DaNiSh – Entwicklung neuartiger Nickelbasis-Superlegierungen mit herausragenden Materialeigenschaften für Anwendungen im Turbomaschinenbau

Das Forschungsprojekt DaNisH setzt sich die Entwicklung einer neuartigen Nickelbasis-Superlegierung für Anwendungen im Turbomaschinenbau zum Ziel. Durch Anpassung von Legierungselementen soll eine Legierung entstehen, die thermo-mechanische Festigkeit auch im Heißgasbereich aufweist und gleichzeitig mittels Laser-Strahlschmelzen fertigbar ist.

Motivation

Hoch γ‘-haltige Nickelbasis-Legierungen eignen sich aufgrund ihrer hohen thermo-mechanischen Festigkeit für Anwendungen im Turbomaschinenbau. Allerdings sind existierende Legierungen als klassische Gusslegierungen ausgelegt und daher nicht oder nur eingeschränkt schweißgeeignet. Bei der Verarbeitung mittels Laser-Strahlschmelzen stellt dies eine große Herausforderung dar. Während des Prozesses und auch während nachgeschalteten Wärmebehandlungen treten häufig Risse auf. Der Einsatz so gefertigter Bauteile bspw. als höchstbelastete Komponenten im Heißgaspfad einer Gasturbine ist daher in der Regel ausgeschlossen.

Zielsetzung

Die Entwicklung einer schweißgeeigneten hoch γ‘-haltigen Nickelbasis-Legierung und deren prozesssichere Verarbeitung mittels Laser-Strahlschmelzen sind die beiden wesentlichen Ziele des Forschungsprojektes DaNiSh. Gleichzeitig sollen Werkstoffeigenschaften erreicht werden, die einen Einsatz im Turbomaschinenbau erlauben und die Mikrostruktur so angepasst werden, dass Zeitstand- und Kriechfestigkeit vergleichbar mit denen von konventionellen Gusslegierungen sind.

Vorgehen

Die Entwicklung einer neuartigen hoch γ‘-haltigen Nickelbasis-Superlegierung basiert auf einer simulationsgestützten Werkstoffentwicklung. Diese sieht, ausgehend von einer Gusszusammensetzung, gezielte chemische Anpassungen vor, um die Schweißeignung und das Werkstoffgefüge einzustellen. Für die Verarbeitung im „kalten“ und im „heißen“ Laser-Strahlschmelz-Prozess werden Prozessparameter entwickelt und an die Legierung angepasst. Über die Kopplung von Material- und Prozesssimulationen mit skalenübergreifenden Werkstoffanalysen sollen die vermuteten Rissentstehungsmechanismen detailliert untersucht werden. Zudem werden Möglichkeiten zur Vermeidung oder zumindest zur Reduzierung der Rissentstehung bei der additiven Verarbeitung von hoch γ‘-haltigen Nickelbasis-Superlegierungen identifiziert. Dabei wird die gesamte Prozesskette bis hin zum fertigen Bauteil betrachtet.

Dank