Häufig verwendete Superlegierungswerkstoffe für das hochpräzise Laserauftragschweißen

Nickelbasis-Superlegierungen

Nickelbasis-Superlegierungen dominieren Anwendungen im hochpräzisen Laserauftragschweißen aufgrund ihrer außergewöhnlichen Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Inconel 718 ist die am weitesten verbreitete Nickel-Chrom-Legierung und bietet hervorragende Zug- und Kriechfestigkeit bis zu 700 °C bei guter Schweißbarkeit. Inconel 625 bietet überlegene Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, was es ideal für Anwendungen in der Marine- und chemischen Verfahrenstechnik macht. Für die anspruchsvollsten Hochtemperaturumgebungen bieten Rene 80 und Rene 142 eine außergewöhnliche Kriechbruchfestigkeit durch fortschrittliche γ'-Ausscheidungshärtung, erfordern jedoch ein präzises Wärmemanagement während des Auftragschweißens, um Rissbildung zu verhindern.

Kobaltbasis-Superlegierungen

Kobaltbasis-Superlegierungen zeichnen sich durch Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturleistung unter konstanter Belastung aus. Die Stellite-Reihe, insbesondere Stellite 6 und Stellite 21, wird extensively für das Laserauftragschweißen von Ventilsitzen, Turbinenschaufelspitzen und anderen Komponenten eingesetzt, die Fress- und Erosionsbeständigkeit erfordern. Diese Legierungen behalten ihre Härte bei erhöhten Temperaturen (typischerweise 30–45 HRC bei 800 °C) durch Karbidverstärkung (Cr7C3, WC) in einer Kobalt-Chrom-Matrix bei. Haynes 188 bietet eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit bis zu 1150 °C und ist somit für Verbrennungskomponenten in der Luft- und Raumfahrt geeignet.

Eisen-Nickel-Basis-Superlegierungen

Eisen-Nickel-Superlegierungen bieten eine kosteneffiziente Alternative für Anwendungen bei moderaten Temperaturen. A-286 und Incoloy 800H/HT werden häufig für Komponenten aufgetragen, die zwischen 500 und 700 °C betrieben werden, wobei Oxidationsbeständigkeit und Thermische Ermüdung die Hauptanliegen sind. Diese Werkstoffe bieten gute Festigkeit und Verarbeitbarkeit bei einem geringeren Nickelgehalt als reine Nickelbasislegierungen. Für spezielle Anwendungen, die eine Anpassung der thermischen Ausdehnung erfordern, werden kontrolliert expandierende Superlegierungen wie Incoloy 903 und 909 präzise auf Komponenten aufgetragen, die thermischen Zyklen ausgesetzt sind.

Spezialisierte und fortschrittliche Werkstoffe

Mehrere spezialisierte Superlegierungen adressieren einzigartige Anwendungsanforderungen. Hastelloy X bietet eine außergewöhnliche Oxidationsbeständigkeit bis 1200 °C bei guten Verarbeitungseigenschaften. Mar-M247 und CM247LC bieten die höchste Temperaturbeständigkeit unter den konventionellen Guss-Superlegierungen, erfordern jedoch extrem präzise Auftragschweißparameter, um Defektbildungen zu vermeiden. Zur Reparatur von Einkristallkomponenten werden zunehmend Superlegierungen der vierten und fünften Generation, die Rhenium und Ruthenium enthalten, mit speziellen Laserauftragschweißverfahren eingesetzt.

Überlegungen zur Werkstoffauswahl

Die Auswahl der geeigneten Superlegierung für das hochpräzise Laserauftragschweißen erfordert die Abwägung mehrerer Faktoren. Die Kompatibilität mit dem Grundwerkstoff ist entscheidend, um thermische Spannungen zu minimieren und Grenzflächenversagen zu verhindern. Zu den verarbeitungstechnischen Überlegungen gehören die Neigung zur Erstarrungsrissbildung, die Fließeigenschaften des Pulvers und die Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoffaufnahme. Die Anforderungen der endgültigen Anwendung bestimmen die optimale Wahl – wobei Nickelbasislegierungen für hochfeste Anwendungen, Kobaltbasislegierungen für Verschleißfestigkeit und Eisen-Nickel-Legierungen für kostenkritische Komponenten bevorzugt werden. Alle Werkstoffe erfordern eine strenge Qualitätsvalidierung, um sicherzustellen, dass sie die präzisen Spezifikationen erfüllen, die von der Luft- und Raumfahrt, der Energieerzeugung und anderen Hochleistungsindustrien gefordert werden.

Häufig verwendete Superlegierungen für das Laserauftragschweißen