Kurzantwort
Haynes 188 – Pulver aus einer Kobaltlegierung ist ein kugelförmiges Co-Ni-Cr-W-Superlegierungs-Ausgangsmaterial (UNS R30188), das für die Laser-Pulverbettfusion und die gerichtete Energieabscheidung von Bauteilen entwickelt wurde, die oxidierenden Umgebungen von bis zu 1095 °C (2000 °F) standhalten müssen. Sein charakteristischer Bestandteil ist ein geringer Lanthan-Zusatz (0,02–0,12%), der die Haftung der schützenden Chromoxidschicht deutlich verbessert und der Legierung eine Oxidationsbeständigkeit verleiht, die bei extremen Temperaturen der der meisten Nickel-Superlegierungen überlegen ist. Die Optimierung der LPBF-Parameter beginnt bei der Pulverqualität: Legen Sie eine Partikelgrößenverteilung (PSD) von 15–53 Mikrometer (D50 um 35 Mikrometer), eine Sphärizität von über 93%, einen Sauerstoffgehalt von unter 0,04 wt% und einen Hall-Flow-Wert von unter 18 s/50 g fest. Auf Maschinen der 400-W-Klasse erreicht Haynes 188 eine Dichte von >99,5% bei einer Laserleistung von 250–350 W, einer Abtastgeschwindigkeit von 900–1200 mm/s, einem Schraffurabstand von 0,10–0,12 mm und Schichtdicken von 30–40 Mikrometer, was einer volumetrischen Energiedichte von etwa 60–90 J/mm³ entspricht – ein Wert, der aufgrund der Dichte und des thermischen Verhaltens der Legierung höher ist als bei Aluminiumlegierungen. Eine Vorwärmung der Bauplatte auf 150–200 °C begrenzt die Restspannungen in dieser hochfesten Legierung, und die Bauteile erfordern nach dem Druckvorgang ein Lösungsglühen bei 1150–1200 °C, gefolgt von einer schnellen Abkühlung, um die volle Duktilität und Kriechfestigkeit zu entwickeln. Käufer sollten die Chargenzertifikate hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung (insbesondere des Lanthangehalts), des Sauerstoffgehalts, der Partikelgrößenverteilung (PSD) und der Fließfähigkeit überprüfen und sich vergewissern, dass der Lieferant unter Argon atomisiert, um den reaktiven La-Zusatz zu schützen.
Was ist Haynes 188-Kobaltlegierungspulver und welche Vorteile bietet dieses Material?
Haynes 188 – Pulver aus einer Kobaltlegierung ist die in der additiven Fertigung und Pulvermetallurgie verwendete Form einer der oxidationsbeständigsten Hochtemperaturlegierungen, die jemals auf den Markt gebracht wurden. Entwickelt von Haynes International und standardisiert als UNS R30188 mit Spezifikationen für Kaltumformteile, darunter AMS 5608 (Bleche) und AMS 5772 (Stangen und Schmiedeteile), ist eine Superlegierung auf Kobaltbasis, die durch eine Wolfram-Festlösungslegierung verstärkt und mit einer Spur Lanthan veredelt wurde. In geschmiedeter Form wird sie seit Jahrzehnten in Gasturbinenbrennkammern, Übergangskanälen und Nachverbrennungskomponenten eingesetzt – den heißesten und oxidationsintensivsten Bereichen eines Strahltriebwerks.
Innerhalb der Familie der Kobaltlegierungspulver Haynes 188, das für die additive Fertigung bereitgestellt wird, besetzt die Nische der Extremtemperaturen. CoCrMo-Sorten wie ASTM F75 dominieren Verschleiß- und biomedizinische Anwendungen, und Stellite-Legierungen sind für abrasiven Verschleiß prädestiniert, doch keine von beiden hält einer langfristigen Einwirkung von Temperaturen über 1000 °C in oxidierenden Gasströmen stand. Haynes 188 hingegen schon – weshalb es in Programmen der Luft- und Raumfahrt sowie im Bereich der Industriegasturbinen für gedruckte Bauteile in Brennkammern und im Heißgaskanal vorgeschrieben ist.
Zu den materiellen Vorteilen, die die Nachfrage nach Haynes 188-Pulver ankurbeln, gehören:
- Außergewöhnliche Oxidationsbeständigkeit bis 1095 °C: Die mit Lanthan modifizierte Cr₂O₃-Schicht widersteht dem Abblättern über Tausende von Temperaturzyklen hinweg, während andere Legierungen ihre schützende Oxidschicht verlieren.
- Gute Hochtemperaturfestigkeit: Brauchbare Kriech- und Bruchfestigkeit bis etwa 980 °C, wodurch die Lücke zwischen rostfreien Stählen und Nickel-Superlegierungen mit komplexer chemischer Zusammensetzung geschlossen wird.
- Hervorragende thermische Ermüdungsbeständigkeit: Die Legierung hält schnelle Aufheiz- und Abkühlzyklen stand – eine wesentliche Anforderung an Brennkammerauskleidungen und Übergangskanäle.
- Hervorragende Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit: Dank ihrer auf Kobalt basierenden Duktilität lässt sich die Legierung problemlos umformen, verbinden und – was besonders wichtig ist – im additiven Fertigungsverfahren verarbeiten.
- Metallurgische Stabilität: Keine schädliche Phasenausscheidung bei Langzeitbelastung im Temperaturbereich von 650–1100 °C, wodurch die Duktilität nach dem Einsatz erhalten bleibt.
Bei der Pulverbettfusion verbinden sich diese Eigenschaften mit gestalterischer Freiheit: Gedruckte Haynes-188-Brennkammerkomponenten vereinen Kühlelemente, Mischer und dünnwandige Geometrien, die mit der Blechbearbeitung nicht herstellbar sind, und bewahren dabei die bewährte Umweltbeständigkeit der Legierung.
Daten zur chemischen Zusammensetzung und Korrelation mit den Leistungsmerkmalen
Die chemische Zusammensetzung von Haynes 188 ist ein Musterbeispiel für Ausgewogenheit: Nickel stabilisiert die duktile Kobaltmatrix, Chrom sorgt für Oxidationsbeständigkeit, Wolfram verleiht Festigkeitsvorteile durch Festlösungsbildung, und eine Spur von Lanthan verbessert die Anhaftung von Zunder. Jedes Element hat seinen Platz, und die Pulversorten müssen die vollständigen Spezifikationen für Kaltumformung erfüllen, wobei Sauerstoff und Stickstoff aus der Zerstäubung zusätzlich kontrolliert werden müssen.
Chemische Zusammensetzung von Haynes 188
| Element | Min (%) | Max (%) | Rolle |
|---|---|---|---|
| Kobalt (Co) | Waage | Waage | Grundwerkstoff; Warmfestigkeit, thermische Ermüdungsbeständigkeit und Schweißbarkeit |
| Nickel (Ni) | 20.0 | 24.0 | Stabilisiert die fcc-Struktur; verbessert die Duktilität und die Verarbeitbarkeit |
| Chrom (Cr) | 20.0 | 24.0 | Bildet eine schützende Cr₂O₃-Schicht; Beständigkeit gegen Oxidation und Heißkorrosion |
| Tungsten (W) | 13.0 | 16.0 | Festigkeitsverstärker in Form einer festen Lösung; erhöht die Kriech- und Bruchfestigkeit |
| Eisen (Fe) | – | 3.0 | Rest; bis zur Grenze tolerierbar, ohne Sachschaden |
| Lanthan (La) | 0.02 | 0.12 | Verbessert die Haftung der Oxidschicht und die Lebensdauer bei zyklischer Oxidation erheblich |
| Silizium (Si) | 0.20 | 0.50 | Desoxidationsmittel; trägt zur Oxidationsbeständigkeit bei |
| Manganese (Mn) | – | 1.25 | Desoxidationsmittel und Schmelzrückstände |
| Kohlenstoff (C) | 0.05 | 0.15 | Hartmetallformer; Korngrenzverstärkung bei Temperatur |
| Bor (B) | – | 0.015 | Korngrenzverstärker in Spurenmengen |
| Sauerstoff (O, Pulver) | – | 0.04 | Zwischenraumpulver; muss niedrig gehalten werden, um die Duktilität und die La-Aktivität zu gewährleisten |
Kobalt da das Grundelement den Hochtemperaturcharakter der Legierung bestimmt. Der im Vergleich zu Nickel höhere Schmelzpunkt und die geringere Stapelfehlerenergie von Kobalt verleihen der Matrix eine hervorragende thermische Ermüdungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Kriechverformung im Bereich von 900–1100 °C, was genau der Umgebung in der Brennkammer entspricht.
Chrom bei 20–241 TP3T bildet die durchgehende Cr₂O₃-Oberflächenschicht, die die Legierung in oxidierendem Gas schützt. Ohne Lanthan reißt diese Schicht bei Temperaturwechselbeanspruchung auf und blättert ab; Lanthan, das nur 0,02–0,121 TP3T ausmacht, lagert sich an der Grenzfläche zwischen Zunder und Metall ab und verbessert die Haftung so wirksam, dass sich die Lebensdauer bei zyklischer Oxidation bei 1095 °C im Vergleich zu lanthanfreien Co-Cr-W-Legierungen um eine Größenordnung erhöht. Dies ist das entscheidende Merkmal der Legierung, das sich auch auf die Pulververarbeitung auswirkt: Da Lanthan hochreaktiv ist, muss das Pulver unter streng kontrollierten Argonbedingungen geschmolzen und zerstäubt werden, damit La in Lösung bleibt und nicht als Schlacke oder Oxid verloren geht. Käufer sollten den La-Wert auf dem Analysezertifikat als kritischen Parameter betrachten und nicht als Randnotiz.
Wolfram bei 13-16% sorgt für die Festigkeitssteigerung durch die feste Lösung, die bei dieser Temperatur die Last trägt, während Kohlenstoff bildet die Karbide M23C6 und M6C, die die Korngrenzen fixieren und die Struktur im Einsatz verstärken.
Bei LPBF-Ausgangsmaterialien gelten folgende praktische Zusammenhänge: Halten Sie den Chrom- und Lanthan-Gehalt bei oxidationskritischen Bauteilen im mittleren bis oberen Spezifikationsbereich, halten Sie den Sauerstoffgehalt unter 0,04 Gew.-%, um die Duktilität im gedruckten Zustand zu erhalten, und überprüfen Sie den Wolframgehalt, da dieser zwar die Hochtemperaturfestigkeit bestimmt, aber auch die Dichte und die Schmelzviskosität während der Zerstäubung erhöht.
Physikalische und mechanische Eigenschaften: Dichte, Festigkeit, Härte
Das Materialprofil von Haynes 188 spiegelt dessen Zweck wider: Es bietet zwar nicht die höchste Festigkeit unter den Superlegierungen, zeichnet sich jedoch durch eine außergewöhnliche Kombination aus Oxidationsbeständigkeit, thermischer Ermüdungsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit im oberen Bereich der Betriebstemperatur aus. Die nachstehenden Werte beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf lösungsgeglühtes Material bei Raumtemperatur.
Wichtige Eigenschaften
| Eigentum | Wert | Einheit |
|---|---|---|
| Dichte | 8.98 | g/cm3 |
| Schmelzbereich | 1300-1330 | °C |
| Wärmeleitfähigkeit (RT / 540 °C) | 10.8 / 17.5 | W/m*K |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (20–1000 °C) | 16.7 | um/m*K |
| Elastizitätsmodul | 232 | GPa |
| Zugfestigkeit (RT, geglüht) | 950-1000 | MPa |
| Streckgrenze (RT, geglüht) | 460-500 | MPa |
| Dehnung (RT) | 45-55 | % |
| Zugfestigkeit (870 °C) | 440-480 | MPa |
| Bruchfestigkeit nach 1000 Stunden (980 °C) | ~70 | MPa |
| Härte (geglüht) | 26-30 | HRC |
| Maximale Dauerbetriebszeit (oxidierend) | 1095 | °C |
Die Kaltdehnbarkeit von 45-55% bei Raumtemperatur ist für eine Legierung dieser Festigkeit bemerkenswert und bildet die Grundlage für die Verarbeitbarkeit des Werkstoffs: Das geschmiedete Blech lässt sich zu komplexen Brennkammerformen formen, und beim LPBF-Verfahren lässt sich die duktile, einphasige austenitische Struktur ohne die Rissprobleme von Gamma-Prime-gehärteten Nickellegierungen drucken. Haynes 188 ist nicht ausscheidungshärtbar; die Festigkeit beruht auf der festen Lösung und den Karbiden, was bedeutet, dass gedruckte Bauteile lediglich eine Lösungsglühung benötigen und keine komplexen mehrstufigen Ausscheidungsbehandlungen.
Verhalten bei erhöhten Temperaturen Hier macht die Legierung ihre Kosten wieder wett. Haynes 188 behält bei 870 °C etwa die Hälfte seiner Festigkeit bei Raumtemperatur bei und bietet bei 980 °C eine brauchbare Bruchfestigkeit von 1.000 Stunden. Damit übertrifft es Edelstähle und die meisten Eisen-Nickel-Legierungen und ist dabei weitaus einfacher zu verarbeiten als gegossene Nickel-Superlegierungen. Seine Kriechfestigkeit liegt bei mittleren Temperaturen unter der von Inconel 718, doch 718 ist in oxidierenden Umgebungen oberhalb von 900 °C, in denen 188 hervorragende Eigenschaften zeigt, nicht einsetzbar.
Die Wärmeleitfähigkeit von 10,8 W/m*K bei Raumtemperatur, der mit steigender Temperatur zunimmt, ist in absoluten Werten gering – was typisch für Superlegierungen ist – und hat eine direkte Auswirkung auf das LPBF-Verfahren: Die Wärme konzentriert sich im Schmelzbad, sodass die Abtaststrategien die Wärmeansammlung in dünnen Wänden und kleinen Querschnitten steuern müssen, typischerweise durch Verweilzeiten zwischen den Schichten oder eine angepasste Energiezufuhr bei feinen Strukturen.
Für gedruckte Teile, Durch das Lösungsglühen bei 1150–1200 °C mit schneller Abkühlung werden Segregationen und Restkarbide aufgelöst, die volle Duktilität wiederhergestellt und die Struktur im Fertigungszustand in einem einzigen Arbeitsgang spannungsfrei gemacht. Die Härte im geglühten Zustand von 26–30 HRC ermöglicht die konventionelle Bearbeitung von Dichtflächen und Schnittstellen nach der Wärmebehandlung.
Sortiervorschriften, Größenbereiche und Qualitätskontrollstandards
Das Pulver „Haynes 188“ wird in prozessgerechten Körnungen geliefert, deren Qualitätsnachweis auf die Herkunft der Knetlegierung aus der Luft- und Raumfahrt zurückverfolgt werden kann.
Verfügbare Spezifikationen
| Parameter | Standard/Wert |
|---|---|
| PSD für LPBF / SLM | 15–53 µm (D10 ~22, D50 ~35, D90 ~54) |
| PSD für DED / Laserauftragschweißen | 45–106 µm oder 53–150 µm |
| PSD für EBM | 45–106 µm |
| Sphärizität | >= 93% |
| Durchflussmenge im Hall-Kanal | <= 18 s/50 g |
| Scheinbare Dichte | >= 4,6 g/cm³ |
| Zapfstellendichte | >= 5,2 g/cm³ |
| Sauerstoffgehalt | <= 0,04 Gew.-% (Premium <= 0,02 Gew.-%) |
| Stickstoffgehalt | <= 0,05 wt% |
| Nachschlagewerk zur Chemie | UNS R30188, AMS 5608 / AMS 5772 |
| Verpackung | Vakuumversiegelte oder mit Argon gefüllte Fässer zu 25–50 kg |
Die 15–53 Mikrometer LPBF-Schnitt ist der Standard für die Pulverbettfusion von Brennkammer- und Turbinenbauteilen, wobei Feinanteile unter 15 Mikrometer auf unter 10% begrenzt sind, um die Fließfähigkeit zu gewährleisten. Kobalt-Superlegierungs-Pulver mit einer Dichte von fast 9 g/cm³ weisen eine hervorragende Fließfähigkeit und Verteilbarkeit auf und gehören zu den am besten verarbeitbaren Pulvern im LPBF-Verfahren, was dünne Schichtdicken von bis zu 20–30 Mikrometern für hochauflösende Strukturen an den Brennkammerwänden ermöglicht.
DED- und Mantelschnitte mit einer Korngröße von 45–106 und 53–150 Mikrometer für die Reparatur und die nahezu endformgerechte Aufschmelzung von Turbinenkomponenten, wobei die Schweißbarkeit der Legierung – ein charakteristisches Merkmal von Legierungen auf Kobaltbasis – dichte, rissfreie Aufschweißschichten mit minimalem Aufwand bei der Verdünnungskontrolle ermöglicht.
Qualitätskontrollstandards Für diese Güteklasse gelten die in der Luft- und Raumfahrt üblichen Standards. Jede Charge sollte folgende Teile enthalten:
- Vollständige chemische Analyse mittels ICP-OES oder OES gemäß UNS R30188, wobei Lanthan ausdrücklich ausgewiesen wird – ein Element, das in vielen allgemeinen Kobalt-Zertifikaten nicht aufgeführt ist.
- Sauerstoff und Stickstoff durch Inertgasfusion (ASTM E1019 oder gleichwertig).
- PSD mittels Laserbeugung gemäß ISO 13320, mit Angabe von D10/D50/D90.
- Hohlraumdurchfluss gemäß ASTM B213 und Schüttdichte/Rütteldichte gemäß ASTM B212/B527.
- Morphologische Aufnahmen mittels Rasterelektronenmikroskopie zur Überprüfung der Sphärizität und des Satellitengehalts.
- Rückverfolgbarkeit der Zerstäubungswärme durch Verknüpfung der Pulvercharge mit der Schmelzwärmenummer.
Bei Hardware-Programmen für die Luftfahrt geben Auftraggeber zunehmend folgende Anforderungen vor: Validierung auf Coupon-Ebene: Aus jeder Pulvercharge wurden Teststangen gedruckt, lösungsgeglüht und auf ihre Zugfestigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur geprüft. Dieses Verfahren schließt den Kreis zwischen Pulverqualität und Bauteilleistung, und seriöse Lieferanten unterstützen es durch Aufbewahrung von Proben und ein stabiles, dokumentiertes Zerstäubungsverfahren. Die Wiederverwendung von Pulver im LPBF-Verfahren sollte anhand des Sauerstoffgehalts und nicht anhand der Zyklusanzahl überwacht werden, wobei das verwendete Pulver auf 63–80 Mikrometer gesiebt und pro Zyklus mit 30–50%-Neumaterial aufgefrischt werden sollte.
Herstellungsprozess: Zerstäubungsprüfung und Wärmebehandlung
Bei der Herstellung von Haynes 188-Pulver steht die Argon-Gaszerstäubung im Mittelpunkt; diese Verfahren wurde speziell gewählt, um den reaktiven Lanthan-Zusatz zu schützen, der die Legierung auszeichnet.
Schmelzen erfolgt in Vakuum-Induktionsöfen unter Verwendung von hochreinen Kobalt-, Nickel-, Chrom- und Wolfram-Chargen. Lanthan wird erst spät im Schmelzprozess unter Inertgaszugabe zugegeben, da es stark oxidiert; daher muss der Schlackekontakt während des Schmelzvorgangs so gering wie möglich gehalten werden, um den vorgeschriebenen La-Gehalt von 0,02–0,12% in der Gusszusammensetzung einzuhalten. Eine Analyse vor dem Gießen bestätigt die vollständige Einhaltung der Spezifikation, wobei vor dem Abgießen besonders auf den La-Ausbeute geachtet wird.
Gaszerstäubung (GA) Verwendet für diese Güte hochreines Argon als Zerstäubungsgas. Die Stickstoffzerstäubung, die für viele Stähle und Kobalt-Verschleißlegierungen akzeptabel ist, wird hier aus zwei Gründen vermieden: Durch die Stickstoffaufnahme bilden sich Nitride, die die Legierung bei hohen Temperaturen spröde machen, und die Inertheit von Argon bewahrt den reaktiven Seltenerdzusatz am besten. Die überhitzte Schmelze, die bei etwa 1550–1600 °C gegossen wird, zerfällt in konvergierenden Argonstrahlen, und die Tröpfchen verfestigen sich zu kugelförmigem Pulver, dessen Sauerstoffgehalt bei gut durchgeführten Produktionsläufen typischerweise bei 0,02–0,04 Gew.-% liegt.
Prüfung und Klassifizierung Die zerstäubte Partikelverteilung wird durch mehrstufiges Ultraschallsieben und Luftklassierung unter Inertgasatmosphäre auf die handelsüblichen LPBF-, DED- und EBM-Bereiche aufgeteilt. Die Chargen werden gemischt, beprobt und gemäß den oben beschriebenen Qualitätskontrollstandards zertifiziert.
Wärmebehandlung gehört zwar zum Teilehersteller, hat aber Einfluss auf die Pulverspezifikationen und ist daher in jeder Beschaffungsdiskussion zu berücksichtigen. Der Standardzyklus für gedruckte oder PM-Teile nach Haynes 188 lautet:
- Lösungsglühen bei 1150–1200 °C (in der Regel 1175 °C) für 1 Stunde pro 25 mm Querschnitt, wodurch Karbide aufgelöst und die erstarrte Struktur homogenisiert werden.
- Schnellkühlung, Luftkühlung oder schneller, um den gelösten Zustand aufrechtzuerhalten und eine erneute Karbidausfällung im kritischen Bereich zu vermeiden.
- Optional Heißisostatisches Pressen (HIP) bei 1120–1180 °C und 100–150 MPa Argon vor der Lösungsglühbehandlung von ermüdungskritischen Bauteilen, um Restporositäten aus dem Druck- oder Sinterprozess zu schließen.
Für diese Legierung gibt es keine Auslagerungsbehandlung, was die Qualifizierung vereinfacht: Ein einziger Wärmebehandlungsschritt führt zu den endgültigen Eigenschaften. Pulverlieferanten mit umfassender Prozesskompetenz, einschließlich eigener PREP-Pulverherstellungstechnologie Bei groben Premium-Fraktionen können wir Kunden hinsichtlich der Sauerstoffgrenzwerte und Reinheitsgrade beraten, die eine optimale Wirksamkeit der Glühbehandlung gewährleisten.
Anwendungen nach Branchen: Struktur-, Wärme- und Verschleißteile
Haynes 188-Pulveranwendungen kommen vor allem dort zum Einsatz, wo heißes, oxidierendes Gas auf strukturelle Belastungen trifft – also in der Brennkammer und im Abgasbereich. Typische Anwendungsbeispiele sind im Folgenden sowie auf der Website des Herstellers zusammengefasst. Anwendungen seite.
Typische Anwendungsbereiche nach Branche
| Industrie | Typische Teile | Warum Haynes 188 Powder? |
|---|---|---|
| Luft- und Raumfahrttriebwerke | Brennkammerauskleidungen, Übergangskanäle, Flammenhalter, Nachverbrennungsbauteile | Oxidationsbeständigkeit bis 1095 °C, thermische Ermüdung |
| Industriegasturbinen | Verbrennungstechnik, Düsen, Hitzeschilde | Langfristige Hochtemperaturstabilität |
| Energie und Leistung | Komponenten für Verbrennungsanlagen zur Energiegewinnung aus Abfall, Brennerdüsen | Beständigkeit gegen Heißkorrosion und Oxidation |
| Industrieöfen | Strahlungsrohre, Leuchten, Muffeln | Kriech- und Oxidationsbeständigkeit im Einsatz |
| Chemische Verarbeitung | Reaktoreinbauten für Hochtemperaturreaktoren, Katalysatorträger | Stabilität in oxidierenden Atmosphären |
| Verteidigung | Heißbereiche in Antriebssystemen von Raketen und Drohnen | Extreme Beanspruchung bei kompakten gedruckten Geometrien |
Luft- und Raumfahrtantriebe ist die traditionelle und nach wie vor zentrale Anwendung. Brennkammerauskleidungen und Übergangskanäle sind den härtesten Bedingungen im Triebwerk ausgesetzt – direktem Flammenkontakt bei zyklischer Erwärmung. Dank der mit Lanthan stabilisierten Oxidschicht sowie der thermischen Ermüdungsbeständigkeit von Haynes 188 hat sich dieses Material als Standard für geschmiedete Bleche bei diesen Bauteilen etabliert. Mit LPBF werden nun Brennkammerkomponenten mit integrierten Effusionskühlungsmustern, Mischgeometrien und Wandmerkmalen hergestellt, die durch Umformen und Schweißen von Blechen nicht realisierbar sind, während die DED-Reparatur die Lebensdauer hochwertiger Bauteile im Heißbereich verlängert.
Industriegasturbinen Die Aerodynamik lässt sich in größerem Maßstab umsetzen: Verbrennungskappen, Düsen und Hitzeschilde in landgestützten Turbinen weisen längere Intervalle zwischen den Überholungen auf – genau in diesem Einsatzbereich macht sich die metallurgische Stabilität von 188 bezahlt, da auch nach Tausenden von Betriebsstunden bei hohen Temperaturen keine Versprödungsphasen auftreten.
Energie und Industrieöfen Diese Anwendungen nutzen dieselbe Umweltbeständigkeit bei geringerer Beanspruchung: Bauteile für Müllverbrennungsanlagen, Brennerdüsen, Strahlrohre und Ofenausrüstungen profitieren alle von einer Legierung, die sich im heißen, oxidierenden Betrieb einfach nicht zersetzt.
Chemische Verarbeitung und Verteidigung Das Nachfragespektrum wird abgerundet durch: Reaktoreinbauten und Katalysatorträger, die heißem, oxidierendem Prozessgas ausgesetzt sind, sowie kompakte Heißbereiche von Antrieben für Raketen und Drohnen, bei denen gedrucktes Haynes 188 in kleinen, geometrisch optimierten Bauteilen extreme Umweltbeständigkeit bietet.
In all diesen Branchen ist die Auswahllogik einheitlich: Wenn die Versagensursache Oxidation, thermische Ermüdung oder Heißkorrosion und nicht die Materialbeanspruchung ist, gilt Haynes 188 als Referenzwerkstoff, und Pulververfahren ermöglichen nun die Umsetzung seiner Eigenschaften in Geometrien, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nie realisierbar waren.
Vergleich mit alternativen Werkstoffen und Tabelle mit Leistungsdaten
Bei der Auswahl von Hochtemperaturlegierungen für die additive Fertigung wird in der Regel Haynes 188 mit dem anderen Kobalt-Standard, Haynes 25 (L605), sowie den gängigsten druckbaren Nickel-Superlegierungen verglichen.
Haynes 188 im Vergleich zu alternativen Hochtemperatur-AM-Legierungen
| Eigentum | Haynes 188 | Haynes 25 (L605) | Inconel 718 | Inconel 625 |
|---|---|---|---|---|
| Basissystem | Co-Ni-Cr-W-La | Co-Cr-W-Ni | Ni-Cr-Fe-Nb-Mo | Ni-Cr-Mo-Nb |
| Max. Betriebstemperatur bei Oxidation | 1095 °C | 980 °C | 700 °C | 900 °C |
| RT-Zugfestigkeit (MPa) | 950-1000 | 970-1010 | 1280–1380 (Alter) | 900-930 |
| Festigkeit bei 870 °C (MPa) | 440-480 | 420-460 | ~1000 (Obergrenze 700) | 500-540 |
| Beständigkeit gegen zyklische Oxidation | Hervorragend (La-modifiziert) | Sehr gut | Mäßig | Gut |
| Widerstand gegen thermische Ermüdung | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Gut | Gut |
| Druckbarkeit von LPBF | Sehr gut (nicht aushärtend) | Gut | Gut (muss reifen) | Ausgezeichnet |
| Wärmebehandlung | Nur Lösungsglühen | Nur Lösungsglühen | Lösung + doppeltes Alter | Nur Lösungsglühen |
| Relative Pulverkosten | Hoch | Hoch | Mittel | Mittel bis hoch |
Haynes 25 (L605) ist der engste Konkurrent, da er die gleiche Kobaltbasis und einen Großteil des Festigkeitsprofils aufweist. Da ihm jedoch Lanthan fehlt, bleiben seine Oxidationsbeständigkeit und seine Zyklenfestigkeit bei 1095 °C deutlich hinter denen von 188 zurück; Haynes 25 punktet hingegen durch eine etwas bessere Verfügbarkeit und eine lange AMS-Tradition. Bei Bauteilen, bei denen die Spitzentemperaturen des Metalls unter 980 °C liegen, sind die beiden Werkstoffe nahezu austauschbar, und der Preis ist ausschlaggebend.
Inconel 718 dominiert den Markt für gedruckte Superlegierungen aufgrund seiner hohen Festigkeit bis 700 °C, seiner hervorragenden Druckbarkeit und seiner umfangreichen Zertifizierungsdatenbank. Oberhalb von 700 °C bricht die durch Gamma-Double-Prime-Kristallite bewirkte Festigkeitssteigerung zusammen, und ihre Oxidationsbeständigkeit reicht bei Brennkammertemperaturen nicht an die der 188 heran. Die beiden Legierungen stehen kaum in Konkurrenz zueinander: 718 für tragende Strukturen bis 700 °C, 188 für den Heißgaskanal oberhalb von 900 °C.
Inconel 625 Es bietet hervorragende Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bei guter Festigkeit bis etwa 900 °C, doch seine Oxidationsgrenze und Kriechfestigkeit liegen bei den höchsten Temperaturen unter denen von 188. Es eignet sich für den Einsatz unter hohen, aber nicht extremen Belastungen und ist dabei etwas kostengünstiger.
Auswahlregel: Bei Temperaturen unter 700 °C und hoher Beanspruchung wählen Sie 718; bei 700–980 °C und mäßiger Beanspruchung sollte 625 oder Haynes 25 gewählt werden; bei 980–1095 °C unter oxidierenden Bedingungen, zyklischem Betrieb und im Brennkammerbereich ist Haynes 188 unter den leicht druckbaren Legierungen praktisch die einzige Wahl.
Unser Unternehmen
Shanghai Truer Technology Co. Ltd. ist ein in China ansässiger Anbieter von Lösungen für die additive Fertigung, der PREP-Pulverherstellungsanlagen und hochwertige kugelförmige Metallpulver aus einer Hand anbietet. Das 2009 gegründete Unternehmen bietet sowohl Gaszerstäubung (GA) sowie PREP-Fertigungskapazitäten für Nickellegierungen, Kobaltlegierungen, Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, rostfreie Stähle, Kupferlegierungen, Hochentropie-Legierungen und Spezialwerkstoffe.
Als Ausgangsmaterial für Kobalt-Superlegierungen liefert Truer Haynes 188, Haynes 25, CoCrMo (ASTM F75) und verwandte Sorten, die unter hochreinem Argon atomisiert werden, um reaktive Zusätze wie Lanthan zu schützen und den Sauerstoffgehalt auf einem sehr niedrigen Niveau zu halten. Die Pulver sind in den Ausführungen LPBF, DED und EBM erhältlich, und jede Charge wird mit einem Analysezertifikat ausgeliefert, das die vollständige chemische Zusammensetzung einschließlich Lanthan, Sauerstoff- und Stickstoffgehalt, Partikelgrößenverteilung (PSD) mittels Laserdiffraktion, Hall-Flow-Wert, Schüttdichte sowie auf Anfrage die SEM-Morphologie abdeckt.
Das Unternehmen bietet zudem die Entwicklung maßgeschneiderter Legierungen, die Fertigung von Prototypen in kleinen Stückzahlen sowie die Serienproduktion für Kunden aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Industrieturbinen, Energiewirtschaft und Ofenbau an. Ein gemeinsam mit führenden Forschungseinrichtungen betriebenes Innovationszentrum für den 3D-Metalldruck unterstützt die Parameterentwicklung und die Validierung von Wärmebehandlungen für Hochtemperatur-Kobalt- und Nickellegierungen.
Bei Fragen zu den Spezifikationen des Kobaltlegierungspulvers Haynes 188, zur Probenahme oder zu den argonatomisierten Premium-Sorten, Wenden Sie sich an das Team mit Ihrem PSD-Zielwert, dem Sauerstoffgrenzwert und der geschätzten Jahresmenge.
FAQ
Frage 1: Wie sieht die typische Partikelgrößenverteilung von Haynes-188-Pulver aus? A: Die Standardkorngröße bei LPBF liegt bei 15–53 Mikrometer mit einem D50-Wert von etwa 35 Mikrometer, während bei DED- und EBM-Anwendungen Fraktionen von 45–106 Mikrometer oder gröbere Korngrößen zum Einsatz kommen. Maßgeschneiderte enge Korngrößenverteilungen können so klassifiziert werden, dass sie zu bestimmten Maschinenplattformen passen.
Frage 2: Kann das Pulver „Haynes 188“ sowohl in SLM- als auch in DED-Systemen verwendet werden? A: Ja, wobei die Partikelgröße (PSD) auf das jeweilige Verfahren abgestimmt sein muss: 15–53 Mikrometer für SLM/LPBF und 45–106 bzw. 53–150 Mikrometer für DED und Laserauftragschweißen. Dank ihrer Schweißbarkeit auf Kobaltbasis gehört die Legierung in beiden Verfahren zu den am besten zu verarbeitenden Superlegierungen.
Frage 3: Über welche Zertifizierungen verfügt das Pulver „Haynes 188“? A: Der Standardlieferumfang umfasst ein Analysezertifikat mit vollständigen chemischen Daten gemäß UNS R30188, in dem der Lanthan-Gehalt ausdrücklich ausgewiesen ist, sowie die Bestimmung des Sauerstoff- und Stickstoffgehalts mittels Inertgasfusion, die Partikelgrößenverteilung (PSD) mittels Laserdiffraktion, die Hall-Strömungsmessung und die scheinbare Dichte. Für Flughardware-Programme sind SEM-Morphologieberichte und die Rückverfolgbarkeit der Atomisierungswärme verfügbar.
Frage 4: Wie hoch ist die Mindestbestellmenge für Haynes 188-Pulver? A: Für die Parameterentwicklung und Qualifizierungsprüfungen stehen Probenmengen von 5–10 kg zur Verfügung. Serienaufträge beginnen in der Regel bei 25–50 kg, was den hohen Rohstoffwert der Legierung widerspiegelt; ab einer Menge von 100 kg gelten Mengenrabatte.
Frage 5: Kann die Zusammensetzung des Haynes-188-Pulvers individuell angepasst werden? A: Ja. Der Chrom- und Wolframgehalt kann innerhalb der Spezifikation eingestellt werden, der Lanthananteil kann für oxidationskritische Anwendungen gezielt angepasst werden, und es sind eisenarme Premium-Schmelzen erhältlich. Für kundenspezifische Zusammensetzungen gilt eine Mindestmenge pro Zerstäubungsdurchlauf.
Frage 6: Wie lang ist die übliche Lieferzeit für Bestellungen von Haynes 188-Pulver? A: Standard-Argon-Atomisierungsschnitte sind angesichts der speziellen Schmelzanforderungen der Legierung in der Regel innerhalb von 2 bis 4 Wochen lieferbar. Sonderzusammensetzungen und große Serienmengen erfordern in der Regel 4 bis 8 Wochen, abhängig von der Schmelzplanung und dem Umfang der Zertifizierung.
