Das Ziel dieser Arbeit war es, mithilfe von mikromechanischen Methoden ein besseres Verständnis über mikrostrukturelle Inhomogenitäten und den Auswirkungen von Legierungselementen auf die mechanischen Eigenschaften von Nickel- und Kobaltbasis-Superlegierungen zu erlangen. Gerade bei Superlegierungen sind mikrostrukturelle Inhomogenitäten auf unterschiedlichen Längenskalen zu finden. Somit bestimmen beispielsweise Gusssegregationen, Korngrenzen, die γ und γʹ-Phasen, und auch weitere Phasen wie Boride maßgeblich die mechanischen Eigenschaften.
Moderne mikromechanische Methoden erlauben die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften auf den unterschiedlichsten Längenskalen von Superlegierungen. Mikrostrukturelle Bestandteile, wie etwa einzelne γʹ-Ausscheidungen, können sogar bis in den Nanometerbereich mechanisch charakterisiert werden. Ein Fokus dieser Arbeit lag auf der Charakterisierung von Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen, die möglichst nah an den Einsatztemperaturen liegen. In der vorliegenden Arbeit konnten bei Temperaturen von bis zu 785 °C zuverlässige Daten bestimmt werden. Eng gekoppelt mit den lokalen mechanischen Tests ist die mikrostrukturelle Charakterisierung, um Rückschlüsse auf das zugrunde liegende Verformungsverhalten zu ziehen.
Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können daher für eine weitere Legierungsentwicklung und Optimierung dienen, um die Einsatztemperaturen von Nickelbasis-Superlegierungen weiter zu erhöhen, und Kobaltbasis-Superlegierungen einen Schritt weiter in Richtung Anwendung zu bringen.
Aktualisiert: 2020-09-10
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First discovered in 2006, γ′-strengthened Co-base superalloys represent a very young class of structure materials. Due to their high melting point relative to the traditional base element Ni, they have the potential to increase the maximum service temperature of modern gas turbines and thus, the potential to improve energy efficiency. To approach commercial maturity, a detailed understanding of the alloying elements’ influence on the structure-property relationships is indispensable.
Using a set of systematic model alloy series, the influence of key alloying elements on Co- and Co/Ni-base superalloys is examined in terms of precipitate fraction, phase stability and phase composition, transformation temperatures, lattice misfit and, ultimately, mechanical properties. One significant result is that Ni- and Co-base alloys can exhibit vastly different thermo-physical and mechanical properties despite having similar base elements and the same structural arrangement.
The results of this work were utilized to inform the development of oxidation-resistant, multi-component Co-base superalloys with improved creep properties. The property profile of these alloys is promising for applications at intermediate temperatures, such as turbine wheels for stationary gas turbines and disks used in aircraft engines.
Aktualisiert: 2020-01-07
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