Die Phasenzusammensetzung der einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung CMSX-4 in Abhängigkeit von der Makrostruktur, der Temperatur und der Belastung

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Einkristalline Nickelbasis-Legierungen wie CMSX-4 werden für Schaufeln und Scheiben von Flugturbinen eingesetzt. Bei Einsatztemperaturen von etwa 1000 °C ist der Werkstoff hohen Temperaturen und Fliehkräften ausgesetzt. Die gegossenen Einkristallschaufeln erstarren dendritisch aus der Schmelze. Um die dendritische Segregation zu nivellieren und die Gefügeeinstellung zu optimieren, wird die Legierung einer zweistufigen Wärmebehandlung unterzogen. In der Ni-reichen g-Matrixphase scheidet sich die härtende intermetallische g'-Phase (Ni3Al) in kubischer Form aus. Der Zustand nach der Wärmebehandlung wird hinsichtlich der Elementverteilung auf mikrostruktureller Ebene (Dendrit - interdendritischer Bereich) charakterisiert. In den Dendriten reichern sich die schweren Elemente W und Re in der g-Matrixphase an. Eine reine Temperaturbelastung über längere Zeiträume führt zu einer Verringerung des Volumenanteils der härtenden g'-Phase. Dies geht mit einer starken Konzentrationsänderung in beiden Phasen einher. Eine Kriechbelastung beeinflusst die Elementverteilung in der g-Matrixphase, abhängig von der Orientierung der Lastachse. Die großen Atome W und Re diffundieren in die hochbelasteten Matrixkanäle, was als spannungsinduzierte Diffusion bezeichnet wird.