteten Legierung Ni738.
• Additive Fertigungsverfahren und Löten bzw. Schweißen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden auch für γ‘-gehärtete Nickelbasislegierungen angewendet bzw. entwickelt.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
• Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zur additiven Fertigung und Hochtemperaturlöten gemäß Anspruch 2 und ein Verfahren zum Löten oder Schweißen gemäß Anspruch 3, ein Pulver gemäß Anspruch 4 und ein Bauteil gemäß Anspruch 5.
• In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
• Die Beschreibung stellt nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
• Vorgeschlagen wird eine ausscheidungshärtende Kobaltbasislegierung, die bei additiver Fertigung und beim Löten oder Schweißen angewendet werden kann.
• Eine vorteilhafte Zusammensetzung ist Co-7W-7Al-23Ni-2Ti-2Ta-12Cr-0,01B-0,1C-(0–0,1Si).
• Aufgrund der Legierungselemente Titan (Ti), Aluminium (Al), Tantal (Ta) und Hafnium (Hf) in Superlegierungen muss der Sauerstoffpartikeldruck bei der Verarbeitung genau kontrolliert werden.
• Der Anteil von Wolfram (W) wird wegen der Dichte eher gering gehalten.
• Der Anteil von Aluminium (Al) wird eher gering gehalten, um die Schweißbarkeit und Oxidationsaffinität aufgrund des γ‘-Gehaltes zu reduzieren.
• Der Anteil von Nickel (Ni) wird hochgehalten, um den Stabilitätsbereich für die γ-Phase in der Kombination mit Chrom (Cr) zu erweitern.
• Der Anteil von Titan (Ti) wird aufgrund der Oxidationsaffinität eher gering gehalten.
• Der Anteil von Tantal (Ta) wird im mittleren Bereich gehalten, auch um den Anteil von Wolfram (W) in der γ‘-Phase zu ersetzen und um mit den Elementen Bor (B) und Silizium (Si) die Korngrenzen zu verfestigen.
• Der Anteil von Chrom (Cr) wird hochgehalten, um einen guten Oxidations- und Heißgaskorrosionswiderstand zu gewährleisten.
• Bor (B), Kohlenstoff (C) und/oder Silizium (Si) stellen Korngrenzenverfestiger dar.
• Die Legierung wird vorzugsweise einer zweistufigen Wärmebehandlung ausgesetzt:
  Lösungsglühen bei 1573K,
  γ‘-Ausscheidung bei 1173K und
  dann noch die Korngrenzen-Carbidausscheidung bei 1073K und einer abschließenden Auslagerungs-Wärmebehandlung, um die Ausscheidung von Korngrenzenverfestigern wie Karbide, Silizide, zu erreichen.
• Eine weitere vorteilhafte Wärmebehandlung ist Lösungsglühung und Ausscheidung von γ‘ in einer zweistufigen Wärmebehandlung mit Temperaturen bei 1423K sowie 1193K. Diese Temperaturen verstehen sich als etwa Angaben (+/–20K). Optional ist am Ende eine insbesondere Wärmebehandlung bei 1073K zur Boridausscheidung denkbar, aber nicht zwingend notwendig.
• Die Legierung kann in Pulverform vorliegen und auch als Schweißzusatzwerkstoff verwendet werden. Dieses Pulver kann als Bestandteil Keramiken oder sonstige Beimengungen aufweisen.
• Beim Löten, Schweißen oder beim AM findet eine solche Legierung oder ein solches Pulver Anwendung, um Bauteile teilweise oder vollständig herzustellen.

Claims (7)

1. Kobaltbasierte Superlegierung, insbesondere für additive Fertigungsverfahren, Löten oder Schweißen, die zumindest aufweist in Gew.-%: 6%–8% Wolfram (W), insbesondere 7% Wolfram (W), 6%–8% Aluminium (Al), insbesondere 7% Aluminium (Al), 21%–25% Nickel (Ni), insbesondere 23% Nickel (Ni), 1%–3% Titan (Ti), insbesondere 2% Titan (Ti), 1%–3% Tantal (Ta), insbesondere 2% Tantal (Ta), 10%–14% Chrom (Cr), insbesondere 12% Chrom (Cr), 0,005%–0,015% Bor (B), insbesondere 0,010% Bor (B), 0,05%–0,15% Kohlenstoff (C), insbesondere 0,10% Kohlenstoff (C), optional 0,05%–0,15% Silizium (Si), insbesondere 0,10% Silizium (Si), insbesondere daraus besteht.
2. Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils, bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 verwendet wird.
3. Verfahren zum Löten oder zum Schweißen, bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 verwendet wird.
4. Pulver, aufweisend eine Legierung nach Anspruch 1.
5. Bauteil, zumindest aufweisend eine Legierung nach Anspruch 1 oder hergestellt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3 oder mittels eines Pulvers gemäß Anspruch 4.
6. Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere für eine Legierung nach Anspruch 1 oder eines Bauteils nach Anspruch 5, wobei die Legierung zumindest einer zweistufigen Wärmebehandlung ausgesetzt wird: Lösungsglühen bei 1573K, γ‘-Ausscheidung bei 1173K und dann noch die Korngrenzen-Carbidausscheidung bei 1073K und einer abschließenden Auslagerungs-Wärmebehandlung, um die Ausscheidung von Korngrenzenverfestigern wie Karbide, Silizide, zu erreichen.
7. Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere für eine Legierung nach Anspruch 1 oder eines Bauteils nach Anspruch 5, wobei die Legierung einer Lösungsglühung und Ausscheidung von γ‘ in einer zumindest zweistufigen Wärmebehandlung mit Temperaturen von 1423K sowie 1193K ausgesetzt wird, optional am Ende eine Wärmebehandlung bei 1073K zur Boridausscheidung.