Welche Nachbearbeitung wird für Inconel-Bauteile empfohlen?

Aus fertigungstechnischer und ingenieurtechnischer Sicht ist die Nachbearbeitung von Inconel-Bauteilen nicht nur ein abschließender Schritt, sondern eine entscheidende Abfolge von Prozessen, die ihre strukturelle Integrität, Maßgenauigkeit und Lebensdauer bestimmen. Die empfohlene Nachbearbeitungssequenz ist auf die jeweilige Fertigungsmethode abgestimmt – ob das Teil geschmiedet und bearbeitet oder additiv mittels DMLS hergestellt wurde – sowie auf den vorgesehenen Einsatz in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder Öl und Gas.

Stufe 1: Spannungsmanagement und Erstbehandlung

• Spannungsarmglühen: Dies ist der wichtigste erste Schritt, insbesondere für DMLS-Teile oder komplexe CNC-bearbeitete Komponenten. Es beseitigt innere Spannungen, die während der Herstellung entstanden sind, und verhindert Verzug oder Risse bei späterer Bearbeitung oder im Einsatz. Bei bearbeiteten Teilen wird dieser Schritt häufig nach der Schruppbearbeitung durchgeführt.

• Heißisostatisches Pressen (HIP): Für DMLS-gefertigte Inconel-Teile ist HIP bei sicherheitskritischen Anwendungen unverzichtbar. Dieses Verfahren setzt das Bauteil hohen Temperaturen und isostatischem Gasdruck aus, wodurch interne Mikroporositäten geschlossen, Hohlräume geheilt und Ermüdungslebensdauer sowie Bruchzähigkeit verbessert werden. Es ist ein Grundpfeiler für die Qualifizierung von Bauteilen in Luftfahrtantrieben.

Stufe 2: Stützstrukturentfernung und Formgebung

• Entfernung der Stützstrukturen: DMLS-Teile müssen sorgfältig von der Bauplatte getrennt werden, typischerweise mittels Draht-EDM für einen präzisen, spannungsfreien Schnitt. Verbleibende Stützstrukturen werden anschließend manuell oder durch Vibrationsfinish entfernt.

• Lösungs- und Alterungsbehandlung: Für ausscheidungshärtbare Legierungen wie Inconel 718 ist ein spezifischer Wärmebehandlungszyklus entscheidend. Das Lösungsglühen löst Sekundärphasen in der Matrix auf, während das anschließende Altern feine, härtende Teilchen (wie γ' und γ'') ausscheidet, um die erforderlichen Hochtemperatureigenschaften zu erreichen.

Stufe 3: Präzisionsbearbeitung und Endfinish

• CNC-Endbearbeitung: Aufgrund der Kaltverfestigung und der geringen Wärmeleitfähigkeit von Inconel erfordert das Erreichen der Endtoleranzen spezielle Präzisionsbearbeitung. Verfahren wie CNC-Fräsen und CNC-Drehen werden mit steifen Maschinen, scharfen Hartmetall- oder Keramikwerkzeugen und Hochdruckkühlung durchgeführt, um saubere, präzise Merkmale und eine „As-Machined“-Oberfläche zu erzielen, die für viele Schnittstellen geeignet ist.

• Mechanische und elektrochemische Oberflächenbearbeitung:

  • Schleifen: Wird verwendet, um sehr enge Toleranzen und überlegene Oberflächenqualitäten auf flachen oder zylindrischen Flächen zu erzielen.

  • EDM (Funkenerosion): Ideal zur Herstellung komplexer Formen oder schwer zugänglicher Geometrien, die mit herkömmlichen Werkzeugen schwer zu bearbeiten sind.

  • Elektropolieren: Dieses Verfahren nutzt eine elektrochemische Lösung, um eine dünne Materialschicht gleichmäßig zu entfernen, entgratet, mikropoliert und verbessert die Korrosionsbeständigkeit durch Bildung einer sauberen, passiven Oxidschicht.

Stufe 4: Oberflächenveredelung und Reinigung

• Strahlen: Sandstrahlen oder Kugelstrahlen mit geeignetem Medium erzeugt eine gleichmäßige matte Oberfläche, reinigt das Bauteil und kann vorteilhafte Druckeigenspannungen induzieren.

• Passivierung: Obwohl Inconel natürlich eine schützende Oxidschicht bildet, stellt eine kontrollierte Passivierungsbehandlung mit Salpetersäure sicher, dass freie Eisenpartikel vollständig entfernt werden und die korrosionsbeständige Passivschicht optimiert wird.

• Vibrations- oder Trommelentgratung: Trowalisieren ist äußerst effektiv, um Kanten zu verrunden, Mikroscharten zu entfernen und die Haptik zu verbessern – ein entscheidender Aspekt bei medizinischen Geräten.

Stufe 5: Beschichtungen für spezielle Anforderungen

• Wärmeschutzbeschichtungen (TBCs): Für Komponenten in heißen Turbinenbereichen werden Wärmeschutzbeschichtungen aufgebracht, um das Bauteil vor extremen Temperaturen zu isolieren.

• Verschleißbeständige Beschichtungen: Verfahren wie PVD-Beschichtung tragen eine dünne, extrem harte keramische Schicht auf, die die Verschleiß- und Fressbeständigkeit beweglicher Komponenten erheblich verbessert.

Stufe 6: Qualitätsprüfung und Zertifizierung

• Maßprüfung: Fertige Bauteile werden mit KMGs und anderen hochpräzisen Messsystemen sorgfältig geprüft, um die Einhaltung aller Toleranzen sicherzustellen.

• Zerstörungsfreie Prüfung (NDT): Verfahren wie Farbeindringprüfung (PT) oder Radiographie (Röntgen) werden eingesetzt, um Oberflächen- oder Untergrundfehler zu erkennen.

• Materialzertifizierung: Ein vollständiges Rückverfolgbarkeitspaket mit chemischer Zusammensetzung und mechanischen Prüfberichten von Probekörpern wird bereitgestellt, um die strengen Anforderungen von Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik zu erfüllen.

Empfohlene Nachbearbeitungssequenz – Übersicht