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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl Metallische Werkstoffe – Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

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Hochtemperaturlegierungen - Projekte

Tätigkeitsfelder

Hochtemperaturlegierungen werden in vielen Bereichen des Alltages eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt. Hier finden zurzeit überwiegend feste und hochfeste Nickelbasislegierungen Anwendung. Korrosiv und thermisch hochbelastete Teile in der Glasindustrie und der Synthesechemie bestehen aus Platinbasislegierungen, wie z.B. Glasfaserziehdüsen und verschiedenste Katalysatoren. Die Arbeitsgruppe „Hochtemperaturlegierungen“ beschäftigt sich mit der Entwicklung, der Herstellung und der Untersuchung dieser Legierungssysteme.


Wärmebehandelbare Chrombasislegierungen für extreme TemperaturenEinklappen

Ansprechpartnerin: Petra Pfizenmaier

Chrombasislegierungen sind vielversprechende Kandidaten für Einsatztemperaturen oberhalb von Nickelbasislegierungen, da sie einen höheren Schmelzpunkt besitzen und eine geringere Dichte aufweisen. Ihr Nachteil sind jedoch geringe Oxidationsbeständigkeit und Versprödung durch Stickstoff bei hohen Temperaturen sowie eine hohe Übergangstemperatur von sprödem zu duktilem Materialverhalten. Chrom bildet zusammen mit Elementen wie Si und Ge die Intermetallische A15 Phase Cr3(Si,Ge), welche sehr gute Kriecheigenschaften bei extrem hohen Temperaturen aufweist. So können durch eine gezielte Auslagerung die mechanischen Eigenschaften eingestellt werden. Zusätzlich wird eine Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Sauerstoff und Stickstoff bei sehr hohen Temperaturen erlangt.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer wärmebehandelbaren Chrombasislegierung mit verbesserten Oxidationseigenschaften und Beständigkeit gegenüber Stickstoff bei hohen Temperaturen und einer erhöhten Duktilität bei Raumtemperatur.

​Negatives Kriechen von Nickelbasis-SuperlegierungenEinklappen

Ansprechpartner: Konstantin Firlus

Das DFG-Projekt GL 181/51-1 befasst sich mit dem negativen Kriechen von Nickelbasis-Superlegierungen. Dieser Effekt tritt unter anderem bei einigen Hochtemperaturlegierungen während der Betriebszeit auf und führt zu einer Schrumpfung des Bauteils. Entscheidend für das negative Kriechen ist neben der Legierung, die Temperatur und die Spannungen, die im Bauteil auftreten. Bei großen Spannungen überlagert das „positive“ Kriechen das Negative.

Ursache für das negative Kriechen sind Zusammensetzungsänderungen und eine Verschiebung des Anteils der γ und γ′-Phase. Topologically close-packed phases (TCP-Phasen) stehen ebenfalls im Verdacht die Kontraktion des Werkstoffs zu fördern.

Ziel des Projekts ist es an einer Nickelbasis-Superlegierung durch gezielte Legierungsveränderung die einzelnen Effekte zu separieren und somit deren Einfluss auf das negative Kriechen zu untersuchen.

​Auswirkung der inneren Oxidation auf mechanische EigenschaftenEinklappen

Ansprechpartnerin: Julia Hastreiter

Eine spezielle Form der Hochtemperaturkorrosion stellt die innere Oxidation dar. Bei der das unedlere Element in einer Legierung selektiv oxidiert wird. Eine extrem rasch voranschreitende innere Oxidation kann in speziellen ternären Legierungen, wie der NiZrY-Legierung, beobachtet werden. Hierbei entsteht eine Legierung mit einem Gefüge aus oxidischer und metallischer Phasen, welches die Bezeichnung Metallmatrixverbundwerkstoff MMC oder oxiddispersionsverstärkter Legierung trägt.

Ziel dieses Projektes ist es, die mechanischen Eigenschaften, sowie des Verformungsverhaltens dieser ternären Legierungen mit extrem rascher innerer Oxidation zu charakterisieren. Dazu werden mechanische Prüfverfahren an Miniaturproben bei unterschiedlichen Temperaturen und mit oder ohne vorheriger innerer Oxidation angewendet.

Ein Beispiel hierfür ist die Zugprüfung einer im Vorfeld nicht inneroxidierter NiZrY-Legierung bei 950°C an Luft. Während des Versuches findet eine innere Oxidation der Zr- und Y-Elemente zu yttriumstabilisierten Zirkoniumoxid (YSZ) bis weit in die Probe hinein statt.

​Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 (in at.%) als Ausgangspunkt für einen HochtemperaturwerkstoffEinklappen

Ansprechpartner: Sebastian Haas

Während der Optimierungen der äquiatomaren Legierung AlCoCrCuFeNi, einer der meist untersuchten Legierungen aus der relativ neuartigen Gruppe der „Hochentropielegierungen“, ist ein vielversprechender Werkstoff für Hochtemperaturanwendungen mit der Summenformel Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6(at.%) entwickelt worden. Die Mikrostruktur lehnt sich hierbei an einer von Nickelbasis-Superlegierungen bekannten Struktur an: Kubische γ´-Partikel liegen zu einem relativ hohen Volumenanteil (~40%) kohärent in einer γ-Matrix vor, was hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen mit sich bringt.

Im Zuge des DFG-Projektes werden verschiedene Spurenelemente (Mo, W, C, B, Y, Zr, Hf) in geringen Mengen (bis zu 1 at.%) der Ausgangslegierung zugegeben. Über die Anpassung der Legierungszusammensetzung, sowie der Optimierung der Wärmebehandlung sollen die Größe und der Volumenanteil an γ´-Partikeln weiter gesteigert werden. Zur Charakterisierung der Legierungen werden mechanische Prüfverfahren bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, weiterhin wird das Korrosions- und Oxidationsverhalten untersucht

​Anstreifvorgänge in Turbinen- Experimentelle Untersuchungen und ModellierungEinklappen

Ansprechpartnerin: Sonun Ulan kyzy

An unserem Institut beforschen wir intensiv die Anstreifvorgänge in Labyrinthdichtungen. Warum ist es sinnvoll darüber zu forschen?

Ein Beispiel:

Ca 2,5 % des globalen CO2 – Ausstoßes wird von Luftfahrzeugen verursacht. Gleichzeitig nimmt die Zahl der Flugreisen zu, die Emission von Schadstoffen wird stark erhöht.

Eine ökologische Verbesserung in Flugturbinen kann durch Optimierung der Abstände zwischen den festen und ein beweglichen Teilen herbeigeführt werden – zudem ist diese auch ökonomisch nicht unattraktiv. Der Abstand zwischen diesen Teilen ist maßgeblich für die Höhe des Brennstoffverbrauchs.

Eine technisch mögliche Lösung ist es, die Leckagen in den Gasführungen mittels der Anstreifsysteme zu verringern. Labyrinthdichtungen (als rotierende Komponente) in Kombination mit Honigwabenbelägen (als statische Komponente) sind die am häufigsten verwendeten Anstreifsysteme.Bei Anwendung dieser Komponenten können die Spalte minimal ausgelegt werden, so dass bei transientem Betrieb Anstreifvorgänge entstehen.

Die rotierende Spitze der Labyrinthdichtung ist üblicherweise die hochwertigere Komponente, sie muss vollständig geschützt werden. Die statischen Honigwabenbeläge dagegen werden während des Turbinenbetriebes durch die rotierende Dichtspitze verschließen. Der bevorzugter Verschleiß an der Honigwabe erfolgt aufgrund ihrer dünnwandigen Hohlkörperstruktur (oder auch geringe Festkörperoberfläche).

Die Anstreifvorgänge in Turbinen unterscheiden sich von den anderen tribologischen Systemen durch sehr hohe Relativgeschwindigkeit (von 150 bis 450 m/s) und sehr geringe Zustellung des Rotors (von 1 bis 1000 mm/s). Die Kombination dieser beiden Parameter – (also Geschwindigkeit und der Abstand) kann zu extrem hohen Spannungen, Dehnungen sowie Temperaturen im Wechselwirkungsbereich führen. Die Werkstoffeigenschaften der beteiligten Komponenten sind dabei zentral.

Ziel des Projektes unseres Lehrstuhles und zwei weiterer Institute ist durch ein grundlegendes Verständnis für die Anstreifvorgänge zwischen Labyrinthdichtungen und Honigwabenbelägen die Prozesse signifikant zu optimieren.

Mo-Si-B Legierungen mit einer Mo-Mischkristallmatrix und eingebetteten intermetallischen PhasenEinklappen

Ansprechpartner: Peter Kellner

Mo-Borsilizid Legierungen (Tm > 2000°C) sind aufgrund ihrer guten Kriecheigenschaften ein potentieller Kandidat zukünftiger Hochtemperaturwerkstoffe. Zu den Zielen dieses Projektes zählen die Identifizierung geeigneter Mikrolegierungselemente zur Verbesserung der Kriech- und Oxidationseigenschaften, sowie der Reduzierung der Spröd-Duktil-Übergangastemperatur. 

​Oberflächendegradation von Nickelbasis-Superlegierungen bei hohen TemperaturenEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

DFG-Bewilligung zum Aufbau internationaler Kooperationen zum genannten Thema.

​Kriech- und Oxidationsversuche an dünnen ProbenEinklappen

Ansprechpartner: Fabian Krieg

Das Kriech- und Oxidationsverhalten der Nickelbasis-Superlegierung PWA1484 wird untersucht. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Prüfung dünner Proben mit einer maximalen Dicke von 1,0 mm. Die Proben waren unbeschichtet oder alitiert. Die Oxidationsexperimente wurden bis zu 1000 h bei Temperaturen von 980°C und 1100°C in Luft spannungsfrei durchgeführt.
Die alitierten Proben zeigen eine kleine Oxidschicht von etwa einem Mikrometer, nach langer Auslagerung bei hohen Temperaturen zeigt sich eine verstärkte Bildung von TCP-Phasen. Diese Phasen haben eine nadel- bis plattenartige Struktur und reichen weit in die ursprüngliche Gefüge hinein. Zusätzlich wandelt sich die NiAl-Beschichtung in eine martensitische Struktur um.
Unbeschichtete und alitierte Proben wurden im Kriechversuch bei Temperaturen von 980°C und 1100°C mit Spannungen von bis zu 170 MPa an Luft getestet. Sowohl die unbeschichteten als auch die alitierten Proben zeigen eine große Streuung der Bruchzeit und Dehnrate bei einer Temperatur von 980°C unabhängig von der Probendicke. Der Dickeneffekt war nicht beobachtbar. Bei Temperaturen von 1100°C wurde jedoch der Dickeneffekt bei beiden Probentypen eindeutig gemessen. Die Streuung der Bruchzeit und der minimalen Kriechrate ist gering.

​Innere Oxidation - Möglichkeiten und Grenzen einer Festkörperreaktion in metallischen SystemenEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Korrosion von Pt-Elektroden in BasaltglasEinklappen

Ansprechpartner: Dr. rer. nat. Adelheid Schütz

Graduiertenkolleg: Stabile und metastabile Mehrphasensysteme bei hohen AnwendungstemperaturenEinklappen
Logo des DFG Graduiertenkollegs GKR 1229

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel, Dr.-Ing. Rainer Völkl

Nähere Informationen finden Sie hier 

​Hoch-Entropie Legierungen als Hochtemperaturwerkstoffe? Einklappen

Vollständiger Titel: 

Hoch-Entropie Legierungen als Hochtemperaturwerkstoffe? Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften, Oxidations-und Korrosionsverhalten

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Vorentwicklung Re-freie EinkristalllegierungEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Korrosionsbeständige Werkstoffe für GlasschmelzenEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

Einfluss der Dünnwandigkeit auf Hochtemperatureigenschaften von NickelbasissuperlegierungenEinklappen

Vollständiger Titel:

Untersuchungen zum Einfluss der Dünnwandigkeit auf die metallischen Hochtemperatureigenschaften verschiedener Nickelbasissuperlegierungen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Outer Air Seals Herstellung in MIM-TechnologieEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Forschergruppe "Beyond Ni-Base Superalloys", Teilprojekt TP3Einklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

Innere Oxidation von Mehrstofflegierungen auf Nickelbasis Einklappen

Vollständiger Titel: 

Untersuchung zur inneren Oxidation von Mehrstofflegierungen auf Nickelbasis im Hinblick auf die Entwicklung einer schmelzmetallurgisch herstellbaren, oxiddispersionsgehärteten Nickelbasislegierung

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Korrosion von Metallen im Kontakt zu flüssigem GlasEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Entwicklung von Höchsttemperaturlegierungen auf Platinbasis Einklappen

Vollständiger Titel: 

Entwicklung von Höchsttemperaturlegierungen auf Platinbasis (Platinbasissuperlegierung) und deren mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

​Korrosion von MetallenEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel


Verantwortlich für die Redaktion: Beate Heinz-Deuerling

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