Was ist eine Superlegierung?
Superlegierungen ist ein Oberbegriff für Legierungen, die so entwickelt wurden, dass sie die geforderten Eigenschaften auch bei Temperaturen von 800 °C oder mehr beibehalten. Es handelt sich um Metalle mit hervorragender Wärmebeständigkeit, hoher Härte und Oxidationsbeständigkeit.
Seit ihrer ersten Entwicklung wurde die Entwicklung fortgesetzt, und es sind zahlreiche Legierungen mit hervorragender Hitzebeständigkeit entstanden.
Gegenwärtig werden im Wesentlichen drei Arten von Legierungen entwickelt: Nickel-Basislegierungen, Kobalt-Basislegierungen und Eisen-Basislegierungen.
Darüber hinaus beschränkt sich die Entwicklung von Superlegierungen nicht auf die drei Basislegierungen, sondern umfasst auch den Zusatz von Stoffen wie Molybdän, Wolfram und Titan.
Anwendungen von Superlegierungen
Eisenbasislegierungen auf Fe-Basis sind aufgrund ihrer höheren mechanischen Festigkeit unter den Superlegierungen für ihren Einsatz in Düsen- und Raketentriebwerken bekannt.
Superlegierungen auf Nickelbasis werden aufgrund ihrer ähnlichen Festigkeit wie Fe-Basislegierungen auch in Turboladern und Mikrogasturbinen verwendet.
Darüber hinaus haben Co-Basislegierungen auf Kobaltbasis eine etwas geringere mechanische Festigkeit und werden in Gasturbinen für statische Schaufeln und in den Sohlen von Hochtemperaturöfen usw. verwendet. Superlegierungen werden auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt und untersucht.
Funktionsweise von Superlegierungen
Vor der Entwicklung von Superlegierungen waren rostfreier Stahl und hitzebeständiger Stahl als Metalle mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit bekannt, aber die Temperatur, bei der sie ihre Eigenschaften beibehalten konnten, lag bei etwa 500 °C.
Ursprünglich ging man davon aus, dass Metalle mit hervorragender Hitzebeständigkeit einen hohen Schmelzpunkt haben, wobei Molybdän, Niob, Titan, Eisen, Kobalt und Nickel in der Reihenfolge von Wolfram, das mit 3422 °C den höchsten Schmelzpunkt unter den Hauptmetallen hat, abfallen.
Titan, das an der Spitze der Liste steht, weist bei Raumtemperatur eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf, hat aber den Nachteil, dass es seine Eigenschaften bei hohen Temperaturen aufgrund starker Oxidation nicht beibehalten kann. Andere Metalle mit höheren Schmelzpunkten als Titan neigen ebenfalls dazu.
Superlegierungen sollen daher auf der Basis von Nickel, Eisen und Kobalt, also Metallen mit relativ hohem Schmelzpunkt und Verträglichkeit mit Zusatzstoffen, und durch Veränderung der Mischungsanteile und anderer Faktoren entwickelt worden sein.
Um sowohl Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen als auch Festigkeit zu erreichen, werden Superlegierungen weiterentwickelt, indem man die Mengen verschiedener Stoffe in der Mischung verändert und versucht, ihre Eigenschaften weiter zu verbessern, wobei auch Methoden wie hitzebeständige Beschichtungen eingesetzt werden.