Hochtemperaturoxidation von Inconel 939 durch LPBF
Einführung
Superlegierungen auf Nickelbasis sind korrosionsbeständige Legierungen für Hochtemperaturanwendungen bis zu 1100 bis 1150°C. Aufgrund ihrer hohen Kriechfestigkeit, Vulkanisations- und Oxidationsbeständigkeit sind diese Legierungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Energiebranche weit verbreitet. Sie enthalten in der Regel bis zu 10 Legierungselemente, darunter leichte Elemente wie Kohlenstoff oder Bor und schwere feuerfeste Elemente wie Ta, W, Nb oder Re.
Inconel 939(auch bekannt als in939)ist eine Superlegierung mit hohem Chromgehalt, die häufig für Turbinenschaufeln und -blätter verwendet wird. Diese Legierung hat eine gute Schweißbarkeit und eine ausreichende Festigkeit bei Betriebstemperaturen von bis zu 950°C. Superlegierungen, die dem In939 ähnlich sind, wie In718, In625 und Rene 220, bilden durch die bevorzugte Oxidation von Cr eine Cr2O3-Schicht, die das Metall vor Hochtemperaturkorrosion schützt. Die gebildete Oxidschicht ist in der Regel dicht und langsam wachsend und hat eine lange Lebensdauer bei Betriebstemperaturen bis zu 1000°C. Im Einsatz wird die Cr2O3-Schicht vor allem unter zyklischen Bedingungen beansprucht, was zu Abplatzungen der Schicht führen kann.
In dieser Untersuchung wurden die Oxidationseigenschaften von in939 Teile, die durch AM und CM (Gießen) hergestellt wurden, wurden nach einer Expositionszeit von 158 Stunden bei 900 °C mit Hilfe von Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) eingehend untersucht.
Materialien
Die in939 Legierungen werden sowohl durch AM (Laser-Pulverbett-Fusion, LPBF) als auch durch CM (Gießen) hergestellt. Die chemische Zusammensetzung von AM- und CM-In939-Legierungen ist in folgender Tabelle dargestellt Tabelle 1:
Ergebnisse und Diskussion
Abbildung 1 zeigt eine mikroskopische Aufnahme des geätzten Gefüges von AM In939 mit einer durchschnittlichen Größe von 100-120 μm.
Abbildung 2 zeigt die SEM-EDX-Querschnitte von AM-Y-, AM-Z- und CM-In939-Proben nach der Oxidation bei 900 °C und 158 Stunden. Dem Querschnittsbild zufolge sind die extern gewachsenen Cr2O3-Schichten mit einer durchschnittlichen Dicke von 3 μm sind auf allen Proben vorhanden. Die Schicht ist durchgängig und gleichmäßig, und es gibt keinen signifikanten Unterschied im externen Wachstumsmaßstab zwischen den Proben in Bezug auf die Phasenzusammensetzung und die Oxidschichtdicke aufgrund der Mikrostrukturanisotropie. Dies bedeutet, dass die Mikrostrukturanisotropie von AM-Materialien keinen Einfluss auf das Oxidationsverhalten unter diesen Bedingungen hat:
Schlussfolgerung
In dieser Studie wird untersucht, wie die Korrosionseigenschaften von durch additive Fertigung hergestelltem In939 denen von konventionell hergestelltem (CM) In939 bei 900°C ähneln, unabhängig von der Richtung der oxidierten Oberfläche in Bezug auf die Umformrichtung. Beide Materialien bilden eine Cr2O3-Schicht als schützende Oxidschicht auf der Oberfläche von In939.