Gehäuse
Typische Bauteile:
Turbinen Gehäuse, Zwischengehäuse,
Verdichtergehäuse, Fan-Gehäuse
Materialien:
Ti6Al4V, Stainless Steels, Inconel 718
Titanlegierungen behalten ihre Festigkeit bei hohen Temperaturen und weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf.
Edelstähle haben einen Chromgehalt von mindestens 12%. Chrom ist chemisch gesehen sehr reaktiv und anfällig für Oxidation. Das Oxid erzeugt eine feine, schützende Haut.
Inconel ist eine Superlegierung, die sich durch eine einzigartige Kombination aus Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Kriechbeständigkeit auszeichnet.
Alpha-Beta (α-ß) Legierungen
Diese Legierungen weisen sowohl α als auch ß-Phase auf und enthalten sowohl α als auch ß-Stabilisatoren. Die einfachste und beliebteste Legierung in dieser Gruppe ist Ti6Al4V, das hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird. Legierungen dieser Kategorie sind leicht formbar und weisen eine hohe Raumtemperaturfestigkeit und eine moderate Hochtemperaturfestigkeit auf. Die Eigenschaften dieser Legierungen können durch Wärmebehandlung verändert werden.
Beta (ß) Legierungen
Beta (ß)-Legierungen enthalten Übergangsmetalle wie V, Nb, Ta und Mo, die die ß-Phase stabilisieren. Beispiele für kommerzielle ß-Legierungen sind Ti11.5Mo6Zr4.5Sn, Ti15V3Cr3Al3Sn und Ti5553. Beta-Legierungen sind gut wärmebehandelbar, allgemein schweißbar und haben eine hohe Festigkeit. Im lösungsbehandelten Zustand ist eine ausgezeichnete Umformbarkeit zu erwarten. ß-Legierungen neigen jedoch zum duktil-spröden Übergang und sind daher für kryogene Anwendungen ungeeignet. Beta-Legierungen haben eine gute Eigenschaftskombination für Bleche, schwere Profile, Verbindungselemente und Federanwendungen.
Nickelbasislegierungen
Unter den Hochtemperaturlegierungen sind Nickelbasislegierungen die am häufigsten verwendeten Legierungen. Infolgedessen sind diese häufig in Turbinenkomponenten von Triebwerken und Power Generatoren der Luft- und Raumfahrt, sowie in petrochemischen, lebensmittelverarbeitenden Komponenten, Kernreaktoren und Anlagen zum Umweltschutz zu finden. Nickelbasislegierungen können durch zwei Verfahren verstärkt werden: durch Mischkristallverfestigung oder durch Ausscheidungshärtung intermetallischer Verbindungen in der fcc-Matrix. Legierungen wie INCONEL® 625 und Hastelloy® X sind mischkristallverfestigt. Diese mischkristallgehärteten Legierungen können durch Karbidausscheidung eine zusätzliche Verstärkung erhalten. Legierungen wie INCONEL® 718 sind dagegen ausscheidungsgehärtet. Eine dritte Art von Nickelbasissuperlegierungen, verkörpert durch MA-754, wird durch Dispersion von inerten Partikeln wie Yttriumoxid (Y2O3) und in einigen Fällen durch γ´' (gamma prime) Ausscheidung (MA-6000E) verstärkt. Nickelbasislegierungen sind sowohl in gegossener als auch in geschmiedeter Form erhältlich. Hochlegierte Zusammensetzungen wie Rene 95, Udimet 720 und IN100 werden durch Pulvermetallurgie oder Schmieden hergestellt. Für die oben genannten Knet-und für Gusslegierungen (Rene 80 und Mar-M247) ist das für Festigkeit sorgende Medium die γ' Phase. Für INCONEL® 718 ist γ˝ (doppelte Gammaphase) das primäre Verfestigungsmittel. Legierungen, die Niob, Titan und Aluminium enthalten, wie z.B. INCONEL 725, werden sowohl durch die Phasen γ˝' als auch γ˝ verstärkt.
Kobaltbasislegierungen
Superlegierungen auf Kobaltbasis besitzen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bei Temperaturen über 2000˚ F (1093˚ C) und finden Anwendung in heißeren Abschnitten von Gasturbinen und Brennkammerteilen. Superlegierungen auf Kobaltbasis, die in Guss- oder Schmiedeeisenform erhältlich sind, zeichnen sich durch Mischkristallverfestigung durch Eisen, Chrom und Wolfram aus, sowie durch eine austenitische (flächenzentrierte kubische oder fcc) Matrix, in der eine geringe Menge an Karbiden (Titan, Tantal, Hafnium und Niob) ausgeschieden werden. Die Festigkeit wird durch Karbide erreicht nicht durch die γ''-Phase, das Material weißt eine bessere Schweißbarkeit und Temperaturwechselbeständigkeit auf als Nickelbasislegierungen. In den Hochtemperaturbereichen (Blade und Vane) von Gasturbinen werden Gusslegierungen wie Stellite 31 eingesetzt. Aus Geschmiedeten Legierungen, wie beispielsweise Haynes 25, werden Bleche hergestellt und häufig in Brennkammerteilen verwendet.
Eisenbasislegierungen
Superlegierungen auf Eisen-Nickel-Basis sind geschmiedeten austenitischen Edelstählen ähnlich, mit Ausnahme der Zugabe von γ´-Phasen. Sie haben die niedrigste Warmfestigkeit unter den drei Gruppen von Superlegierungen und werden im Allgemeinen im geschmiedeten Zustand in Gasturbinenscheiben und -schaufeln verwendet. Die meisten Knetlegierungen enthalten einen hohen Chromanteil, der für Korrosionsbeständigkeit sorgt. Ihre Hochtemperaturfestigkeit verdanken sie der Mischkristallhärtung (Härtung durch in der Legierungsmatrix gelöste Atome) oder der Ausscheidungshärtung (Härtung durch gelöste Partikel). Legierungen wie Haynes 556 und 19-9 DL sind mischkristallgehärtet mit Molybdän, Wolfram, Titan und Niob. Legierungen wie A286 und Incoloy 909 sind ausscheidungsgehärtet. Die bekanntesten Phasen sind γ', (Ni3[Al, Ti]) (z.B. A286) und γ˝, (Ni3Nb) (z.B. Incoloy 909). Eine weitere Gruppe von Eisen-Nickel-Basislegierungen enthält einen hohen Kohlenstoffgehalt und wird durch Karbide, Nitride und Mischkristallverfestigung verstärkt. Eine Gruppe von Legierungen, basierend auf Fe-Ni-Co und verstärkt durch γ'-Phase, kombiniert hohe Festigkeit mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (z.B. Incoloy 903, 907 und 909) und findet Anwendung in Wellen, Ringen und Gehäusen für Gasturbinen.
Die komplexe Form eines Triebwerkgehäuses erfordert viele verschiedene Zerspanungsanwendungen.
Ein zeitaufwändiger Prozess, der das Drehen, Schruppfräsen, Schlichtfräsen und Bohranwendungen wie Senken, Gewindeschneiden und Reiben umfasst.
Die Große Anzahl der Stunden in der Prozesskette verlangt nach zuverlässigen hochpräzisen Werkzeugen.
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