de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam des Internationalen Zentrums für Pulvermetallurgie und neue Materialien (ARCI) in Hyderabad, Indien, ist es gelungen, mittels additiver Fertigung durch Laser-Pulverbettschmelzen (PBF-LB/M) eine rissfreie Bimetallstruktur herzustellen, die Edelstahl mit einer Nickelbasis-Superlegierung verbindet.
Das Team trug den Edelstahl SS316L direkt auf einem oberflächengeschliffenen Substrat aus Inconel 718 (IN718) auf, ohne dass an der Grenzfläche sichtbare Risse oder Poren auftraten. Mikrohärteprüfungen ergaben eine Spitzenhärte von etwa 310 HV an der Grenzfläche, und Zugversuche lieferten eine Zugfestigkeit von 550 ± 30 MPa. Der Bruch trat auf der Seite des mechanisch schwächeren Edelstahls auf, nicht an der Verbindungsgrenzfläche, was auf eine feste Grenzflächenbindung hindeutet.
Laut Angaben des indischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie (DST) vereint diese Forschung die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl mit der Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit von Nickelbasis-Superlegierungen in einem einzigen Bauteil und löst damit ein langjähriges Fertigungsproblem in diesem Bereich. Beispielsweise können in einer einzelnen Gasturbinenkomponente verschiedene Bereiche Temperaturen von nahezu 2000 Grad Celsius ausgesetzt sein, während andere Teile wesentlich kühlere Temperaturen aufweisen. Bei herkömmlichen Schweißverfahren zum Verbinden von SS316L und IN718 kommt es aufgrund der Unverträglichkeit der Materialien hinsichtlich chemischer Zusammensetzung, Schmelzpunkt und Wärmeausdehnungskoeffizient leicht zu Erstarrungsrissen, Poren und spröden Phasen in der Verbindung.
Das DST berichtet, dass das additive Fertigungsverfahren die teure Superlegierung präzise nur in den Bereichen einsetzen kann, die der höchsten thermischen Belastung ausgesetzt sind. Dadurch wird der Gesamtverbrauch an Superlegierung im Bauteil reduziert und die Abhängigkeit von importierten Materialien verringert. Diese Errungenschaft kann in Bereichen wie Kesselrohren, Wärmetauschern (geeignet für Kernkraftwerke und überkritische Kohlekraftwerke), anderen Energiesystemen, Kernreaktoren sowie Öl- und Gasverarbeitungsanlagen eingesetzt werden, die hohe Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit stellen. In der Luft- und Raumfahrt können Bimetallkomponenten eine tragende Stahlstruktur mit einer hitzebeständigen Inconel-Seite kombinieren, wobei die additive Fertigung die Superlegierung nur dort zum Einsatz bringt, wo das Bauteil extremer Hitzeeinwirkung ausgesetzt ist. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Progress in Additive Manufacturing“ veröffentlicht.
