Hastelloy C-22
Einführung in Hastelloy C-22
Hastelloy C-22 ist eine äußerst vielseitige, korrosionsbeständige Legierung auf Nickelbasis, die hauptsächlich aus Nickel, Chrom, Molybdän und Wolfram besteht. Sie bietet einen hervorragenden Schutz sowohl in oxidierenden als auch in reduzierenden Medien – darunter feuchtes Chlorgas, Eisen(III)- und Kupfer(II)-chloride, Salpetersäure sowie Meerwasser. Dank ihrer breitbandigen Korrosionsbeständigkeit ist diese Legierung eine bevorzugte Werkstoffwahl für kritische Komponenten in der chemischen Verfahrenstechnik, der Abfall-/Abwasserbehandlung und in maritimen Anwendungen.
Für die CNC-Bearbeitung ist die Legierung besonders wertvoll, wenn Bauteile hohe Maßhaltigkeit, mechanische Integrität und Beständigkeit gegen Lochkorrosion, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion aufweisen müssen – insbesondere in hochaggressiven oder gemischtchemischen Umgebungen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Hastelloy C-22
Hastelloy C-22 (UNS N06022 / ASTM B575 / B564 / B619 / B622 / B626) ist eine kalt- und warmumformbare Nickelbasislegierung, die für ihre Korrosionsbeständigkeit und metallurgische Stabilität bekannt ist. Gegenüber Hastelloy C-276 und C-4 zeigt sie insbesondere in oxidierenden Medien eine verbesserte Performance.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (≥56,0) | Grundlegende Korrosionsbeständigkeit in unterschiedlichen Medien |
Chrom (Cr) | 20,0–22,5 | Wesentlich zur Beständigkeit gegen oxidierende Angreifer wie Salpetersäure |
Molybdän (Mo) | 12,5–14,5 | Erhöht Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion |
Eisen (Fe) | 2,0–6,0 | Steigert die mechanische Festigkeit |
Wolfram (W) | 2,5–3,5 | Trägt zur Beständigkeit gegen lokale Korrosionsangriffe bei |
Kobalt (Co) | ≤2,5 | Als Begleitelement kontrolliert für gleichbleibende Eigenschaften |
Kohlenstoff (C) | ≤0,015 | Minimiert Karbidausscheidung beim Schweißen |
Mangan (Mn) | ≤0,5 | Unterstützt Warmumformprozesse |
Silizium (Si) | ≤0,08 | Niedriger Gehalt zur Verbesserung der interkristallinen Korrosionsbeständigkeit |
Schwefel (S) | ≤0,02 | Kontrolliert, um Rissbildung bei CNC- und Schweißprozessen zu vermeiden |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,69 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1350–1400 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 9,7 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,20 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,3 µm/m·°C (20–300 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 390 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 205 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 690–760 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 275–345 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥45 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 180–220 HB | ASTM E10 |
Kerbschlagzähigkeit | Ausgezeichnet bei subzero- und Umgebungstemperaturen | ASTM E23 |
Wesentliche Merkmale von Hastelloy C-22
Breitbandige Korrosionsbeständigkeit: Beständig gegen gemischte Säuresysteme sowie wechselnde oxidierende und reduzierende Bedingungen; zeigt in bestimmten oxidierenden Medien eine bessere Performance als C-276 (z. B. Salpetersäure mit Chlorid-Ionen).
Beständigkeit gegen lokale Angriffe: Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion (PREN >50); sehr geringe Korrosionsraten in ferrichloridhaltigen Medien und in Salzsäure-Systemen.
Thermische Stabilität: Geringe Sensibilisierungsneigung und reduzierte Korngrenzen-Ausscheidungen bei längerer thermischer Exposition im Bereich 600–1040 °C.
Präzisionsbearbeitung: Geeignet für CNC-Anwendungen mit Toleranzen bis ±0,01 mm und Oberflächenqualitäten <Ra 0,8 µm.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Hastelloy C-22
Bearbeitungsherausforderungen
Kaltverfestigung
Hohe Kaltverfestigungsneigung (n ≈ 0,35) erfordert ausreichend tiefe und konstante Schnitte, um übermäßige Oberflächenhärtung und Rattern zu vermeiden.
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Führt zu hoher Wärmeanreicherung in der Schnittzone (bis 600–800 °C), wodurch die Werkzeugstandzeit bei Trockenbearbeitung oder ausschließlich Flutkühlung deutlich sinkt.
Spanbruch/-kontrolle
Die Späne sind zäh und fadenförmig; ohne geeignete Spanbrecher steigt das Risiko von Späneinzug, Werkzeugverwicklung und schlechter Oberflächenqualität.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | PVD-beschichtetes Hartmetall (K20–K30) oder Keramik-Wendeschneidplatten | Erhält Schneidkantenhärte bei hohen Schnittzonentemperaturen |
Beschichtung | AlTiN oder AlCrN (3–5 µm) | Reduziert Reibung, thermischen Verschleiß und Aufbauschneiden |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (10–12°), Schneidkantenverrundung 0,02–0,05 mm | Guter Kompromiss aus Schärfe, Stabilität und Spanführung |
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-C-22-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP bei 100–200 MPa und ca. 1150 °C erhöht die Ermüdungsfestigkeit um bis zu 30% und reduziert Mikroporosität in Guss- oder additiv gefertigten Bauteilen.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung bei 1120 °C ±10 °C mit anschließendem schnellem Abkühlen verhindert die Bildung intermetallischer Phasen und unterstützt eine langfristige Korrosionsbeständigkeit in gemischten HCl/HNO₃-Medien.
Schweißen von Superlegierungen
Superlegierungs-Schweißen erfolgt typischerweise mittels GTAW mit ERNiCrMo-10 Zusatzwerkstoff und kontrollierter Wärmeeinbringung, um die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht und WEZ zu erhalten.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung bis ca. 250 µm schützt CNC-Bauteile vor sauren Dämpfen und zyklischen thermischen Lasten oberhalb von 800 °C.
Funkenerosion (EDM)
EDM ermöglicht komplexe Innengeometrien mit Toleranzen bis ±0,005 mm und Oberflächenqualitäten Ra <0,6 µm.
Tieflochbohren
Tieflochbohren ermöglicht L/D-Verhältnisse bis 30:1 in Rohrböden und Wäscher-/Scrubber-Komponenten, bevorzugt mit innerer Kühlschmierstoffzufuhr.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst Korrosionsprüfungen (z. B. ASTM G28), Prüfungen auf interkristallinen Angriff (ASTM A262 Prac. C) sowie Zugversuche (ASTM E8) und Härteprüfung (ASTM E18/E10).
Industrieanwendungen von Hastelloy-C-22-Komponenten
Chemische Prozessindustrie
Pumpen, Ventile und Armaturen für chloridhaltige Medien, oxidierende/reduzierende Mischsysteme sowie gemischte Säuregasströme.
Abfall-/Abgasbehandlung und Emissionskontrolle
Bauteile in thermischen Oxidationsanlagen, Scrubbern von Verbrennungsanlagen und Reaktoren für gefährliche Abfälle mit wechselnden oxidierenden und reduzierenden Spezies.
Maritim und Offshore
Korrosionsbeständige Komponenten in Entsalzungsanlagen, Marine-Scrubbern und Systemen für den Chemikalientransport.
Pharma- und Lebensmittelanlagen
Hygienische, kontaminationsarme Durchfluss- und Regelkomponenten für aggressive Sterilisations- und Clean-in-Place-(CIP)-Zyklen.
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