Hastelloy B-3
Einführung in Hastelloy B-3
Hastelloy B-3 ist eine Nickel-Molybdän-Legierung, die für eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Salzsäure (HCl), Essigsäure und anderen stark reduzierenden Chemikalien entwickelt wurde. Als jüngste Weiterentwicklung der Hastelloy-B-Familie behebt B-3 die Einschränkungen früherer Güten durch eine deutlich verbesserte thermische Stabilität, höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion sowie eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Korrosion in der Wärmeeinflusszone (WEZ) nach dem Schweißen.
Dank der sehr guten Umformbarkeit und Korrosionsleistung wird Hastelloy B-3 häufig für CNC-bearbeitete Komponenten in der chemischen Verfahrenstechnik, der Pharmaindustrie und der Abfall-/Abwasserbehandlung eingesetzt. Die robuste Gefügestruktur gewährleistet Maßhaltigkeit und lange Standzeiten unter aggressiven Einsatzbedingungen, insbesondere dort, wo sowohl erhöhte Temperaturen als auch reduzierende Säuren vorliegen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Hastelloy B-3
Hastelloy B-3 (UNS N10675 / ASTM B333 / B335) ist eine mischristallverfestigte Legierung, die gezielt darauf ausgelegt ist, die Schwachstellen früherer B-Serien-Legierungen in Wärmeeinflusszonen zu reduzieren. Sie bietet eine verbesserte Prozessfähigkeit und Leistungsstabilität insbesondere im geschweißten Zustand.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (≥65,0) | Grundelement; Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Medien |
Molybdän (Mo) | 28,5–30,5 | Erhöht Beständigkeit gegen Salzsäure und andere nicht-oxidierende Säuren |
Eisen (Fe) | 1,5–3,0 | Verbessert mechanische Eigenschaften |
Kobalt (Co) | 1,0–3,0 | Verbessert die thermische Stabilität |
Chrom (Cr) | ≤1,5 | Begrenzt Korrosion an Korngrenzen |
Mangan (Mn) | ≤3,0 | Unterstützt die Warmumformung |
Kohlenstoff (C) | ≤0,01 | Minimiert Karbidausscheidung beim Schweißen |
Silizium (Si) | ≤0,1 | Reduziert, um das Risiko interkristallinen Angriffs zu senken |
Aluminium (Al) | ≤0,5 | Kontrolliert zur Sicherstellung der Strukturstabilität |
Schwefel (S) | ≤0,02 | Verhindert Heißrisse bei CNC- und Schweißprozessen |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 9,24 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1350–1400 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 10,4 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,29 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,2 µm/m·°C (20–300 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 390 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 195 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 690–770 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 275–350 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥45 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 180–220 HB | ASTM E10 |
Kerbschlagzähigkeit | Ausgezeichnet bei Raum- und kryogenen Temperaturen | ASTM E23 |
Wesentliche Merkmale von Hastelloy B-3
Verbesserte thermische Stabilität: Widersteht der Bildung intermetallischer Phasen bei Exposition im Bereich 500–900 °C – eine wesentliche Verbesserung gegenüber B-2 und Hastelloy B.
Überlegene Schweißbarkeit: Erhält die Korrosionsbeständigkeit in der WEZ ohne nachträgliche Wärmebehandlung, was die Fertigung vereinfacht.
Hohe Korrosionsbeständigkeit: Zeigt Korrosionsraten <0,02 mm/Jahr in siedender 20%iger Salzsäure sowie in Essigsäure bei 80 °C, bestätigt durch ASTM-G31-Tauchversuche.
CNC-Bearbeitungstauglichkeit: Das stabile Gefüge ermöglicht hochpräzise Bearbeitung mit Toleranzen bis ±0,01 mm und feiner Oberflächenqualität unter Ra 1,0 µm.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Hastelloy B-3
Bearbeitungsherausforderungen
Kaltverfestigung
Das Material weist einen Verfestigungsexponenten (n ≈ 0,35) auf, was zu höherer Oberflächenhärte und reduzierter Werkzeugstandzeit führt, wenn zu geringe Schnitttiefen eingesetzt werden.
Wärmerückhalt
Die geringe Wärmeleitfähigkeit lässt Schnittzonentemperaturen über 600 °C ansteigen; daher sind Hochdruck- und idealerweise Innenkühlung (through-tool) essenziell.
Spanmanagement
Es entstehen lange, kontinuierliche Späne, die in engen Geometrien oder bei hohen Vorschüben schwer abzuführen sind.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | CVD/PVD-beschichtetes Hartmetall (K20–K30) oder Keramik-Wendeschneidplatten | Beständig gegen erhöhte Schnittzonentemperaturen |
Beschichtung | AlCrN oder TiAlN (3–5 µm) | Verbessert Spanablösung und reduziert Flankenverschleiß |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (10–12°), Schneidkantenverrundung 0,02–0,05 mm | Balanciert Schnittkräfte und Spanbruch/-kontrolle |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 10–18 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Schlichten | 20–35 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächen-/Nachbehandlung für bearbeitete Hastelloy-B-3-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP arbeitet mit gleichmäßigem Druck bis 100–200 MPa bei Temperaturen um 1150 °C, eliminiert innere Hohlräume und erhöht die Ermüdungsfestigkeit bei kritischen Bauteilen um über 25%.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst ein Glühen bei 1065–1100 °C für 1–2 Stunden mit anschließendem schnellem Abschrecken, um Phasentrennung zu unterdrücken und die Korrosionsbeständigkeit in HCl auf <0,01 mm/Jahr wiederherzustellen.
Schweißen von Superlegierungen
Schweißen von Superlegierungen erfolgt mittels GTAW mit ERNiMo-10 Zusatzwerkstoff und kontrollierten Zwischenlagentemperaturen <100 °C, um Sensibilisierung in der WEZ zu vermeiden und eine Duktilität >40% zu erhalten.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung bietet bis zu 200 µm YSZ-Keramikschutz für Bauteile, die oberhalb von 800 °C in sauren oder dampfbelasteten Umgebungen arbeiten.
Funkenerosion (EDM)
EDM ermöglicht Mikrofeatures mit Maßgenauigkeit ±0,005 mm und Oberflächenqualität Ra <0,8 µm, insbesondere bei schwer zugänglichen Geometrien.
Tieflochbohren
Tieflochbohren erlaubt Bohrungen bis zum 30-fachen Durchmesser mit innengekühlten Werkzeugen – entscheidend für Säureströmungskanäle in Pumpengehäusen und Reaktorkomponenten.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst interkristalline Korrosionsprüfungen (ASTM A262 Prac. C), mechanische Verifikation (ASTM E8/E18) sowie Gefügeanalysen mit SEM und EDS.
Industrieanwendungen von Hastelloy-B-3-Komponenten
Chemische Reaktoren und Behälter
Einsatz in HCl-Dampf-Umgebungen bis 100 °C, in denen typische Edelstähle durch локalen Angriff (Loch-/Spaltkorrosion) versagen.
Pharma-Systeme
Ideal für gekapselte Mischkomponenten in Essig-/Ameisensäureprozessen mit sehr geringer Toleranz gegenüber Kontamination.
Alt-/Abfallsäure-Rückgewinnungsanlagen
Zuverlässige Leistung in heißen Regenerationskreisläufen mit wechselnder Belastung durch Chloride und Sulfate.
Halbleiteranlagen
Säurebeständige Kammerauskleidungen und präzise Ventilsitze für ultrapure Chemikalienströme.
Verwandte Blogs erkunden
