Herstellung im pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen der Y2O3 oxiddispersionsgehärteten Nickelbasislegierung Alloy 625 und ihre Charakterisierung
Durch das Bestreben zur Leistungs- und Effizienzsteigerung großer Gasturbinen steigen auch die Anforderungen an die eingesetzten Materialien. Ein höherer Wirkungsgrad spart Brennstoff und verringert gleichzeitig den CO2-Ausstoß. Im Speziellen stellt dies gesteigerte Anforderungen an die Heißgaskomponenten bezüglich ihrer Oxidationsbeständigkeit sowie der Hochtemperaturfestigkeit und bedingt die Notwendigkeit der Weiterentwicklung hochtemperaturbeständiger Legierungen. Legierungen, die diese hohen Anforderungen erfüllen, sind oxiddispersionsgehärtete (ODS) Legierungen auf Nickelbasis. In Kombination mit dem Prozess des pulverbettbasierten Schmelzens von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M), können Bauteile aus ODS-Legierungen endkonturnah hergestellt werden. Die vorliegende Arbeit soll dazu beitragen, bestehende Kenntnislücken zur Verarbeitbarkeit von ODS-Legierungen im PBF-LB/M-Prozess und auf die daraus resultierenden mechanischen und thermischen Eigenschaften zu schließen. Dafür wird eine ODS-Legierung auf Basis der Nickelbasis-Superlegierung Alloy 625 in Kombination mit Yttriumoxid entwickelt. Die Verarbeitbarkeit der entwickelten ODS-625-Legierung im PBF-LB/M-Verfahren wird untersucht sowie ihre thermischen und mechanischen Hochtemperatureigenschaften charakterisiert. Ausgangspunkt ist die Entwicklung eines mechanisch legierten ODS-625-Pulvers, welches die Anforderungen zur Verarbeitbarkeit im PBF-LB/M-Verfahren erfüllt. Im Rahmen einer Parameterstudie wird das geeignete Prozessfenster zur Herstellung dichter Bauteile im PBF-LB/M-Prozess bestimmt. Die Mikrostruktur, Bauteilfehler und die Oxidverteilung werden über lichtmikroskopische, raster- und transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen charakterisiert. Die thermischen Eigenschaften werden durch isotherme und zyklische Oxidationsversuche ermittelt. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Zug- und Kriechversuche bestimmt. Die Zielsetzung der Herstellung dichter Bauteile mit homogener Verteilung der Oxidpartikel kann erfüllt werden, es tritt keine Agglomeration der Oxidpartikel auf. Ein Zusammen- hang zwischen der Mikrostruktur und der Morphologie des mechanisch legierten Pulvers wird aufgezeigt. Im Vergleich mit der Referenzlegierung Alloy 625 kann für die ODS-625-Legierung eine gesteigerte Oxidationsbeständigkeit nachgewiesen werden. Die dafür zugrundeliegenden Diffusionsprozesse und das veränderte Oxidschichtwachstum werden eingehend untersucht. Es kann eine geminderte Duktilität nachgewiesen werden. Eine Erhöhung der Dehngrenze und der Zeitstandfestigkeit wird im Fall versetzungsdominierter Verformung festgestellt.
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