Welche Materialien bieten sowohl Hochtemperaturfestigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit?
Werkstoffe, die gleichzeitig hohe Temperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten, bilden eine spezialisierte Klasse technischer Legierungen, die gezielt für die anspruchsvollsten Anwendungen in Luft- und Raumfahrt, Energietechnik und chemischer Verfahrenstechnik entwickelt wurden. Die Fähigkeit, mechanische Festigkeit beizubehalten und gleichzeitig Umweltangriffen bei hohen Temperaturen zu widerstehen, ist eine seltene Kombination – ermöglicht durch hochentwickelte metallurgische Konstruktion.
Die Premiumlösung: Nickelbasierte Superlegierungen
Diese Werkstoffgruppe ist unangefochtener Spitzenreiter für Anwendungen, die die höchste Kombination aus Temperaturbeständigkeit, Festigkeit und Korrosionsresistenz erfordern.
Inconel-Legierungen (z. B. Inconel 718, Inconel 625): Diese Legierungen sind die Arbeitspferde für Komponenten in Strahltriebwerken und Gasturbinen. Ihr hoher Nickelanteil verleiht eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Chloride, während das Ausscheidungshärten (durch γ' oder γ'' Phasen) außergewöhnliche Festigkeit und Kriechbeständigkeit bis etwa 700 °C (1300 °F) bei Inconel 718 und noch höher bei anderen Typen gewährleistet.
Hastelloy-Legierungen (z. B. Hastelloy C-276, Hastelloy X): Entwickelt für extreme chemische Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden und reduzierenden Umgebungen – oft besser als Edelstahl. Legierungen wie Hastelloy X behalten auch bei hohen Temperaturen eine nützliche Festigkeit und eignen sich ideal für Brennkammern, Übergangskanäle und Ofenkomponenten.
Der Hochleistungs-Konkurrent: Kobaltbasierte Superlegierungen
Stellite-Legierungen (z. B. Stellite 6, Stellite 21): Obwohl sie bei Höchsttemperaturen nicht ganz die Festigkeit nickelbasierter Superlegierungen erreichen, behalten Kobaltlegierungen ihre Härte hervorragend bei und zeichnen sich durch außergewöhnliche Verschleiß-, Reib- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen aus. Sie werden häufig für Verschleißplatten, Ventilsitze und Aufpanzerungen in aggressiven Umgebungen verwendet.
Die spezialisierte Hochtemperaturoption: Refraktärmetalle
Für Temperaturen, die über die Leistungsgrenze von Superlegierungen hinausgehen (über 1200 °C / 2200 °F), kommen Refraktärmetalle wie Molybdän und Tantal zum Einsatz. Sie bieten außergewöhnliche Festigkeit bei extremen Temperaturen, sind jedoch stark oxidationsempfindlich und erfordern Schutzbeschichtungen für den Einsatz in Luft. Daher werden sie hauptsächlich in Vakuum- oder Schutzgasöfen verwendet.
Die kosteneffiziente Alternative: Spezialisierte Edelstähle
Für weniger extreme Bedingungen bieten bestimmte Edelstähle ein ausgewogenes Verhältnis von Eigenschaften.
Austenitische Edelstähle: Sorten wie SUS 304 und SUS 316 bieten ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und sind bis ca. 870 °C (1600 °F) im intermittierenden Betrieb einsetzbar. Ihre Festigkeit nimmt jedoch oberhalb von etwa 540 °C (1000 °F) deutlich ab.
Ausscheidungshärtende Edelstähle: Legierungen wie 17-4PH (SUS 630) bieten hohe Festigkeit (durch Ausscheidungshärtung) und gute Korrosionsbeständigkeit, sind jedoch hinsichtlich Hochtemperatureinsatz den Superlegierungen unterlegen.
Leitfaden zur Werkstoffauswahl
Die Auswahl hängt vollständig vom jeweiligen Einsatzbereich ab:
Für extreme Temperatur und Festigkeit: Nickelbasierte Superlegierungen (Inconel, René).
Für extreme Korrosion bei moderaten Temperaturen: Nickellegierungen (Hastelloy).
Für Hochtemperaturverschleiß und Korrosion: Kobaltbasierte Superlegierungen (Stellite).
Für kostengünstigere, moderate Bedingungen: Spezialisierte Edelstähle.
Für Komponenten in der Luft- und Raumfahrt oder Energieerzeugung sind nickelbasierte Superlegierungen in der Regel unverzichtbar – ihr höherer Preis ist durch die überlegene Leistung gerechtfertigt. In allen Fällen ist eine abschließende Wärmebehandlung entscheidend, um die optimale Balance dieser Eigenschaften im fertigen Bauteil zu erreichen.
