Kriechverhalten und Herstellung im Feinguss von dünnwandigen Nickelbasis-Superlegierungen

Auf fossilen Energieträgern basierende Kraftwerke wie Gas- und Dampfturbinen sind in unserer heutigen Zeit unverzichtbar geworden. Angesichts der jüngsten Ereignisse in Fukushima, Japan, werden diese Kraftwerke in Zukunft eine noch wichtigere Rolle spielen. Sie sollen effizienter und leistungsfähiger werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Nickelbasis-Superlegierungen, die bestens für die extremen Bedingungen in den Gasturbinen geeignet sind, untersucht. Es geht einerseits um die Herstellung dünner Wandstärken im Feingussverfahren und andererseits um deren Hochtemperaturkriechverhalten. Je dünner die Wandstärke der Turbinenschaufel ist, desto effektiver ist deren Kühlung. In Kombination mit Wärmedämmschichten ist ein weiterer Anstieg der Gaseinlasstemperatur möglich. Gleichzeitig ist eine Material- und Kostenersparnis realisierbar. Besonders zu beachten ist die Gewichtsersparnis die durch die Vielzahl der eingesetzten Turbinenschaufeln und die Tatsache, dass es sich um rotierende Bauteile handelt, weitreichende Gewichtsersparnisse für sämtliche Bauteile der ganzen Turbine nach sich ziehen kann. Erstmals überhaupt wurden Kriechversuche von dünn gegossenen Proben durchgeführt. Hierzu wurde eine Vakuuminduktionsgießanlage erfolgreich aufgebaut. Zusätzlich wurden auch kommerzielle Legierungen getestet.
Es wurden Flachproben von 0,3 mm und 1,0 mm Dicke der einkristallinen Legierung M247LCSX und die polykristallinen IN100 in Kriechversuchen über 980°C bei konstanter Last mit Spannungen bis zu 230 MPa untersucht.
Neben Versuchen an Luft und unter Vakuum wurden Proben mit Aluminium beschichtet um Oxidationseinflüsse zu minimieren.
Mikrostrukturcharakterisierungen zeigen vor allem Verarmungen an Aluminium genauer. Verschiedene Probenpräparationsverfahren und exakte Temperaturmessung, gestützt durch Simulationen, runden die Arbeit ab.