{"id":8982,"date":"2025-07-25T10:56:39","date_gmt":"2025-07-25T02:56:39","guid":{"rendered":"https:\/\/am-material.com\/?p=8982"},"modified":"2025-07-18T11:05:40","modified_gmt":"2025-07-18T03:05:40","slug":"selection-of-hip-temperature-for-lpbf-superalloy-rene125","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/am-material.com\/de\/news\/selection-of-hip-temperature-for-lpbf-superalloy-rene125\/","title":{"rendered":"Auswahl der HIP-Temperatur f\u00fcr die LPBF-Superlegierung Rene125"},"content":{"rendered":"

Auswahl der HIP-Temperatur f\u00fcr die LPBF-Superlegierung Rene125<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Legierung Rene125 ist eine gerichtet erstarrte Nickelbasis-Superlegierung mit exzellenten mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen, hervorragender Oxidationsbest\u00e4ndigkeit und bemerkenswerter Kriechfestigkeit. Diese Eigenschaften machen sie besonders geeignet f\u00fcr Hochtemperaturbauteile in der Luft- und Raumfahrt, wie beispielsweise Turbinenschaufeln. Obwohl die traditionelle gerichtete Erstarrungstechnologie (DS) Vorteile bei der Herstellung gro\u00dffl\u00e4chiger gerichteter Kristallstrukturen bietet, ist sie kostspielig und komplex. Das Laser-Pulverbettschmelzen (LPBF) stellt durch hochenergetisches, punktweises Scannen mit einem Laser und extrem hohe Abk\u00fchlraten eine Alternative dar und erm\u00f6glicht die Erzeugung \u00e4hnlicher Mikrostrukturen.<\/p>\n\n\n\n

Das in dieser Studie verwendete Rene125-Pulver wurde von der Truer Technology Co., Ltd. bereitgestellt. Das Pulver wurde mittels Gaszerst\u00e4ubung hergestellt und wies eine Partikelgr\u00f6\u00dfe von 15-53 \u03bcm auf.<\/p>\n\n\n\n

SEM-Aufnahmen von Rene125-Pulver mit einer Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung von 15\u201353 \u00b5m<\/strong>  <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
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Experimentelle Methode:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Vor dem LPBF-Prozess wurden die Pulver 2 h lang bei 130 \u00b0C im Ofen getrocknet, um Feuchtigkeit zu entfernen und ihre Flie\u00dff\u00e4higkeit zu verbessern. Alle Proben wurden auf mittels DS pr\u00e4parierten Einkristallsubstraten hergestellt. Die Schichtdicke (30 \u03bcm), der Scanabstand (100 \u03bcm) und der Scanwinkel zwischen den Schichten (67\u00b0) wurden konstant gehalten. Zur Parameteroptimierung wurden verschiedene Laserleistungen (180\/240\/300\/360 W) und Scangeschwindigkeiten (400\/500\/600\/700\/800\/900 mm\/s) gew\u00e4hlt, um die beste Kombination zu ermitteln. F\u00fcr die Mikrostrukturanalyse wurden kubische Proben mit den Abmessungen 8 mm (L\u00e4nge) \u00d7 8 mm (Breite) \u00d7 8 mm (H\u00f6he) hergestellt. Zugproben mit einer L\u00e4nge von 30 mm wurden parallel zur Aufbaurichtung gefertigt.<\/p>\n\n\n\n

LPBF-Probe und Baurichtung<\/strong>  <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
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Die Hei\u00dfisostatische Pressung (HIP) erfolgte bei einem konstanten Druck von 120 MPa unter Argonatmosph\u00e4re. Zur Behandlung der Proben wurden drei verschiedene Temperaturen gew\u00e4hlt: 1050 \u00b0C, 1150 \u00b0C und 1230 \u00b0C. Die Proben wurden entsprechend als HIP-1050, HIP-1150 und HIP-1230 bezeichnet. W\u00e4hrend der HIP-Behandlung wurde die Aufheizrate auf 10 \u00b0C\/min gehalten. Nach Erreichen der Zieltemperatur wurde diese 3 Stunden lang isotherm gehalten und anschlie\u00dfend im Ofen auf Raumtemperatur abgek\u00fchlt.<\/p>\n\n\n\n

Erstarrungsriss:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Erstarrungsrisse an LPBF-Proben aus Ren\u00e9 125<\/strong>  <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
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Wie fr\u00fchere Untersuchungen an mittels LPBF behandelten Nickelbasis-Superlegierungen zeigen, bestehen die inneren Risse in der Originalprobe haupts\u00e4chlich aus Erstarrungsrissen. Zur Untersuchung des Rissbildungsmechanismus wurde eine Probe ausgew\u00e4hlt, die mit einer Laserleistung von 360 W und einer Scangeschwindigkeit von 700 mm\/s hergestellt wurde. Das Mikrogef\u00fcge des typischen Erstarrungsrisses weist interkristalline Bruchmerkmale entlang der Dendritengrenzen auf. Innerhalb des Risses sind deutliche prim\u00e4re Dendriten und sekund\u00e4re Dendritenarme zu erkennen.<\/p>\n\n\n\n

EPMA-Elementverteilungsbild<\/strong>  <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
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Die EPMA-Ergebnisse vergleichen Risse und intakte Bereiche in der N\u00e4he der Rissspitze. Die deutliche Entmischung von Legierungselementen (Hf, Ti, Ta) an den Korngrenzen f\u00fchrt zur charakteristischen glatten Erstarrungsmorphologie des Schmelzfilms. W\u00e4hrend des schnellen Erstarrungsprozesses f\u00fchrt das lokale Schmelzen des niedrigschmelzenden Eutektikums an den Korngrenzen zum Aufrei\u00dfen des Schmelzfilms unter thermischer Spannung. Nachfolgende thermische Zyklen durch \u00fcberlappende Schmelzb\u00e4der verst\u00e4rken die Rissausbreitung durch wiederholte Verfl\u00fcssigungs- und Erstarrungsprozesse.<\/p>\n\n\n\n

Einfluss der HIP-Temperatur auf die Mikrostrukturentwicklung:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Mikrostruktur unter verschiedenen HIP-Temperaturen<\/strong>  <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
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Die HIP-behandelten Proben wurden alle unter den optimalen Prozessparametern von 300 W\/900 mm\/s hergestellt. Die obige Abbildung zeigt das Mikrogef\u00fcge der Rene125-Legierung nach HIP-Behandlung bei 1050 \u00b0C, 1150 \u00b0C bzw. 1230 \u00b0C. Im Makrobereich (300 \u03bcm) weist die bei 1050 \u00b0C HIP-behandelte Probe noch einige nicht verheilte Risse und unregelm\u00e4\u00dfige Poren auf, was darauf hindeutet, dass der diffusionsgetriebene Poreneliminierungsmechanismus bei dieser Temperatur nicht ausreichend aktiviert ist. Mit steigender HIP-Temperatur auf 1150 \u00b0C nimmt die Anzahl der Poren deutlich ab, und die verbleibenden Poren sind kugelf\u00f6rmig (Durchmesser < 5 \u03bcm), was auf ausreichend thermische Energie f\u00fcr plastisches Flie\u00dfen und Diffusionsschwei\u00dfen schlie\u00dfen l\u00e4sst. Nach der HIP-Behandlung bei 1230 \u00b0C erreicht die Probe eine nahezu vollst\u00e4ndige Verdichtung, und die Poren sind vollst\u00e4ndig eliminiert. Dies deutet darauf hin, dass Volumendiffusion und Korngrenzengleiten den Verdichtungsprozess bei hohen Temperaturen dominieren.<\/p>\n\n\n\n

Die bei 1050 \u00b0C HIP behandelte Probe beh\u00e4lt w\u00e4hrend des LPBF-Prozesses ihre s\u00e4ulenf\u00f6rmige Kornstruktur bei, obwohl an den Korngrenzen deutlich rekristallisierte K\u00f6rner entstehen. Die bei 1150 \u00b0C HIP behandelte Probe zeigt eine st\u00e4rkere Rekristallisation und bildet ein zweiphasiges Gef\u00fcge aus gleichachsigen K\u00f6rnern und residualen s\u00e4ulenf\u00f6rmigen K\u00f6rnern. Entlang der Korngrenzen sind zahlreiche wei\u00dfe Ausscheidungen zu beobachten. Nach der HIP-Behandlung bei 1230 \u00b0C ist die Rekristallisation nahezu vollst\u00e4ndig. Das Gef\u00fcge der HIP-1230-Probe wandelt sich von groben s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Kristallen zu gleichachsigen K\u00f6rnern mit geraden Korngrenzen, was mit der beschleunigten Korngrenzenwanderung bei hohen Temperaturen \u00fcbereinstimmt. Die Anzahl der wei\u00dfen Korngrenzenausscheidungen ist im Vergleich zur 1150 \u00b0C-Probe deutlich reduziert.<\/p>\n\n\n\n

Schlussfolgerungen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Rissbildung in der LPBF-behandelten Rene125-Legierung ist haupts\u00e4chlich auf die Konzentration von Korngrenzenspannungen und die Ausscheidung der niedrigschmelzenden eutektischen Phase im \u00dcberlappungsbereich des Schmelzbades zur\u00fcckzuf\u00fchren. Eine Erh\u00f6hung der Scangeschwindigkeit f\u00f6rdert den \u00dcbergang vom Keyhole- zum W\u00e4rmeleitungsmodus, was gerichtetes Kornwachstum beg\u00fcnstigt und die Rissbildung verringert.<\/p>\n\n\n\n

Die HIP-Behandlung beseitigt effektiv Risse und Poren, die beim LPBF-Verfahren entstanden sind. Unter einer HIP-Temperatur von 1230 \u00b0C wird eine nahezu vollst\u00e4ndige Verdichtung erreicht, die mit einer vollst\u00e4ndigen Rekristallisation und einer signifikanten Reduzierung der Versetzungsdichte einhergeht.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Selection of HIP Temperature for LPBF Superalloy Rene125 Rene125 alloy is a directionally solidified nickel-based superalloy with excellent high temperature mechanical properties, outstanding oxidation resistance and remarkable creep resistance. These properties make it particularly suitable for high temperature components in aerospace applications, such as turbine blades. Although traditional directional solidification technology (DS) has advantages in […]<\/p>\n","protected":false},"author":6,"featured_media":8983,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"post_folder":[],"class_list":["post-8982","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8982","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8982"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8982\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8990,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8982\/revisions\/8990"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8983"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8982"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8982"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8982"},{"taxonomy":"post_folder","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/post_folder?post=8982"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}