EOS NickelAlloy IN738: Eine neue Ära für additive Gasturbinenanwendungen
NOVEMBER 15, 2024 | Lesezeit: 5 min
Als weltweit führendes Unternehmen im Bereich der industriellen additiven Fertigung (AM) ist EOS bestrebt, mit bahnbrechenden Materialien, die neue Industriestandards setzen, an der Spitze der Innovation zu bleiben. Ein Beispiel dafür ist EOS NickelAlloy IN738.
Diese Hochleistungssuperlegierung wurde für den Einsatz in anspruchsvollen Hochtemperatur- und Hochbelastungsanwendungen in Gasturbinentriebwerken entwickelt.
Die Aufnahme von IN738 in das EOS-Materialportfolio stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, da es einige der kritischen Herausforderungen bei verschiedenen Anwendungen in verschiedenen Branchen, einschließlich Gasturbinen, adressiert.
Mit Superlegierungen die Herausforderungen der additiven Fertigung meistern
Superlegierungen wie IN738 sind seit jeher von zentraler Bedeutung für Branchen, die Werkstoffe benötigen, die extremen Bedingungen standhalten können. Die additive Fertigung dieser Werkstoffe, insbesondere durch Laser Powder Bed Fusion (LPBF), stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar. In der Vergangenheit waren Superlegierungen im LPBF-Verfahren anfällig für Probleme wie Mikrorissbildung und schlechtes Kriechverhalten, was ihre breitere Anwendung eingeschränkt hat.
Insbesondere die Mikrorissbildung ist bei LPBF-AM ein großes Problem, da kleinere Elemente zur Verstärkung der Korngrenzen bei hohen Temperaturen verwendet werden. Werden diese Elemente jedoch vollständig entfernt, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern, führt dies zu einer starken Beeinträchtigung der Hochtemperaturfähigkeit des Materials, was einen schwierigen Kompromiss darstellt.
EOS NickelAlloy IN738: Optimiert für Leistung und Verarbeitbarkeit
Bei EOS haben wir einen bahnbrechenden Ansatz gewählt, um diese Herausforderungen zu bewältigen, indem wir eine modifizierte Version der alten Legierung IN738 entwickelt haben. Durch umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, unterstützt durch CALPHAD-basierte Erstarrungssimulationen, haben wir die Legierungszusammensetzung so optimiert, dass die kritischen, korngrenzenverstärkenden Elemente erhalten bleiben und gleichzeitig ihre nachteiligen Auswirkungen auf die Verarbeitbarkeit minimiert werden.
Unsere modifizierte Legierung weist im Vergleich zum herkömmlichen IN738 eine deutlich geringere Neigung zur Mikrorissbildung auf. Dies wurde durch eine sorgfältige Anpassung der Zusammensetzung der Legierungselemente erreicht, sodass das Material mittels LPBF mit einem dichten, rissfreien Gefüge verarbeitet werden kann. Die Erstarrungssimulationen spielten eine entscheidende Rolle bei der Vorhersage und Abschwächung der mit den verschiedenen Zusammensetzungen verbundenen Risiken und ermöglichten uns eine Feinabstimmung der Legierung, bevor wir zur experimentellen Phase übergingen.
Verbesserte Leistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen
Die Vorteile von EOS NickelAlloy IN738 gehen über seine verbesserte Verarbeitbarkeit hinaus. In Spannungsbruchversuchen zeigte das modifizierte IN738 im Vergleich zur herkömmlichen Zusammensetzung eine um 50 % höhere Bruchfestigkeit. Diese Verbesserung ist entscheidend für Bauteile wie Gasturbinenschaufeln, die ständig hohen Belastungen und Temperaturen ausgesetzt sind. Die bemerkenswerte Streckgrenze der Legierung bedeutet, dass sie eine bessere Haltbarkeit und Zuverlässigkeit im Betrieb bietet und die Lebensdauer des Teils erheblich verlängert.
Darüber hinaus ermöglicht das verbesserte Kriechverhalten von IN738 die Herstellung von Kühlstrukturen in Turbinenschaufeln mit komplexeren Design und ähnlichen Anwendungen. Diese fortschrittlichen Konstruktionen sind für die Verbesserung des Wirkungsgrads und der Langlebigkeit von Turbinen von entscheidender Bedeutung, insbesondere da die Betriebstemperaturen weiter steigen. Mit IN738 können unsere Kunden Schaufeln entwerfen, die dank der überlegenen Festigkeit und Stabilität der Legierung, bei hohen Temperaturen in Kombination mit effizienteren Kühlgeometrien, die nur durch die Anwendung von AM möglich sind, weniger Kühlung benötigen.
Vorteile für die Luft- und Raumfahrt- sowie die Energiebranche
Für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und den Energiesektor, in denen die Effizienz und Lebensdauer von Komponenten von größter Bedeutung sind, bietet EOS NickelAlloy IN738 mehrere entscheidende Vorteile. Die verbesserte Kriechfestigkeit von IN738 ermöglicht längere Lebenszyklen der Komponenten, sodass Turbinen länger betrieben werden können, ohne dass Teile häufig ausgetauscht werden müssen. Dies verbessert nicht nur die Gesamtleistung der Turbinen, sondern senkt auch die Wartungskosten erheblich.
Insbesondere die derzeitigen Anwender von EOS NickelAlloy IN939, das für ähnliche Anwendungen weit verbreitet ist, können durch ein Upgrade auf IN738 erhebliche Vorteile erzielen. Die überlegene Leistung bei hohen Temperaturen und die Verarbeitbarkeit von IN738 sind überzeugende Gründe für Kunden, den Umstieg auf diesen neuen Werkstoff zu erwägen, um eine noch höhere Effizienz und Haltbarkeit in ihren kritischen Anwendungen zu erreichen.
Ein Bekenntnis zur Innovation
Das Engagement von EOS, die Grenzen des Machbaren im Bereich AM zu erweitern, wird durch unsere kontinuierlichen Investitionen in Materialinnovationen unterstrichen, wobei EOS NickelAlloy IN738 ein Beispiel unter vielen ist. Diese Anwendung spiegelt unser Engagement für Innovation und die Versorgung unserer Kunden mit modernsten Werkstoffen wider, die ihre dringendsten Herausforderungen lösen.
In Zukunft, werden wir weitere Optimierungen von IN738 für noch anspruchsvollere Anwendungen erforschen.Zwar liegt unser Schwerpunkt bei diesem Werkstoff nach wie vor auf Gasturbinen, aber wir sehen auch Potenzial für diese Legierung in anderen Hochleistungsanwendungen, wie z. B. in Schiffsturboladern, wo ähnliche Betriebsbedingungen herrschen.
Mit der Aufnahme von EOS NickelAlloy IN738 ist das Materialportfolio von EOS ein Beweis für unser unermüdliches Engagement für die Weiterentwicklung der additiven Fertigungstechnologie. Indem wir die seit langem bestehenden Herausforderungen im Zusammenhang mit Superlegierungen in der LPBF-Fertigung angehen, ermöglichen wir unseren Kunden in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Energiebranche eine höhere Effizienz, Zuverlässigkeit und Innovation in ihren Betrieben.
Wenn Sie mehr über EOS NickelAlloy IN738, seine Einsatzmöglichkeiten und Materialeigenschaften erfahren möchten, können Sie hier mehr erfahren.
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