Zur Auswirkung von Spurenelementen auf die Hochtemperatureigenschaften einkristalliner Ni-Basis Superlegierungen (T07*)

• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190389738

Einkristalline Ni-Basis Superlegierungen (SX) werden zur Herstellung von Turbinenschaufeln in Gasturbinen gebraucht, die bei Temperaturen oberhalb von 1000°C hohen mechanischen und korrosiven Belastungen standhalten müssen. Es ist nicht ungewöhnlich, dass sie mehr als 10 Legierungselemente enthalten. Heute wird das Recycling von einkristallinen Superlegierungen immer wichtiger, das Thema nachhaltige Metallurgie gewinnt immer mehr an Bedeutung. Es geht dabei nicht nur um Kostensenkung, vielmehr spielt auch die mangelnde Verfügbarkeit strategischer Elemente eine Rolle. Gelaufene Schaufeln können wieder eingeschmolzen, neu gerichtet erstarrt und wärmebehandelt werden. Dabei gelangen unbeabsichtigt und in kleinen Mengen Spurenelemente in die Legierung, die kritische Werkstoffeigenschaften beeinflussen können. Wie weit eine Aufnahme von Spurenelementen toleriert werden kann und wo Grenzen gezogen werden müssen, soll im hier ins Auge gefassten Projekt beispielhaft untersucht werden. Dabei werden die Elemente Li, Mg und Si betrachtet, mit deren vermehrten Eintrag in SX in den nächsten Jahren gerechnet wird, und über deren Einfluss nur wenig bekannt ist. Dazu wird mit einer Masterschmelze vom Typ ähnlich zu CMSX 4 gearbeitet, die einmal direkt und dann mit kleinen Li, Mg und Si Zusätzen erschmolzen, gerichtet erstarrt und wärmebehandelt wird. Außerdem werden sechs Schaufeln untersucht (zwei neue und vier gelaufene), die zunächst skalenübergreifend charakterisiert und dann in kleinerem Rahmen schmelzmetallurgisch (Aufschmelzen, Zulegieren, Erstarren) untersucht werden. Mit Hilfe der analytischen Elektronenmikroskopie (Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie) wird der Einfluss der Spurenelemente auf die Strukturbildungsprozesse beim Erstarren und bei der Wärmebehandlung untersucht. Im Anschluss werden mechanische Untersuchungen durchgeführt. Besonderes Augenmerk gilt dabei dem Einfluss der Spurenelemente auf das Kriechen, die thermische Ermüdung und die Hochtemperaturoxidation.

• 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: MTU Aero Engines AG
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler; Professor Dr.-Ing. Jan Frenzel