Druckunterstützte thermochemische Behandlung von Hochleistungslegierungen (T14*)

• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190389738

Im Rahmen des SFB/TR 103 wurden integrierte Wärmebehandlungen mit heißisostatischer Presse (HIP) für einkristalline (SX) Ni-Basis-Superlegierungen entwickelt. Die notwendige Lösungsglühbehandlung wurde in die HIP-Behandlung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch Schließen der verbliebenen Poren integriert. Die Kombination dieser beiden Verfahren ist nur durch die Möglichkeit des Abschreckens innerhalb des HIP-Systems möglich, wodurch der Hochtemperaturzustand des Werkstoffs eingefroren werden kann. Chemisiche Wechselwirkungen zwischen dem Prozessgas und dem wärmebehandelten Material wurden durch die Verwendung von Ar gezielt vermieden. Ziel dieses Transferprojekts ist es, Stickstoff in Hochleistungswerkstoffe durch heißisostatisches Pressen in einer reaktiven Gasatmosphäre einzubringen. Die hohen Drücke und Temperaturen während der HIP-Wärmebehandlung erleichtern das Einbringen von Stickstoff und schließen die Porosität im Material. Dadurch soll es ermöglicht werden Stickstoff in Werkstoffe mit geringer Stickstofflöslichkeit bei Atmosphärendruck einzubringen und definierte Stickstoffprofile in diesen Werkstoffen zu erzeugen. Zu diesem Zweck sind HIP-Wärmebehandlungen mit Variationen von Druck, Stickstoffpartialdruck (Prozessgasmischungen), Temperatur und Verweilzeit geplant. Die Auswahl der Parameter wird durch thermodynamische Berechnungen mit der Software Thermo-Calc® getroffen. Untersucht werden zwei Modelllegierungen. Dabei handelt es sich um eine polykristalline Ni-Basis-Superlegierung (IN718, EN 2.4668) und einen austenitischen nichtrostenden Stahl (X2CrNiMo17-12-2, EN 1.4404). Beide werden sowohl im konventionellen als auch im additiv gefertigten Zustand verarbeitet. Insbesondere für additiv gefertigte Werkstoffe dürfte eine HIP-integrierte thermochemische Behandlung von hoher technologischer Relevanz sein, da die sehr hohe Temperatur des Schmelzbades einen signifikanten Stickstoffgehalt verhindert. Insgesamt zielt dieses Transferprojekt auf die Entwicklung einer neuartigen und konkurrenzlosen thermochemischen Hochdruck-Wärmebehandlung in einer HIP ab. Gemeinsam mit Quintus soll das Projekt das Potenzial und die Grenzen dieser neuen Fertigungstechnologie ausloten.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Unternehmen: Quintus Technologies AB
• Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter: Dr.-Ing. Inmaculada López Galilea, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Sebastian Weber