Welche Prüfmethoden gewährleisten die Qualität von Einkristall-Leitschaufeln?

CT- und Röntgenbildgebung

Hochauflösende Röntgenradiographie und Computertomographie (CT) sind die effektivsten zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Überprüfung der inneren Integrität von Einkristall-Leitschaufeln. Diese Techniken erfassen Porosität, Schwindungsdefekte, Sommersprossen und Streukörner, während CT eine vollständige 3D-Visualisierung der internen Kühlkanäle bietet – entscheidend für die Bestätigung der Kernausrichtung, der Wanddickengenauigkeit und der Durchgangskontinuität.

Ultraschall- und Untergrundbewertung

Hochfrequente Ultraschallprüfung (UT), einschließlich Phased-Array-UT, wird zur Identifizierung von Untergrundeinschlüssen, lokalisierter Porosität und strukturellen Diskontinuitäten eingesetzt. Obwohl Einkristallmaterialien anisotropes akustisches Verhalten aufweisen, ermöglicht eine spezielle Kalibrierung der UT eine zuverlässige Bewertung der Untergrundintegrität in Plattformen, Verrundungen und Wurzelbereichen von Leitschaufeln, die in Stromerzeugungs- und Luft- und Raumfahrttriebwerken verwendet werden.

Metallographie und Mikrostrukturverifizierung

Detaillierte metallographische Analysen bestätigen Dendritenarmabstand, γ/γ′-Verteilung und Anzeichen von Mikroseigerung. Polierte Querschnitte zeigen auch potenzielle Rekristallisationsbereiche oder fehlorientierte Körner. Diese Untersuchungen validieren, ob Nachbehandlungsverfahren – wie Wärmebehandlung oder HIP – die Mikrostruktur erfolgreich homogenisiert haben, um den Einkristall-Leistungsstandards zu entsprechen.

Oberflächenintegritätsprüfung

Fluoreszierende Eindringprüfung (FPI) erkennt oberflächenbrechende Risse, Mikrorisse oder Kühlbohrungsdefekte. Da Leitschaufeln Bearbeitungs-, EDM-Bohr- und Beschichtungsprozessen unterzogen werden, ist FPI entscheidend, um sicherzustellen, dass keine Oberflächenfehler vorliegen, die sich unter Hochtemperaturermüdungsbedingungen ausbreiten könnten.

Erweiterte Materialcharakterisierung

Elementanalyse durch Funkenemissionsspektroskopie und vollständige Materialprüfung und -analyse validiert die chemische Gleichmäßigkeit. Jede Abweichung in der Legierungszusammensetzung kann auf Seigerungsprobleme oder Kontamination hinweisen, die beide mit reduzierter Hochtemperaturbeständigkeit und Kriechleistung korrelieren.

Mechanische und thermische Leistungsprüfung

Mechanische Tests – Kriech-, Zug- und Low-Cycle-Fatigue (LCF)-Tests – simulieren reale Betriebsbedingungen. Oxidations- und Thermozyklen-Tests stellen sicher, dass die Schaufel langfristiger Heißgasexposition standhalten kann. Diese Bewertungen bestätigen die Zuverlässigkeit der Leitschaufel vor der Integration in Hochdruckturbinenstufen.