Zum Einfluss der Morphologie von geordneten γ’-Phase Teilchen auf die Hochtemperaturfestigkeit von Ni-Basis Superlegierungen für große Schaufeln in Industrie-Gasturbinen. (T08*)

• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190389738

Im SFB/TR 103 wurden experimentelle Methoden entwickelt, die erlauben Elementarprozesse der Hochtemperaturverformung aufzuklären. Bislang haben sich die Arbeiten auf Legierungen bezogen, die im Ausgangszustand eine γ/γ’-Mikrostruktur mit geordnete würfelförmigen γ’-Teilchen aufwiesen. Solche Mikrostrukturen kennzeichnen den Ausgangszustand von Superlegierungen, die zu kleineren Schaufeln (für Flugtriebwerke und für die vorderen Laufschaufelreihen von Industriegasturbinen) verarbeitet wurden. Hier geht es um Superlegierungen, die für die Herstellung großer Schaufeln (Höhe: 1m) verwendet werden. Deren große thermische Masse bedingt langsame Abkühlraten. Die Legierungszusammensetzung wird mit Blick auf Gießbarkeit (vordringliche Anforderung) und geringe Dichte (um Fliehkräfte beim Betrieb nicht zu hoch werden zu lassen) optimiert. Der Industriepartner kann solche großen Schaufeln gießen, die γ’-Volumenbruchteile von etwa 50% aufweisen. Man findet γ’-Teilchen, die keine würfelförmige Morphologie aufweisen: γ’-Dublette, 8-teilige γ’-Cluster und dendritenartige Teilchen. Diese Morphologien wurden vereinzelt in der Literatur beschrieben, jedoch nicht abschließend erklärt. Wie sie die Elementarprozesse der Hochtemperaturverformung (Kriechen, thermische Ermüdung) beeinflussen, ist weitestgehend unbekannt. Dies verhindert eine wissensbasierte Weiterentwicklung von Legierungszusammensetzungen und Wärmebehandlungsstrategien und macht die konstruktive Auslegung und Lebensdauerabschätzungen schwierig. Ziel des hier beantragten Projekts ist die Aufklärung der Mechanismen, die zur Bildung der genannten Morphologien führen. Parallel dazu soll erforscht werden, wie sich diese andersartigen Morphologien auf die Hochtemperaturfestigkeit auswirken. Die im SFB/TR 103 entwickelten Herstellungsverfahren (Bridgmanmethode mit Impfkristall) und Charakterisierungsmethoden (mikrostrukturell und mechanisch) sind bestens geeignet, um hier Fortschritte zu erzielen, und um die Entwicklung neuer Legierungen für große Laufschaufeln in neuen Industriegasturbinen in einem kompetitiven Umfeld voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Unternehmen: Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler