Welche Legierungen werden am häufigsten für die Einkristallgussfertigung von Turbinenschaufeln verwe...
Überblick über Einkristalllegierungen
Der Einkristallguss ist für moderne Turbinenschaufeln unerlässlich, da er Korngrenzen eliminiert und dadurch die Kriechbeständigkeit, die thermische Ermüdungsfestigkeit und das Oxidationsverhalten erheblich verbessert. Die für dieses Verfahren verwendeten Legierungen sind speziell für extreme Temperaturen und anhaltende mechanische Belastungen entwickelt. Diese nickelbasierten Superlegierungen enthalten sorgfältig kontrollierte Mengen an hochschmelzenden Elementen wie Re, Ta, W und Mo, um die Hochtemperaturfähigkeit und die strukturelle Stabilität unter Rotationsbelastung zu erhöhen.
Legierungen der ersten und zweiten Generation
Einkristalllegierungen der frühen Generationen werden nach wie vor häufig in Industrie- und Flugzeugturbinen eingesetzt. Legierungen wie PWA 1480 und CMSX-2 gehörten zu den ersten, die korngrenzenfreie Strukturen einführten, was eine verbesserte Kriechlebensdauer gegenüber gerichtet erstarrten Materialien ermöglichte. Legierungen der zweiten Generation, darunter PWA 1484 und CMSX-4, erhöhten den Rheniumgehalt für eine überlegene thermische Leistungsfähigkeit, was sie für Hochleistungs-Turbinenschaufeln und -Leitschaufeln sowohl in Luft- und Raumfahrt als auch in Stromerzeugungssystemen geeignet macht.
Fortschrittliche Legierungen der dritten, vierten und fünften Generation
Neuere Generationen enthalten einen höheren Anteil an hochschmelzenden Elementen und optimiertere Zusammensetzungen, um eine erhöhte Temperaturstabilität zu erreichen. Legierungen wie EPM-102, TMS-138 und SC180 bieten eine erhöhte Kriechfestigkeit und bewahren die mikrostrukturelle Stabilität bei längerer Einwirkung von Temperaturen bis etwa 1100°C. Legierungen der fünften Generation, darunter TMS-162 und TMS-196, enthalten Ruthenium, um die Bildung topologisch dicht gepackter (TCP) Phasen zu unterdrücken, was Rekord-Betriebstemperaturen ermöglicht.
Für kritische Anwendungen ausgewählte Materialien
Führende Hersteller von Turbinenschaufeln setzen häufig auf Legierungen wie RR3000 für hochbelastete Verdichter- und Turbinenstufen. Darüber hinaus unterstützen Gussplattformen für Legierungen der ersten, zweiten, dritten und vierten Generation weiterhin verschiedene Motoranforderungen. Diese Zusammensetzungen werden basierend auf spezifischen Missionsprofilen, Kühlungsdesigns und der Kompatibilität mit Wärmedämmschichten ausgewählt.
