Welche Hochtemperaturlegierungen werden am häufigsten im SLM-3D-Druck verwendet?

Nickelbasis-Superlegierungen: Die Hauptarbeitstiere

Nickelbasis-Superlegierungen dominieren SLM (Selektives Laserschmelzen) für Hochtemperaturanwendungen aufgrund ihrer hervorragenden Festigkeit, Kriechbeständigkeit und Schweißbarkeit. Die gebräuchlichsten und am besten charakterisierten Legierungen umfassen:

• Inconel 718: Die am weitesten verbreitete 3D-gedruckte Superlegierung. Sie bietet eine herausragende Kombination aus hoher Festigkeit bis ~650°C, guter Ermüdungsbeständigkeit und ausgezeichneter Verarbeitbarkeit. Ihre relativ langsame Ausscheidungshärtungsreaktion minimiert das Rissrisiko während des Drucks, was sie ideal für eine Vielzahl von Luft- und Raumfahrt- und Öl- und Gas-Komponenten macht.

• Inconel 625: Geschätzt für ihre hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, weniger für ihre Höchstfestigkeit. Sie ist gut druckbar und wird für statische Bauteile, Leitungen und Wärmetauscher in aggressiven Umgebungen verwendet, einschließlich Marine- und chemischen Prozessanwendungen.

• Haynes 282 & CM247LC: Diese repräsentieren fortschrittlichere Legierungen mit höherer Temperaturbeständigkeit. Obwohl sie aufgrund ihrer Rissanfälligkeit schwieriger zu drucken sind, ermöglichen optimierte SLM-Parameter und Nachbearbeitung ihren Einsatz für Turbinenschaufeln und Brennkammerkomponenten, die jenseits der Grenzen von Inconel 718 arbeiten.

Kobalt-Chrom-Legierungen für Verschleiß und Biokompatibilität

Kobaltbasis-Legierungen sind eine weitere Hauptkategorie, geschätzt für außergewöhnliche Verschleißfestigkeit, Biokompatibilität und Hochtemperaturstabilität.

• CoCrMo (ASTM F75): Äußerst verbreitet sowohl in der Luft- und Raumfahrt für Verschleißteile als auch in der Medizin für Implantate. Ihre hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit machen sie zum Standard für SLM-gedruckte Turbinendichtsegmente, dentale Gerüste und orthopädische Implantate.

• Haynes 188: Eine Kobalt-Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit und guter Festigkeit bis ~1100°C. Sie wird für Luft- und Raumfahrt-Brennkammerauskleidungen und andere hochtemperaturfeste statische Komponenten verwendet.

Titanlegierungen für spezifische Hochfestigkeitsanwendungen

Obwohl ihre maximale Einsatztemperatur (~600°C) niedriger ist als die von Superlegierungen, sind Titanlegierungen entscheidend für Anwendungen mit hohem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis.

• Ti-6Al-4V (Grade 5): Die gebräuchlichste Titanlegierung in der gesamten additiven Fertigung. Sie wird umfassend für leichte, hochfeste Luft- und Raumfahrtkomponenten wie Halterungen, Gehäuse und einige Verdichterteile verwendet. Ihre Druckbarkeit ist ausgezeichnet.

• Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242): Bietet eine bessere Kriechbeständigkeit und höhere Temperaturbeständigkeit als Ti-6Al-4V, was sie für anspruchsvollere Motorkomponenten geeignet macht.

Spezialisierte Edelstähle und Refraktärmetalle

Für spezifische Temperaturbereiche und Eigenschaften werden andere Legierungen eingesetzt:

• 17-4PH & 15-5PH: Ausscheidungshärtende Edelstähle werden häufig für Anwendungen gedruckt, die hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Temperaturen bis ~315°C erfordern, wie Werkzeuge und bestimmte Motorgehäuse.

• Refraktärmetalle (z.B. Tantal, Wolfram): Werden in extremen Umgebungen (z.B. >2000°C) für Raketendüsen oder Ofenkomponenten verwendet. Die SLM-Verarbeitung dieser Materialien ist aufgrund ihrer extrem hohen Schmelzpunkte hochspezialisiert.

Wichtige Überlegungen zur SLM-Verarbeitbarkeit

Die "häufige Verwendung" einer Legierung im SLM wird stark von ihrer Schweißbarkeit und ihrer Anfälligkeit für Rissbildung beeinflusst. Legierungen mit hohem Aluminium- und Titananteil (zur Gamma-Prime-Verstärkung) neigen oft während der schnellen thermischen Zyklen des Drucks zu Erstarrungs- und Spannungsalterungsrissen. Daher sind weit verbreitete SLM-Legierungen wie Inconel 718 und 625 oft "schweißbare" Varianten. Der erfolgreiche Druck fortschrittlicherer Legierungen erfordert typischerweise sorgfältige Parameteroptimierung, Vorwärmung der Bauplatte und obligatorische Nachbearbeitung wie Heißisostatisches Pressen (HIP) und Wärmebehandlung, um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen.