Welche Fehler können Materialtests in Superlegierungsbauteilen aufdecken?

Interne und volumetrische Fehler

Materialtests sind entscheidend, um eine Reihe von Fehlern aufzudecken, die die Integrität von Superlegierungsbauteilen beeinträchtigen können. Zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) wie Ultraschallprüfung sind sehr effektiv bei der Identifizierung interner, volumetrischer Fehler. Dazu gehören Gasporosität und Schrumpfungshohlräume, die während der Erstarrung in Prozessen wie Vakuum-Feinguß entstehen. Es kann auch Bindefehler in 3D-gedruckten Superlegierungs-Komponenten und nichtmetallische Einschlüsse erkennen, die spröde keramische Partikel sind, die als Spannungskonzentratoren wirken und unter zyklischer Belastung Risse initiieren können.

Oberflächen- und unteroberflächennahe Defekte

Techniken wie Eindringprüfung und Magnetpulverprüfung sind unverzichtbar für die Erkennung von oberflächenbrechenden Anomalien. Diese Tests können feine Risse, auch bekannt als Heißrisse oder Spannungsrisse, aufdecken, die sich während der Abkühlung oder durch thermische Ermüdung entwickeln können. Sie identifizieren auch oberflächenverbundene Porosität und Lochfraß, die die Ermüdungslebensdauer stark reduzieren und als Ausgangspunkte für Korrosion dienen können. Für Schmiedeteile können diese Methoden Nähte und Falten erkennen – Oberflächenunvollkommenheiten, die während des Schmiedeprozesses umgefaltet wurden.

Gefügeanomalien und -abbau

Die metallografische Untersuchung, ein wesentlicher Teil der Materialprüfung und -analyse, deckt Fehler auf mikroskopischer Ebene auf. Dazu gehört chemische Seigerung, bei der Legierungselemente nicht gleichmäßig verteilt sind, was zu lokalen Schwachstellen führt. Sie kann auch unerwünschte Phasenumwandlungen identifizieren, wie die Bildung spröder topologisch dicht gepackter (TCP) Phasen wie Sigma und Mu, die die Matrix von verstärkenden Elementen entleeren und die Legierung verspröden. Darüber hinaus erkennt sie abnormales Kornwachstum oder Rekristallisation, die durch unsachgemäße Wärmebehandlung verursacht werden können und zu anisotropen mechanischen Eigenschaften und reduzierter Kriechlebensdauer führen.

Abweichungen der mechanischen Eigenschaften

Mechanische Prüfungen, einschließlich Zug- und Kriechversuchen, detektieren keinen spezifischen "Fehler", sondern zeigen die daraus resultierende Minderleistung des Materials. Unterdurchschnittliche Festigkeit, Duktilität oder Kriechbeständigkeit weisen darauf hin, dass ein zugrundeliegendes Problem – wie die oben genannten – vorhanden ist. Diese Prüfung ist wesentlich, um zu validieren, dass die Nachbearbeitung, einschließlich Heißisostatischen Pressens (HIP), interne Fehler erfolgreich geheilt hat und dass das Endbauteil in anspruchsvollen Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt und Energieerzeugung zuverlässig funktionieren wird.