Inconel 792
Einführung in Inconel 792
Inconel 792 ist eine ausscheidungsgehärtete, gegossene Nickelbasis-Superlegierung für den Langzeiteinsatz bei hohen Temperaturen – insbesondere in Gasturbinen- und Luftfahrttriebwerkskomponenten. Mit einem hohen γ′-Anteil (~65%) sowie ausgezeichneter Beständigkeit gegen Kriechen, Oxidation und Thermoermüdung bietet Inconel 792 eine sehr hohe strukturelle Stabilität in anspruchsvollen thermischen Umgebungen.
Die Legierung wird durch Zusätze von Aluminium und Titan verfestigt, die während der Auslagerung eine stabile γ′-Phase bilden. In Kombination mit moderatem Chrom (12–14%) zur Oxidationsbeständigkeit und Kobalt (9–11%) zur Verbesserung der Thermoermüdungsstabilität eignet sich Inconel 792 ideal für Guss- und Nachbearbeitungsprozesse (CNC) von Turbinenschaufeln, Leitschaufelkränzen (Nozzle Guide Vanes) und Brennkammer-Hardware.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 792
Inconel 792 (UNS N07792 / AMS 5387) wird typischerweise im Feinguss (Investment Casting), lösungsbehandelt und ausscheidungsgehärtet geliefert – optimiert für Hochtemperatur-Anwendungen in Luftfahrt und Energieerzeugung.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (~60–63%) | Grundmatrix, Warmfestigkeit |
Chrom (Cr) | 12,0–14,0 | Verbessert Oxidationsbeständigkeit |
Kobalt (Co) | 9,0–11,0 | Erhöht Ermüdungsfestigkeit bei hohen Temperaturen |
Aluminium (Al) | 3,4–4,0 | Bildet γ′-Ausscheidungen zur Alterungshärtung |
Titan (Ti) | 3,8–4,3 | Verfestigt die γ′-Phase |
Molybdän (Mo) | 1,5–2,5 | Mischkristallverfestigung |
Wolfram (W) | 3,5–4,5 | Erhöht Kriechbeständigkeit |
Kohlenstoff (C) | 0,10–0,15 | Fördert Karbidverfestigung an Korngrenzen |
Bor (B) | 0,005–0,015 | Verbessert Duktilität und Heißrissbeständigkeit |
Zirkonium (Zr) | ≤0,05 | Korngrenzenverstärkung |
Silizium (Si) | ≤0,5 | Unterstützt Oxidationsbeständigkeit |
Mangan (Mn) | ≤0,5 | Verbessert Gießeigenschaften |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,10 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1260–1335 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 10,9 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,32 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 13,5 µm/m·°C (20–1000 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 445 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 185 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Guss + ausgehärteter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 880–1020 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 700–800 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥3–6 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 330–400 HB | ASTM E10 |
Kriechbruchfestigkeit | ≥140 MPa @ 870 °C, 1000 h | ASTM E139 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 792
Hoher γ′-Volumenanteil: Sichert Langzeit-Warmfestigkeit und Kriechbeständigkeit bei 900–1000 °C für kritische Triebwerksbauteile.
Oxidations- und Sulfidierungsbeständigkeit: Chrom und Aluminium bilden schützende Oxidschichten, die die Standzeit in Brenn- und Abgasumgebungen erhöhen.
Gießbarkeit und strukturelle Zuverlässigkeit: Ausgelegt für Feinguss dünnwandiger, komplexer Geometrien mit geringer Porosität und gleichmäßigem Gefüge.
Zerspanbarkeit nach dem Auslagern: CNC-bearbeitete Teile erreichen Maßtoleranzen bis ±0,02 mm und Oberflächenqualitäten bis Ra ≤ 1,0 µm.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 792
Bearbeitungsherausforderungen
Erhöhte Härte und γ′-Verfestigung
Ausgehärtetes Inconel 792 (~400 HB) erschwert Werkzeugstandzeit und Spanbildung deutlich – insbesondere beim Fräsen und Drehen.
Wärmerückhalt und Aufbauschneiden
Geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Festigkeit führen zu lokaler Überhitzung; erforderlich sind leistungsfähige Kühlschmierstoffstrategien und scharfe Schneidengeometrien.
Abrasive Karbide und Intermetallide
Karbid- und γ′-Partikel beschleunigen Flanken- und Kolkverschleiß ohne optimierte Beschichtungen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | PVD-beschichtetes Hartmetall oder SiAlON-Keramik | Hohe Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität |
Beschichtung | AlTiN, AlCrN (3–6 µm) | Minimiert Wärmeübertrag und Reibung |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (10–12°), Kantenverrundung für Stabilität | Reduziert Schnittkräfte und verhindert Ausbrüche |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 15–25 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Schlichten | 30–45 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-792-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP reduziert Porosität und verfeinert das Gefüge, erhöht die Ermüdungsfestigkeit und verbessert die Maßkonstanz von gegossenen Turbinenschaufeln und Leitschaufeln.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst typischerweise eine Lösungsglühbehandlung bei 1170 °C, gefolgt von Auslagern bei ~845 °C, um die γ′-Verteilung und Kriechbeständigkeit zu maximieren.
Schweißen von Superlegierungen
Schweißen von Superlegierungen erfordert aufgrund der Rissanfälligkeit bei schneller Erstarrung Verfahren mit geringer Wärmeeinbringung, z. B. WIG oder EB-Schweißen.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung trägt 125–250 µm YSZ-Keramik auf und kann die Oberflächentemperatur um bis zu 200 °C senken, wodurch Oxidations- und Ermüdungsbeständigkeit verbessert werden.
Funkenerosion (EDM)
EDM eignet sich ideal für scharfe Konturen und Kühlbohrungen mit Genauigkeiten bis ±0,01 mm in gehärteten Inconel-792-Teilen.
Tieflochbohren
Tieflochbohren erzeugt tiefe Bohrungen mit hohem L/D-Verhältnis (L/D ≥ 40:1) für Kühlkanäle in Leitschaufeln und Turbinenschaufeln.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst Kriech-, Zug- und Härteprüfungen sowie metallografische Untersuchungen gemäß AMS 5387 und ASTM E139.
Industrieanwendungen von Inconel-792-Bauteilen
Luftfahrt-Triebwerke
Turbinenschaufeln, Leitschaufeln und Schaufelabdeckungen (Shrouds).
Sichert strukturelle Integrität und Oxidationsbeständigkeit oberhalb von 950 °C in Hochschub-Umgebungen.
Energieerzeugung
Heißzonen-Statoren und Brennkammer-Hardware in Gasturbinen.
Ausgelegt für lange Betriebszeiten unter thermischen und mechanischen Lastwechseln.
Verteidigung & Raumfahrt
Triebwerksdüsen, Heißluftkanäle und thermisch hochbelastete Strukturbauteile.
Widersteht Ermüdung, Oxidation und Kriechen bei schnellen Temperaturzyklen und Reentry-Bedingungen.
Energiesektor
Stationäre Gasturbinen-Rotoren und Schaufelplattformen.
Geeignet für Grundlastbetrieb in GuD-Kraftwerken (Combined Cycle).
Verwandte Blogs erkunden
