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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Entwicklung von modernen Mo-Si-Ti Legierungen für Hochtemperaturanwendungen

Freitag (20.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Appendix

Mit dem Ziel die Verkehrsinfrastruktur nachhaltiger zu gestalten und Klimaschutzzielen gerecht zu werden, ist die Entwicklung moderner Hochtemperaturwerkstoffe insbesondere für die zivile Luftfahrt von zentraler Bedeutung internationaler Forschungsvorhaben. Aufgrund zunehmender globaler Gütertransporte und Personenbeförderungen, nimmt die Beförderung über den Luftweg stetig zu. Jedoch geraten derzeit eingesetzte Hochtemperaturwerkstoffe in Turbinen, insbesondere die Nickel-Basissuperlegierungen, an ihre Einsatzgrenzen. Mit einem Schmelzpunkt von ca. 1400 °C liegen die maximalen Einsatztemperaturen unter Ausnutzung von Wärmedämmschichten und Kühltechniken bei ca. 1100 °C. Durch die Erhöhung der Betriebstemperatur und einer Dichtereduktion ließe sich der Wirkungsgrad von Turbinen entscheidend erhöhen. Hierbei zeigen sich moderne Mo-Si-Ti Legierungen vielversprechend. Mit einem Schmelzpunkt im Bereich von ca. 1900 °C und einer Dichte von ca. 6,5 g/cm3 im Vergleich zu 8 g/cm3 der Nickel-Basissuperlegierungen stellen sie bei vergleichbarer Kriechbeständigkeit eine Alternative dar. Die Herausforderung für die Entwicklung von Hochtemperaturwerkstoffen liegt jedoch in der Kombination von Kriech- und Oxidationsbeständigkeit. Die dieser Arbeit zugrundeliegende Legierungsstrategie nutzt die Kombination von unterschiedlichen, entweder kriechbeständigen, oder oxidationsbeständigen feinlamellaren Mikrostrukturen aus. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die eutektische Mikrostruktur, bestehend aus Molybdän-Mischkristall und Ti5Si3, durch eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit im Temperaturbereich von 800 - 1200 °C überzeugt, und die eutektoide Mikrostruktur, bestehend aus Molybdän-Mischkristall und Mo5Si3, eine herausragende Kriechbeständigkeit aufweist. Durch die Entwicklung maßgeschneiderter eutektisch-eutektoider Gefüge, lassen sich Mo-Si-Ti Legierungen erzielen, die sowohl eine ausreichende Kriechbeständigkeit, als auch Oxidationsbeständigkeit aufweisen. Deren umfassende Charakterisierung ermöglicht, aufgrund der Verringerung der Komplexität des Legierungssystems, ein Verständnis von Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen, die für weitere Legierungsentwicklungen die Basis bilden. So können zum Beispiel eine Anpassung des Volumengehaltes an primär erstarrtem Molybdän-Mischkristall oder mögliche Partikelverstärkungen zur weiteren Verbesserung der Kriechbeständigkeit genutzt werden.

Sprecher/Referent:
Susanne Obert
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Alexander Kauffmann
    Karlsruher Institut für Technologie
  • Prof. Dr. Martin Heilmaier
    Karlsruher Institut für Technologie