DE102014204408A1

DE102014204408A1 - Nickelbasis-Superlegierung mit erhöhter Oxidationsbeständigkeit, Pulver, Verfahren zum Schweißen und Bauteil

Info

Publication number: DE102014204408A1
Application number: DE102014204408.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten Jokisch; Britta Laux
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-09-17
Also published as: WO2015135702A1; US20170239759A1; EP3087211A1

Abstract

Durch die Zugabe von Hafnium entstehen keine Ausscheidungsphasen in einer Nickelbasis-Superlegierung und durch die Anteile von Chrom (Cr) und Aluminium (Al) ist ein leicht reduzierter γ‘-Anteil vorhanden, so dass sich eine gute Oxidationsbeständigkeit und Schweißbarkeit ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nickelbasis-Superlegierung, die eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit aufweist, ein Pulver, ein Verfahren zum Schweißen und ein Bauteil.
Zur Tip-Reparatur von Turbinenlaufschaufeln aus γ‘-verfestigten Nickelbasis-Superlegierungen werden in der Regel Schweißzusatzwerkstoffe mit einer grundwerkstoffähnlichen Zusammensetzung verwendet. Diese lassen sich jedoch aufgrund ihres hohen Al- und Ti-Anteils schlecht schweißen, so dass bereits modifizierte Schweißzusatzwerkstoffe mit einer verbesserten Schweißbarkeit entwickelt wurden. Neben der Schweißbarkeit ist jedoch die Oxidationsbeständigkeit der Zusatzwerkstoffe im Bereich der Schaufelspitze von großem Interesse. In dieser Hinsicht zeigen die neuen Schweißzusatzwerkstoffe bislang noch keine optimalen Eigenschaften.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Nickelbasis-Superlegierung, ein Pulver, ein Verfahren und ein Bauteil aufzuzeigen, bei dem die oben genannten Probleme gelöst werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1, ein Pulver gemäß Anspruch 3, ein Verfahren gemäß Anspruch 4 und ein Bauteil gemäß Anspruch 6.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Das Ausführungsbeispiel stellt nur einen Teil der Erfindung dar.
Es wird vorgeschlagen, die neuen Schweißzusatzwerkstoffe weiter zu modifizieren und dadurch eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit einzustellen. Dabei ist es wünschenswert, dass sich während des Betriebes eine möglichst dichte Aluminiumoxidschicht ausbildet, die den Werkstoff passiviert. Entscheidende Elemente in diesem Zusammenhang sind Aluminium (Al) und Chrom (Cr), wobei der Anteil an Aluminium (Al) im Hinblick auf die Schweißbarkeit nicht weiter erhöht werden soll.
Daher wird ein Zusatzwerkstoff mit einem erhöhten Anteil an Chrom (Cr) in Kombination mit einem geringen Anteil an Hafnium (Hf) vorgeschlagen. Weiterhin wird ein geringer Anteil an Yttrium (Y) zulegiert, um die zyklische Oxidationsbeständigkeit zu verbessern.
Die Legierung enthält
Kobalt (Co): 8,8%–10,5%,
insbesondere 9,5%,
Chrom (Cr): 15%–17%,
insbesondere 16%,
Molybdän (Mo): 1,2% bis 2,2%,
insbesondere 1,7%,
Wolfram (W): 3,2% bis 4,2%,
insbesondere 3,7%,
Aluminium (Al): 2,3% bis 3,3%,
insbesondere 2,8%,
Titan (Ti): 4,2% bis 5,4%,
insbesondere 4,8%,
Bor (B): 0,006% bis 0,01%,
insbesondere 0,008%,
Zirkon (Zr): 0,002% bis 0,003%,
insbesondere 0,025%,
Hafnium (Hf): 0,1% bis 0,2%,
insbesondere 0,15%,
Kohlenstoff (C): 0,1% bis 0,2%,
insbesondere 0,15%,
Yttrium (Y): 0,008% bis 0,012%,
insbesondere 0,01%,
Nickel,
insbesondere Rest Nickel.
Vorzugsweise wird ein Schweißzusatzwerkstoff mit der folgenden Zusammensetzung vorgeschlagen:
Ni-9.5Co-16Cr-1.7Mo-3.7W-2.8Al-4.8Ti-0.008B-0.025Zr-0.15Hf-0.15C-0.01Y (in Gew.-%).
Eine Simulation bestätigt, dass der Werkstoff sich ähnlich der kommerziellen Nickelbasislegierung Rene 80 verhält, wobei ein leicht reduzierter γ‘-Anteil vorliegt, der zu einer verbesserten Schweißbarkeit führt. Durch die Zugabe von Hafnium (Hf) entstehen keine unerwünschten Ausscheidungsphasen.
Die Legierung kann als Pulver vorliegen und auftragsgeschweißt werden auf ein Bauteil aus einem Substrat. Das Substrat weist eine Auftragsschweißung aus der oben genannten Legierung auf.

Claims

Nickelbasis-Superlegierung aufweisend in (Gew.-%): Kobalt (Co): 8,8%–10,5%, insbesondere 9,5%, Chrom (Cr): 15%–17%, insbesondere 16%, Molybdän (Mo): 1,2% bis 2,2%, insbesondere 1,7%, Wolfram (W): 3,2% bis 4,2%, insbesondere 3,7%, Aluminium (Al): 2,3% bis 3,3%, insbesondere 2,8%, Titan (Ti): 4,2% bis 5,4%, insbesondere 4,8%, Bor (B): 0,006% bis 0,01%, insbesondere 0,008%, Zirkon (Zr): 0,002% bis 0,003%, insbesondere 0,025%, Hafnium (Hf): 0,1% bis 0,2%, insbesondere 0,15%, Kohlenstoff (C): 0,1% bis 0,2%, insbesondere 0,15%, Yttrium (Y): 0,008% bis 0,012%, insbesondere 0,01%, Nickel, insbesondere Rest Nickel.
Nickelbasis-Superlegierung nach Anspruch 1, bestehend aus Nickel (Ni), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Aluminium (Al), Titan (Ti), Bor (B), Zirkon (Zr), Hafnium (Hf), Kohlenstoff (C), Yttrium (Y).
Pulver aufweisend eine Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2.
Verfahren zum Schweißen, bei dem eine Legierung nach Anspruch 1 oder 2 oder ein Pulver nach Anspruch 3 verwendet wird als Schweißzusatzwerkstoff.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem René 80 auftragsgeschweißt wird.
Bauteil, aufweisend ein Substrat, insbesondere Nickel-basiert, und eine Auftragsscheißung aus einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2 oder aus einem Pulver nach Anspruch 3.