WO2020156779A1 - Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren - Google Patents

Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2020156779A1
WO2020156779A1 PCT/EP2020/050506 EP2020050506W WO2020156779A1 WO 2020156779 A1 WO2020156779 A1 WO 2020156779A1 EP 2020050506 W EP2020050506 W EP 2020050506W WO 2020156779 A1 WO2020156779 A1 WO 2020156779A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nickel
alloy
based alloy
electron beam
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2020/050506
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Gotterbarm
Magnus Hasselqvist
Christoph Heinze
Martin Schäfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP20702207.0A priority Critical patent/EP3918100A1/de
Priority to US17/423,887 priority patent/US12221674B2/en
Priority to CN202080011255.1A priority patent/CN113383101A/zh
Publication of WO2020156779A1 publication Critical patent/WO2020156779A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/009—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine components other than turbine blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/15—Nickel or cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a nickel-based alloy for high-temperature applications, in particular for gas turbines, and a method.
  • the object is achieved by an alloy according to claim 1 and a method according to claim 2.
  • the alloying elements were specifically selected in order to be able to manufacture crack-free components.
  • the elements silicon (Si), boron (B), zircon (Zr) and hafnium (Hf) are of particular importance and carbon (C) must also be taken into account.
  • the process conditions are characterized by a high construction temperature of 1173K - 1373K over long periods. Depending on the component, several days are possible. These are unique conditions that cannot be found in other known processes such as casting, forging, welding, etc.
  • the elements zirconium (Zr), nium (Hf) and silicon (Si) reduced to reduce the tendency of the alloy to solidify or to avoid it altogether. This is based on a reduction in the proportion of liquid phase / eutectic in the temperature range from 1173K to construction temperature with simultaneous setting of a smaller solidification interval.
  • the change in the chemical composition is preferably supplemented by process parameters: travel speed, travel strategy, track spacing, power, energy beam, layer thickness, construction temperature, ..., which enable crack-free production.
  • the chemical composition of the relevant alloy is (in% by weight):
  • Titanium (Ti) Titanium (Ti)
  • Rhenium (Re) or Ruthenium (Ru) as well

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Durch die selektive Auswahl der Legierungselemente wird eine Legierung bereitgestellt, mit denen rissfreie Bauteile erzeugt werden können.

Description

Nickelbasislegierung für Hochtemperaturanwendungen und
Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Nickelbasis für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für Gasturbinen, und ein Verfahren.
Bislang konnten mittels additiver Fertigung (SLM, SLS; mit tels Laser-, aber auch mittels Elektronenstrahlen (EBM) ) keine absolut rissfreien Komponenten erzeugt werden, so dass die Legierungsentwicklung weitergeführt worden ist.
Diese Problematik wird aufgegriffen und eine Legierung mit Spezifikationen von entscheidenden Elementen definiert, die rissfreie Komponenten zur Folge hat.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 2.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um weitere Vorteile zu erzielen.
Die Legierungselemente wurden gezielt gewählt, um rissfreie Komponenten fertigen zu können. Dabei sind die Elemente Sili zium (Si), Bor (B) , Zirkon (Zr) und Hafnium (Hf) von besonde rer Bedeutung und Kohlenstoff (C) ebenfalls zu beachten.
Die Prozessbedingungen, insbesondere im EBM-Prozess, zeichnen sich durch eine hohe Bautemperatur von 1173K - 1373K über lange Zeiträume aus. In Abhängigkeit vom Bauteil sind mehrere Tage möglich. Hierbei handelt es sich um einzigartige Bedin gungen, die bei anderen bekannten Verfahren wie Gießen, Schmieden, Schweißen etc. nicht vorzufinden sind. Abgeleitet aus diesen Bedingungen wurden die Elemente Zirkon (Zr), Haf- nium (Hf) und Silizium (Si) reduziert, um die Erstarrungs rissneigung der Legierung zu mindern bzw. gänzlich zu vermei den. Dies beruht auf einer Reduzierung des Anteils an Flüs- sigphase/Eutektikum im Temperaturbereich von 1173K bis Bau temperatur bei gleichzeitiger Einstellung eines kleineren Er starrungsintervalls .
Die Änderung der chemischen Zusammensetzung wird vorzugsweise ergänzt um Prozessparameter: Verfahrgeschwindigkeit, Verfahr strategie, Spurabstand, Leistung, Energiestrahl, Schicht dicke, Bautemperatur, ... bestimmt, die eine rissfreie Herstel lung ermöglichen.
Vorteile sind:
• Fertigung von Bauteilen ist rissfrei möglich, Bauteilinteg rität gewährleistet, Effizienzsteigerungen durch AM-Design möglich .
• Fertigung von hochwertigen Gasturbinenbauteilen mit neuer Legierung ist möglich, so dass zukünftige Bauteil-Anforde rungen abgedeckt werden können und ein Beitrag zur Effi zienzsteigerung von Gasturbinen geleistet wird.
Die chemische Zusammensetzung der relevanten Legierung lautet ( in Gew . -% ) :
Chrom (Cr) 14,0% - 16, 0%,
insbesondere 15, 0%,
Kobalt (Co) 5, 0% - 6, 0%
Molybdän (Mo) 0,8% - 1,0%
Wolfram (W) 3,5% - 4,0%
Aluminium (Al) 4,5% - 5,0%
Kohlenstoff (C) 0, 04% - 0, 1%
Bor (B) 0,002% - 0,013%
Tantal (Ta) 7,4% - 7,8%
Hafnium (Hf) 0,05% - 0,15%
Zirkon (Zr) <0, 01%
Silizium (Si) <0, 02% Verunreinigungen 0,002% - 0,01%, insbesondere minimal
Eisen ( Fe ) ,
Mangan (Mn) ,
Vanadium (V) ,
Platin (Pt) ,
Palladium (Pd) ,
Niob (Nb) ,
Titan (Ti),
Rhenium (Re) oder Ruthenium (Ru) sowie
Rest Nickel (Ni) .

Claims

Patentansprüche
1. Nickelbasislegierung,
die zumindest aufweist,
insbesondere besteht aus (in Gew.-%) :
Chrom (Cr) 14,0% - 16, 0%, insbesondere 15, 0%,
Kobalt (Co) 5, 0% - 6, 0%
Molybdän (Mo) 0,8% - 1,0%
Wolfram (W) 3,5% - 4,0%
Aluminium (Al) 4,5% - 5,0%
Kohlenstoff (C) 0, 04% - 0, 1%
Bor (B) 0,002% - 0,013%
Tantal (Ta) 7,4% - 7,8%
Hafnium (Hf) 0,05% - 0,15%
Zirkon (Zr) <0, 01%
Silizium (Si) <0, 02%
Verunreinigungen 0,002% - 0,01%, insbesondere minimal
Eisen ( Fe ) ,
Mangan (Mn) ,
Vanadium (V) ,
Platin (Pt) ,
Palladium (Pd) ,
Niob (Nb) ,
Titan (Ti),
Rhenium (Re) oder Ruthenium (Ru) sowie
Rest Nickel (Ni) .
2. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils,
bei dem eine Legierung gemäß Anspruch 1 verwendet wird und mittels eines additiven Herstellungsverfahrens,
insbesondere mittels selektivem Sintern im Pulverbett, selektivem Schmelzen im Pulverbett,
insbesondere mittels Laserstrahl oder Elektronenstrahl oder
mittels Pulverauftragschweißen,
insbesondere Laserpulverauftragschweißen,
hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem ein Prozess mittels Elektronenstrahlen (EBM) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
bei dem Prozessparameter wie Verfahrgeschwindigkeit, Ver fahrstrategie, Spurabstand, Leistung, Energiestrahl, Schichtdicke und/oder Bautemperatur, ... optimiert werden, die eine rissfreie Herstellung ermöglichen.
PCT/EP2020/050506 2019-01-29 2020-01-10 Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren Ceased WO2020156779A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20702207.0A EP3918100A1 (de) 2019-01-29 2020-01-10 Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren
US17/423,887 US12221674B2 (en) 2019-01-29 2020-01-10 Nickel-based alloy for high-temperature applications, and method
CN202080011255.1A CN113383101A (zh) 2019-01-29 2020-01-10 用于高温应用的镍基合金和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019201095.4A DE102019201095A1 (de) 2019-01-29 2019-01-29 Nickelbasislegierung für Hochtemperaturanwendungen und Verfahren
DE102019201095.4 2019-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020156779A1 true WO2020156779A1 (de) 2020-08-06

Family

ID=69326482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/050506 Ceased WO2020156779A1 (de) 2019-01-29 2020-01-10 Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12221674B2 (de)
EP (1) EP3918100A1 (de)
CN (1) CN113383101A (de)
DE (1) DE102019201095A1 (de)
WO (1) WO2020156779A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113385689A (zh) * 2021-06-03 2021-09-14 广东工业大学 一种高熵合金及其制备方法和应用
CN115449669B (zh) * 2022-09-13 2023-08-08 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 一种抗蠕变、抗氧化镍基高温合金及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1054072A1 (de) * 1999-05-20 2000-11-22 ABB ALSTOM POWER (Schweiz) AG Nickel-Basis-Superlegierung
EP2859979A1 (de) * 2013-10-08 2015-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Reparatur von Flächen mittels eines Lot/Grundwerkstoffgemischs und Bauteil
WO2018083065A1 (de) * 2016-11-02 2018-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Superlegierung ohne titan, pulver, verfahren und bauteil

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439248A (en) * 1982-02-02 1984-03-27 Cabot Corporation Method of heat treating NICRALY alloys for use as ceramic kiln and furnace hardware
US5240491A (en) * 1991-07-08 1993-08-31 General Electric Company Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles
JPH11310839A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Hitachi Ltd 高強度Ｎｉ基超合金方向性凝固鋳物
DE60034797T2 (de) * 2000-11-30 2008-01-17 ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales) Superlegierung auf Nickelbasis mit sehr hoher Beständigkeit gegen Heisskorrosion für Einkristallturbinenschaufeln von industriellen Turbinen
US6596963B2 (en) * 2001-08-31 2003-07-22 General Electric Company Production and use of welding filler metal
JP2006104577A (ja) * 2004-10-04 2006-04-20 United Technol Corp <Utc> セグメント化ガドリニアジルコニア被膜およびその形成方法、セグメント化セラミック被覆システムならびに被膜部品
EP1914327A1 (de) * 2006-10-17 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-Basis-Superlegierung
GB201309404D0 (en) * 2013-05-24 2013-07-10 Rolls Royce Plc A nickel alloy
EP2886225B1 (de) 2013-12-23 2017-06-07 Ansaldo Energia IP UK Limited Ausscheidungsgehärteten Gamma-Prime-Superlegierung auf Nickelbasis zur Verwendung in Verfahren zur Herstellung pulverbasierter Additive
EP3257956B2 (de) 2016-06-13 2022-02-16 General Electric Technology GmbH Ni-basierte superlegierungszusammensetzung und verfahren zur slm-verarbeitung solch einer ni-basierten superlegierungszusammensetzung
JP6793689B2 (ja) * 2017-08-10 2020-12-02 三菱パワー株式会社 Ｎｉ基合金部材の製造方法
EP4116012A1 (de) * 2021-07-07 2023-01-11 Industria de Turbo Propulsores S.A. Verfahren zur materialabscheidung zur reparatur von luftfahrtkomponenten

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1054072A1 (de) * 1999-05-20 2000-11-22 ABB ALSTOM POWER (Schweiz) AG Nickel-Basis-Superlegierung
EP2859979A1 (de) * 2013-10-08 2015-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Reparatur von Flächen mittels eines Lot/Grundwerkstoffgemischs und Bauteil
WO2018083065A1 (de) * 2016-11-02 2018-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Superlegierung ohne titan, pulver, verfahren und bauteil

Also Published As

Publication number Publication date
CN113383101A (zh) 2021-09-10
US12221674B2 (en) 2025-02-11
US20220119922A1 (en) 2022-04-21
EP3918100A1 (de) 2021-12-08
DE102019201095A1 (de) 2020-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3175008B1 (de) Kobaltbasissuperlegierung
WO2021190704A1 (de) Pulver aus einer kobalt-chromlegierung
EP3269838B1 (de) Hochwarmfeste tial-legierung, herstellungsverfahren eines bauteils aus einer entsprechenden tial-legierung und bauteil aus einer entsprechenden tial-legierung
WO2021047979A1 (de) Nickelbasislegierung für additive fertigung, verfahren und produkt
EP3249064A1 (de) Additive fertigung von hochtemperaturbauteilen aus tial
EP3512974B1 (de) Superlegierung ohne titan, pulver, verfahren und bauteil
WO2017118547A1 (de) Gamma, gamma&#39;-kobaltbasierte legierungen für additive fertigungsverfahren oder löten, schweissen, pulver und bauteil
WO2020156779A1 (de) Nickelbasislegierung für hochtemperaturanwendungen und verfahren
EP4313444A1 (de) Nickelbasis-legierungszusammensetzung für bauteile mit reduzierter rissneigung und optimierten hochtemperatureigenschaften
WO2022167363A1 (de) Legierung, insbesondere für additive fertigung, pulver, verfahren und produkt
EP3024955A1 (de) Gamma/gamma&#39; gehärtete kobaltbasis-superlegierung, pulver und bauteil
EP3870448B1 (de) Nickelbasislegierung für additive fertigung und additives fertigungsverfahren
WO2019233692A1 (de) γ, γ&#39; GEHÄRTETE KOBALT-NICKEL-BASISLEGIERUNG, PULVER, KOMPONENTE UND VERFAHREN
WO2019233693A1 (de) Y,y&#39; gehärtete kobalt-nickel-basislegierung, pulver, komponente und verfahren
DE202020104651U1 (de) Nickelbasislegierung für Hochtemperaturanwendungen
DE102022103420A1 (de) Nickellegierung, Pulver zur Herstellung einer Nickellegierung, Bauteil, Verfahren zur Herstellung einer Nickellegierung sowie Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
EP4291408A1 (de) Legierung, pulver, verfahren und bauteil
EP4288575A1 (de) Legierung, pulver, verfahren und bauteil
DE102021203258A1 (de) Legierung, Pulver, Verfahren und Bauteil
EP3996859A1 (de) Nickelbasissuperlegierung, geeignet auch zur additiven fertigung, verfahren und produkt
WO2025098567A1 (de) Verfahren zur herstellung eines metallischen bauteils
EP4568800A1 (de) Kobaltbasislegierung, pulver, verfahren und bauteile

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20702207

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020702207

Country of ref document: EP

Effective date: 20210830