Welche Nachteile hat Inconel 718?
Inconel 718 ist eine Hochleistungs-Superlegierung auf Nickel-Eisen-Chrom-Basis, die ursprünglich Ende der 1950er Jahre von Inconel's Eiselstein für den Einsatz in Gasturbinentriebwerken entwickelt wurde. Es leistet einen wesentlichen Beitrag zur Erfüllung der Anforderungen moderner Gasturbinentriebwerke. Aufgrund seiner guten Schweißbarkeit und überlegenen mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu anderen Superlegierungssorten wird es häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Die hohe thermische Festigkeit der Inconel 718-Legierung wird hauptsächlich durch die Ausscheidung von Primär-[Ni3Ti, Ni3Al)]- und Doppel-Primär-[Ni3Nb]-Phasen erreicht. General Electric verwendet 34 Prozent Inconel 718-Legierung im CF6-Triebwerk der Boeing 787, das zur Herstellung von Triebwerkskomponenten für die Luft- und Raumfahrt verwendet wird. Es wird in heißen Teilen von Raketen und Gasturbinen eingesetzt, etwa in Schaufeln, Scheiben und Gehäusen in den Hochdruckbereichen von Kompressoren und Scheiben, sowie in einigen Schaufeln in Turbinenteilen mit hoher Temperaturfestigkeit, hervorragenden Kriech- und Spannungsbrucheigenschaften . , gute Heißkorrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit sind die Hauptanforderungen. Dabei handelt es sich um zwei Verfestigungsmethoden: die Festlösungsverfestigung (Fe-, Cr-, Mo- und Nb-Atome ersetzen Ni in der Ni-Matrix) und die Ausfällungsverfestigung von ′- und ″-Ausfällungen. Bei einer Temperatur nahe 650 Grad verbindet sich Nb mit Ni und bildet die ″-Phase (Ni3Nb), die bei sehr hohen Temperaturen hervorragende mechanische Eigenschaften bietet.
Um die Effizienz und Feldleistung kontinuierlich zu verbessern und den Wartungsaufwand von Industriegasturbinentriebwerken zu reduzieren, ist eine weit verbreitete Anwendung der Inconel 718-Legierung erforderlich. Sie können größeren Belastungen bei hohen Temperaturen von bis zu 650 Grad über längere Zeiträume standhalten und beweisen damit ihre Eignung für den Einsatz in der fortschrittlichen Gasturbinentriebwerkstechnologie. Nach 1950 begann das Zeitalter der Strahltriebwerke und Raketen, das eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Triebwerken mit hohem Schub spielte. Ohne Superlegierungen auf Nickelbasis würden Flugzeuge mit weniger Leistung und langsameren Geschwindigkeiten fliegen. Der effektivste Weg, den Schub eines Flugtriebwerks zu beschleunigen, besteht darin, seine Betriebstemperatur zu erhöhen. Sie wird durch die hohe Temperaturbeständigkeit der für Flugzeugtriebwerkskomponenten verwendeten Metalle begrenzt. Es muss härter und beständig gegen Korrosion, Oxidation und Verformung bei hohen Temperaturen sein. Bei den meisten Materialien kommt es bei Temperaturen von 30-40 % ihres Schmelzpunkts zu beschleunigtem Kriechen. Beispielsweise kriechen Titanlegierungen oberhalb von 360 Grad schnell. Die Superlegierung Inconel 718 verfügt über eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit und kann daher bei Temperaturen bis zu 860 Grad verwendet werden, was 70 % über ihrem Schmelzpunkt (Tm=1430 Grad) liegt. In den letzten zwei Jahrzehnten ist der Antrieb von Gasturbinen um 60 Prozent gestiegen, während der Treibstoffverbrauch um 20 Prozent gesunken ist. Es erweitert die Betriebsgrenzen von Superlegierungen auf 1300 Grad und trägt so zu leistungsstarken Strahltriebwerken bei.
Schweißen ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerkskomponenten von großer Bedeutung. Der extreme Wettbewerb auf dem Luft- und Raumfahrtmarkt zwingt die Hersteller dazu, ihre Herstellungsprozesse zu ändern und dabei große strukturelle und mechanische Komponenten neu zu konstruieren, um kostspielige Guss- und Bearbeitungsprozesse und den anschließenden Transport vom Lieferanten zum Hersteller zu vermeiden. Eine Verbesserung bei der Konstruktion und Herstellung von Strukturbauteilen ist die Herstellung von Unterkonstruktionen und deren Verbindung durch geeignete fortschrittliche Schweißverfahren. Darüber hinaus wird die Reparatur von Schweißnähten an Triebwerkskomponenten für die Luft- und Raumfahrt immer wichtiger, um die Lebensdauer des Triebwerks zu verlängern und die mit dem Austausch von Bauteilen verbundenen Kosten zu senken. Das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) wird speziell zum Schweißen der Inconel 718-Legierung verwendet, da es saubere, präzise und qualitativ hochwertige Verbindungen liefert. Es ist günstig, verfügt über eine freundliche Werkstattumgebung und eignet sich besser für Schweißarbeiten vor Ort. Allerdings weist es auch einige Nachteile auf, wie z. B. einen hohen Wärmeeintrag und eine geringere Schweißdurchdringung aufgrund der breiteren Lichtbogensäule, was zu Porosität durch eingeschlossenes Schutzgas, Verformung und langsameren Schweißgeschwindigkeiten führt. Darüber hinaus ist es beim Schweißen dünner Bleche schwierig, gute, fehlerfreie Verbindungen herzustellen. Die Inconel 718-Legierung ist beim Schmelzschweißen anfällig für eine Reihe metallurgischer Probleme, insbesondere für die Niob-Segregation und die Entwicklung einer gröberen Netzwerk-Laves-Phase in der Schmelzzone (FZ). Es verschlechtert die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen erheblich. Darüber hinaus kann die Verflüssigung der niobreichen Phase in der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu Mikrorissproblemen führen. Das träge Schweißgut der Inconel 718-Legierung blutet nicht und wird nicht nass wie Schweißgut aus Kohlenstoffstahl und Edelstahl. Daher kommt es zu verschiedenen Schweißfehlern wie Poren, Erstarrungsrissen usw.
