Welche Superlegierungen werden üblicherweise in der Einkristall-Gießerei verwendet?
Nickelbasierte Einkristall-Superlegierungen
Die Einkristall-Gießerei verwendet ausschließlich fortschrittliche nickelbasierte Superlegierungen, die mit hohen Anteilen an hochschmelzenden Elementen (wie Re, W, Ta) und Aluminium/Titan für die γ'-Ausscheidungshärtung entwickelt wurden. Diese Legierungen sind dafür konzipiert, jenseits der Grenzen von gleichachsigen oder gerichtet erstarrten Materialien zu arbeiten, hauptsächlich in den heißesten Bereichen von Gasturbinen. Ihre Zusammensetzung ist sorgfältig austariert, um die Hochtemperatur-Kriechfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Phasenstabilität zu maximieren, während eine gießbare Einkristallstruktur beibehalten wird.
Legierungen der ersten und zweiten Generation
Legierungen der ersten Generation, wie PWA 1480 und SRR 99, enthalten kein Rhenium (Re). Sie stellten einen grundlegenden Sprung in der Temperaturbeständigkeit dar. Legierungen der zweiten Generation, wie CMSX-4 und PWA 1484, führten etwa 3 % Re ein, was die Kriechbeständigkeit erheblich verbesserte und höhere Motorbetriebstemperaturen und -wirkungsgrade ermöglichte.
Legierungen der dritten und späteren Generationen
Legierungen der dritten Generation, darunter CMSX-10 und Rene N5, zeichnen sich durch einen noch höheren Re-Gehalt (etwa 6 %) und oft Zugaben von Ruthenium (Ru) aus. Dies steigert die Temperaturbeständigkeit und Kriechlebensdauer weiter. Legierungen der vierten und fünften Generation sind hochspezialisiert, enthalten höhere Anteile an Ruthenium und anderen Elementen, um die Stabilität und Beständigkeit bei extremen Temperaturen zu optimieren, repräsentiert durch Legierungen wie TMS-138 und TMS-196.
Industrielle Anwendung und Auswahl
Die Auswahl einer bestimmten Einkristall-Legierung wird von den thermodynamischen Anforderungen des Motors sowie der spezifischen Position und dem Spannungsprofil des Bauteils bestimmt. Hochdruckturbinenschaufeln und -leitbleche der ersten Stufe in modernen Luft- und Raumfahrt-Motoren verwenden typischerweise Legierungen der zweiten oder dritten Generation. Diese Komponenten sind Hauptkandidaten für die anschließende Anwendung einer thermischen Schutzschicht (TBC). Die Entwicklung und Verwendung dieser Materialien steht im Mittelpunkt von Partnerschaften mit führenden Unternehmen wie GE und treibt die Grenzen der Stromerzeugung und Antriebstechnologie voran.
