Nitride in pulvermetallurgischen Nickelbasislegierungen zur Erhöhung der Kriechbeständigkeit

Heutige Nickelbasislegierungen für den Hochtemperaturbereich erhalten ihre Kriechfestigkeit durch die Ausscheidung von Karbiden oder kohärenten Phasen wie etwa der y'-Phase oder durch Einbringen von feindispersiven Oxidteilchen (ODS-Legierungen). Dies Arbeit untersucht die Eignung von stabilen Nitriden für diesen Anwendungsbereich. Das Konzept der Legierungsentwicklung sieht mit der Matrix und den in ihr enthaltenen Nitriden eine zweiphasige Struktur vor. Die Ni-Cr- oder Ni-Cr-W-Matrix gewährleistet eine hohe Korrosionbeständigkeit und weist durch die Mischkristallhärtung auch bis zu sehr hohen Temperaturen eine gewisse Warmfestigkeit auf. Die Nitride dienen der Stabilisierung der Korngrenzen und tragen zu einer Erhöhung der Warmzugfestigkeit und zu einer Verbesserung der Kriecheigenschaften bei. Als Nitridbildner wurden Titan oder Zirkon verwendet. Bedingt durch die thermodynamische Stabilität der Nitride war es nicht mehr möglich, die Legierung schmelzmetallurgisch herzustellen. Aus diesem Grund wurde die pulvermetallurgische Herstellungsroute gewählt. Dazu wurde das Pulver der Vorlegierung in einem Drehrohrofen mit kontrollierter Stickstoffatrnosphäre mit einer dünnen Chromnitridschicht überzogen. Diese Schicht wurde dann während der Konsolidierung in der heissisostatischen Presse wieder aufgelöst, und es bildeten sich interne Titan- oder Zirkonnitride. Langzeitauslagerungen bei 1100°C zeigten, dass sich die Zirkonnitride relativ stabil verhielten, während sich die Titannitride zu Titan-Chrom-Mischnitriden umwandelten. Beide Nitridarten bewirkten eine deutliche Erhöhung der Warmzugfestigkeit, wobei die Zirkonnitride, bedingt durch die feinere Ausscheidung, etwas bessere Resultate lieferten. Ein Zusatz von Wolfram bewirkte bei den titanhaltigen Legierungen eine Verbesserung, während bei den zirkonhaltigen Legierungen eine leichte Verschlechterung der Eigenschaften festgestellt werden konnte. Auch bei den Kriecheigenschaften konnte eine ähnliche Reihenfolge der Legierungen festgestellt werden, wobei hier die Unterschiede zwischen titanund zirkonhaltigen Legierungen noch gravierender waren. Es konnten also mittels Zirkonnitriden in einer Ni-Cr-Matrix eine hochtemperaturbeständige Nickelbasislegierung mit guten mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen entwickelt werden. Besonders die Kriecheigenschaften bei IOOO°C zeigten vielversprechende Resultate. Die titannitridhaltigen Legierungen erwiesen sich zwar bis 1000°C als noch relativ stabil, erlangten aber auch durch Zusatz von Mischkristallhärtern nie dieselben Kriechwerte.