WO2019233693A1 - Y,y' gehärtete kobalt-nickel-basislegierung, pulver, komponente und verfahren - Google Patents
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- WO2019233693A1 WO2019233693A1 PCT/EP2019/061771 EP2019061771W WO2019233693A1 WO 2019233693 A1 WO2019233693 A1 WO 2019233693A1 EP 2019061771 W EP2019061771 W EP 2019061771W WO 2019233693 A1 WO2019233693 A1 WO 2019233693A1
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- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
Definitions
- the invention relates to a g 'hardened cobalt-nickel base alloy, powder component and method.
- Turbine vanes and blades or structural components in the hot gas region are made of high temperature nickel base or cobalt base superalloys.
- these alloys can only be made by detours because of hot cracking.
- the wrought alloys Ni or Co base
- the wrought alloys can be forged, but have lower strengths.
- the object is achieved by a cobalt-based superalloy according to claim 1, a powder according to claim 14, a compo nent according to claim 15 and a method according to claim 17.
- Titanium (Ti) and tantalum (Ta) increase the g 'parts and g' solvus temperature and lower the liquidus temperature.
- Tungsten increases the g 'content, high levels of tungsten (W) are required to reduce the g' depleted zone near the grain boundary.
- Titanium (Ti) and Tantalum (Ta) improve creep resistance but increase lattice mismatch.
- Nickel (Ni) extends the phase field for L12 structure and allows higher chromium levels for better corrosion protection, not too much, because of the distribution coefficient tungsten (W) and chromium (Cr) allows corrosion protection and improves the formation of an inner Al O layer and reduced
- Hafnium (Hf) and zirconium (Zr) allow better
- the advantage is a high corrosion resistance.
- the high yield point also improves TMF properties High strength at medium temperatures
- Solution annealing takes place, for example, at 1523K and outgrowth at 1023K-1173K to adjust the y / g 'microstructure.
- the possible production routes are:
- Component is produced by casting or as a forged part or as an AM component (powder bed, laser powder build-up welding).
- a shaped body for example, ring segment
- a metal powder injection molding possibly in combination of the other methods.
- powder based solder can be used to join multiple parts.
- a welding technology connection can be made, e.g. with matching welding filler material.
- the alloy contains no molybdenum (Mo), no niobium (Nb), no yttrium (Y), no rhenium (Re) and / or ruthenium (Ru).
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Abstract
Durch erhöhte Titan- und Tantalwerte sowie hohe Wolframanteile wird eine Legierung vorgeschlagen, die insbesondere für die Anwendung bei additiven Fertigungsverfahren verwendet werden kann.
Description
g, Y' gehärtete Kobalt-Nickel-Basislegierung, Pulver,
Komponente und Verfahren
Die Erfindung betrifft eine g g' gehärtete Kobalt-Nickel- Basislegierung, Pulver Komponente und Verfahren.
Turbinenleit- und Laufschaufeln oder Strukturbauteile im Heißgasbereich werden aus hochwarmfesten Nickelbasis-oder Kobaltbasis-Superlegierungen hergestellt .
Je nach Belastungsprofil der Komponente werden generell:
1.) g' Ausscheidungsgehärtete Nickelbasislegierungen
2.) Nickel-Knetlegierungen
3.) oder Kobalt-Knetlegierungen
eingesetzt .
Die Festigkeit resultiert in erster Näherung vom g' Volumen anteil. Dieser wiederum beeinflusst maßgeblich die mögliche Fertigungsroute der Komponenten. Hochwarmfeste Superlegierun gen mit hohen g' Anteilen können nur noch über das Feinguss verfahren hergestellt werden. Sie zeichnen sich durch eine hohe g' Solvustemperatur und eine tiefe Anschmelztemperatur aus. Die Schweißbarkeit dieser Legierungsklasse ist in der Regel nicht gegeben.
Generativ können diese Legierungen wegen Heißrissbildung nur über Umwege hergestellt werden. Die Knetlegierungen (Ni- oder Co-Basis) können geschmiedet werden, weisen jedoch geringere Festigkeiten auf.
Die übliche Herstellroute erfolgt bei ausscheidungsgehärteten Komponenten über das Feingussverfahren. Mithilfe generativer Fertigungsverfahren lassen sich komplexere Bauteile realisie ren, die Legierungsauswahl ist jedoch auf die weniger warm festen Legierungen beschränkt. Nur diese lassen sich mit sinnvollen Aufbauraten rissarm verarbeiten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, oben genanntes Problem zu lösen .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kobaltbasis-Superlegierung gemäß Anspruch 1, ein Pulver gemäß Anspruch 14, eine Kompo nente gemäß Anspruch 15 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es wird vorgeschlagen, eine neue Materialgruppe für Heißgas bauteile, insbesondere Lauf und Leitschaufein, Ringsegmente, Brennerteile, Scheibenwerkstoffe für kleine Turbinen oder Blisks einzusetzen. Zum Einsatz kommt eine g, g'-ausschei- dungsgehärtete Kobaltbasislegierung mit hohem Nickel (Ni) und Chrom (Cr) Anteil.
Innerhalb dieses Rahmens werden die Eigenschaften der Legie rungsklasse entsprechend der Anforderungen angepasst:
Titan (Ti) und Tantal (Ta) erhöhen die g' Anteile und g' Sol- vustemperatur und senken die Liquidustemperatur .
Wolfram erhöht den g'-Anteil, hohe Anteile an Wolfram (W) sind erforderlich um die g' verarmte Zone in Korngrenzennähe zu verringern.
Titan (Ti) und Tantal (Ta) verbessern die Kriechbeständigkeit aber erhöhen Gitterfehlpassung.
Nickel (Ni) erweitert das Phasenfeld für L12 Struktur und er möglicht höhere Chromgehalte für besseren Korrosionsschutz, nicht zu viel, wegen des Verteilungskoeffizienten Wolfram (W) und Chrom (Cr) ermöglicht Korrosionsschutz und verbessert die Bildung einer inneren AI O Schicht und reduziert
Gitterfehlpassung .
- Silizium (Si) verbessert Oxidationseigenschaften
- Bor (B) und Kohlenstoff (C) sind Korngrenzen-Verfestiger
- Hafnium (Hf) und Zirkon (Zr) ermöglichen bessere
Schichtanbindung
Bevorzugte Legierungen:
1. Bevorzugtes Beispiel in Gew.-%
Co 40,0
Ni 29,0
Al 2,6
W 9,0
Ta 4,4
Ti 2,0
Cr 12,8
Si 0,18
Hf 0,29
Zr 0,015
B 0,014
C 0,016
Der Vorteil liegt in einer hohen Korrosionsbeständigkeit.
2. Bevorzugtes Beispiel in Gew.-%
Co 40,0
Ni 30,0
Al 2,6
W 8,8
Ta 7,2
Ti 1,1
Cr 10,0
Si 0,18
Hf 0,28
Zr 0,015
B 0,014
C 0,015
Der Vorteil liegt bei einer mittleren Korrosionsbeständig- keit .
Besonderheiten :
Die hohe Fließgrenze verbessert auch TMF-Eigenschaften Eine hohe Festigkeit bei mittleren Temperaturen
Bessere Prozessierbarkeit als übliche Nickelbasis legierungen mit vergleichbaren Eigenschaften
Eine Lösungsglühung erfolgt beispielsweise bei 1523K und einer Auslagerung bei 1023K - 1173K zwecks Einstellung der y/ g' Gefügestruktur.
Die möglichen Herstellrouten lauten:
• Komponente wird im Guss oder als Schmiedeteil oder als AM Bauteil (Pulverbett, Laserpulver-Auftragschweißen) hergestellt .
• Eine Verfahrenskombination ist ebenso denkbar, z.B.
durch AM (Aufschweißen von weiteren Strukturen) .
• Ebenso denkbar ist die Nutzung von AM gefertigten Bau teilen im Guss als Einlegeteile .
• Ebenso kann ein Formkörper (z.B. Ringsegment) im Metall pulverspritzguss verarbeitet werden, ggf. in Kombination der anderen Verfahren.
• Ebenso kann ein auf dem Pulver basierendes Lot verwendet werden, um mehrere Teile zu verbinden.
• Ebenso kann eine schweißtechnologische Verbindung herge stellt werden, z.B. mit artgleichem Schweißzusatzwerk stoff .
Vorzugsweise enthält die Legierung kein Molybdän (Mo) , kein Niob (Nb) , kein Yttrium (Y) , kein Rhenium (Re) und oder/ kein Ruthenium (Ru) .
Claims
1. Kobaltbasislegierung,
zumindest aufweisend,
insbesondere bestehend aus (in Gew.-%):
27% - 32% Nickel,
insbesondere 28% - 31% Nickel,
2,4% - 2,8% Aluminium,
insbesondere 2,5%- 2,7% Aluminium,
8,3% - 9,5% Wolfram (W) ,
insbesondere 8,6% - 9,2% Wolfram,
4,0% - 7,6% Tantal (Ta),
insbesondere 4,2% - 7,4% Tantal,
0,7% - 2,4% Titan (Ti),
insbesondere 0,9% - 2,2% Titan (Ti),
9,5% - 13,3% Chrom (Cr),
0,16% - 0,20% Silizium (Si) ,
insbesondere 0,18% Silizium (Si) ,
0,27% - 0,31% Hafnium (Hf) ,
insbesondere 0,28% - 0,29% Hafnium (Hf) , 0,013% - 0,017% Zirkon (Zr) ,
insbesondere 0,015% Zirkon (Zr) ,
0, 012% - 0,016% Bor (B) ,
insbesondere 0,014% Bor (B) ,
0,013% - 0,018% Kohlenstoff (C) ,
insbesondere 0,015% - 0,016% Kohlenstoff (C) Rest Kobalt (Co) .
2. Kobaltbasislegierung nach Anspruch 1, aufweisend 29% Nickel (Ni) .
3. Kobaltbasislegierung nach Anspruch 1, aufweisend 30% Nickel (Ni) .
4. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,
aufweisend 2,6% Aluminium (Al) .
5. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
aufweisend 8,8% Wolfram (W) .
6. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
aufweisend 9, 0% Wolfram (W) .
7. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,
aufweisend kein Molybdän (Mo) und/oder kein Niob (Nb) und/oder kein Yttrium (Y) .
8. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7,
aufweisend 4,4% Tantal (Ta) .
9. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7,
aufweisend 7,2% Tantal (Ta) .
10. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9,
aufweisend 1,1% Titan (Ti) .
11. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9,
aufweisend 2,0% Titan (Ti) .
12. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11,
aufweisend 10% Chrom (Cr) .
13. Kobaltbasislegierung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 11,
aufweisend 12,8% Chrom (Cr) .
14. Pulver,
zumindest aufweisend,
insbesondere bestehend,
aus einer Legierung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13.
15. Komponente
aufweisend,
insbesondere bestehend,
aus einer Legierung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 und/oder
hergestellt aus einem Pulver gemäß Anspruch 14.
16. Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Bauteils, bei dem eine Legierung gemäß einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 13 oder ein Pulver gemäß Anspruch 14 ver wendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem ein additives Verfahren verwendet wird,
insbesondere Auftragschweißen, Pulverbettschweißen (SLM) oder -sintern (SLS) .
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
bei dem eine Lösungsglühung erfolgt,
insbesondere bei 1523K,
und eine Auslagerung bei 1023K - 1173K zwecks Einstellung einer y/ g' Gefügestruktur.
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| DE102018208736.9 | 2018-06-04 |
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