DE-112018007547-B4 - Hartlot aus einer Superlegierung auf Nickelbasis

Abstract

Duktiler Schweißzusatzwerkstoff, umfassend: zu 11,2 Gew.-%-15,6 Gew.-% Chrom; zu 9,6 Gew.-%-11,4 Gew.-% Cobalt; zu 2,4 Gew.-%-5,0 Gew.-% Molybdän; zu 4,4 Gew.-%-7,5 Gew.-% Wolfram; zu 1,4 Gew.-%-2,6 Gew.-% Tantal; zu 3,0 Gew.-%-4,8 Gew.-% Aluminium; zu 0,4 Gew.-%-1,0 Gew.-% Titan; zu höchstens 0,15 Gew.-% Eisen; zu höchstens 0,1 Gew.-% Mangan; zu höchstens 0,04 Gew.-% Silicium; zu 0,07-0,08 Gew.-% Kohlenstoff; zu höchstens 0,015 Gew.-% Bor; zu 0,005-0,02 Gew.-% Zirconium; zu 0,5-1,4 Gew.-% Hafnium; zu höchstens 0,1 Gew.-% Vanadium; und als Rest Nickel.

Inventors

• THADDEUS STRUSINSKI
• Matthew H. Lang

Assignees

• SIEMENS ENERGY, INC.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20180501

Claims (14)

1. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff, umfassend: zu 11,2 Gew.-%-15,6 Gew.-% Chrom; zu 9,6 Gew.-%-11,4 Gew.-% Cobalt; zu 2,4 Gew.-%-5,0 Gew.-% Molybdän; zu 4,4 Gew.-%-7,5 Gew.-% Wolfram; zu 1,4 Gew.-%-2,6 Gew.-% Tantal; zu 3,0 Gew.-%-4,8 Gew.-% Aluminium; zu 0,4 Gew.-%-1,0 Gew.-% Titan; zu höchstens 0,15 Gew.-% Eisen; zu höchstens 0,1 Gew.-% Mangan; zu höchstens 0,04 Gew.-% Silicium; zu 0,07-0,08 Gew.-% Kohlenstoff; zu höchstens 0,015 Gew.-% Bor; zu 0,005-0,02 Gew.-% Zirconium; zu 0,5-1,4 Gew.-% Hafnium; zu höchstens 0,1 Gew.-% Vanadium; und als Rest Nickel.
2. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1 , umfassend (Ductilloy): zu 14,6-15,6 Gew.-% Chrom; zu 10,4-11,4 Gew.-% Cobalt; zu 4,6-5,0 Gew.-% Molybdän; zu 4,4-5,2 Gew.-% Wolfram; zu 1,4-1,8 Gew.-% Tantal; zu 3,0-3,7 Gew.-% Aluminium; zu 0,4-1,0 Gew.-% Titan; zu 0,07-0,08 Gew.-% Kohlenstoff; zu höchstens 0,02 Gew.-% Zirconium; zu höchstens 0,15 Gew.-% Eisen; zu höchstens 0,3 Gew.-% Mangan; zu höchstens 0,3 Gew.-% Silicium; zu höchstens 0,015 Gew.-% Bor; und als Rest Nickel.
3. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 2 , wobei der Zusatz zu 14,9-15,2 Gew.-% Chrom umfasst.
4. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 2 , wobei der Zusatz zu 4,6-4,9 Gew.-% Molybdän umfasst.
5. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1 , umfassend (SieWeld-A-247LC): zu 11,2 Gew.-%-12,2 Gew.-% Chrom; zu 9,6 Gew.-%-10,6 Gew.-% Cobalt; zu 2,4 Gew.-%-2,8 Gew.-% Molybdän; zu 6,7 Gew.-%-7,5 Gew.-% Wolfram; zu 2,2 Gew.-%-2,6 Gew.-% Tantal; zu 4,2 Gew.-%-4,8 Gew.-% Aluminium; zu 0,4 Gew.-%-1,0 Gew.-% Titan; zu 0,07 Gew.-%-0,08 Gew.-% Kohlenstoff; zu 0,005 Gew.-%-02 Gew.-% Zirconium; zu 0,9 Gew.-%-1,4 Gew.-% Hafnium; zu höchstens 0,15 Gew.-% Eisen; zu höchstens 0,1 Gew.-% Mangan; zu höchstens 0,04 Gew.-% Silicium; zu höchstens 0,015 Gew.-% Bor; zu höchstens 0,1 Gew.-% Vanadium; und als Rest Nickel.
6. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 5 , wobei der Zusatz zu 11,6-11,9 Gew.-% Chrom umfasst.
7. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 5 , wobei der Zusatz zu 2,5-2,7 Gew.-% Molybdän umfasst.
8. Duktiler Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1 , umfassend (SieWeld-B-247LC): zu 12,3 Gew.-%-13,3 Gew.-% Chrom; zu 9,8 Gew.-%-10,8 Gew.-% Cobalt; zu 3,1 Gew.-%-3,5 Gew.-% Molybdän; zu 5,9 Gew.-%-6,7 Gew.-% Wolfram; zu 1,9 Gew.-%-2,3 Gew.-% Tantal; zu 3,8 Gew.-%-4,4 Gew.-% Aluminium; zu 0,4 Gew.-%-1,0 Gew.-% Titan; zu 0,07 Gew.-%-0,08 Gew.-% Kohlenstoff; zu 0,005 Gew.-%-0,02 Gew.-% Zirconium; zu 0,7 Gew.-%-1,2 Gew.-% Hafnium; zu höchstens 0,15 Gew.-% Eisen; zu höchstens 0,1 Gew.-% Mangan; zu höchstens 0,04 Gew.-% Silicium; zu höchstens 0,015 Gew.-% Bor; zu höchstens 0,1 Gew.-% Vanadium; und als Rest Nickel.
9. Duktiler Schweißzusatz nach Anspruch 8 , wobei der Zusatz zu 12,7-13,0 Gew.-% Chrom umfasst.
10. Duktiler Schweißzusatz nach Anspruch 8 , wobei der Zusatz zu 3,2-3,4 Gew.-% Molybdän umfasst.
11. Verfahren zum Schweißen von Komponenten aus einer Superlegierung auf Nickelbasis, umfassend: Bereitstellen eines Substrats aus Superlegierung auf Nickelbasis; Aufbringen eines duktilen Schweißzusatzes nach Anspruch 1 auf eine Oberfläche des Substrats, wobei der Schweißzusatz einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der genau auf eine Oberfläche des Substrats abgestimmt ist; Anwenden von Wärme, um den Schweißzusatz unter Bildung von geschmolzenem Schweißzusatz zu schmelzen; Schweißen des Substrats mit dem Schweißzusatz bei Umgebungstemperatur; erneutes Verfestigen des geschmolzenen Schweißzusatzes unter Bildung eines verfestigten verbundenen Werkstoffs.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei es sich bei der Komponente auf Nickelbasis um eine Turbinenschaufel handelt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mar-M-247, CM-247LC, PWA-1483, Alloy-247, IN-738, Mar-M002, Rene-N5, Rene-N4, CMSX-4, CMSX-2, Rene-142, GTD-111, MGA-1400 und IN-939.
14. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei der Schweißzusatz einen Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb von 3 % von Alloy-247 im Bereich von 600 °-1000 °C beinhaltet.

Description

HINTERGRUND 1. Gegenstand Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Werkstofftechnologie und insbesondere einen Schweißzusatz aus einer Superlegierung auf Nickelbasis. 2. Beschreibung des Standes der Technik Nach der Anmelderin intern bekanntem Stand der Technik weisen von allen Hochtemperaturwerkstoffen Superlegierungen auf Nickelbasis die günstigste Kombination von mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit für den Gasturbinenbau für Flugzeuge und Kraftwerke auf. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass Superlegierungen auf Nickelbasis durch Ausscheidung einer γ'-Phase verfestigt werden können. Nichtsdestotrotz können im Laufe der Zeit dennoch Risse in Komponenten aus einer Superlegierung auf Nickelbasis auftreten, die in einer rauen Umgebung betrieben werden, wie etwa einem Gasturbinentriebwerk. Da die Herstellung dieser Komponenten komplex und kostenintensiv ist, bemüht man sich, beschädigte Abschnitte der Komponenten zu reparieren, statt sie vollständig zu verschrotten. Dementsprechend ist das Schweißen von Komponenten aus einer Superlegierung auf Nickelbasis eine wünschenswerte und kostengünstige Option für deren Sanierung. Das Schweißen von Werkstoffen aus einer Superlegierung auf Nickelbasis ist bekanntermaßen jedoch schwierig. Um die schwierige Schweißbarkeit von γ'-gehärteten Superlegierungen auf Nickelbasis zu umgehen, wird das Schweißen häufig mit duktilen Schweißzusätzen durchgeführt. Häufig verwendete duktile Schweißzusätze, wie etwa IN-625, IN-617, Hast-W und HA-282, wurden entwickelt, als die Temperaturen von Gasturbinen vergleichsweise kühler waren als aktuelle und zukünftige Ausgestaltungen. Diese duktilen Schweißzusätze sind, wenn sie an aktuellen Gasturbinenkomponenten verwendet werden, die bei zunehmend höheren Betriebstemperaturen als diejenigen in der jüngsten Vergangenheit betrieben werden, unter Umständen nicht in der Lage, der Oxidation standzuhalten, die bei höheren Betriebstemperaturen auftritt. Die EP 3 153 271 A1 offenbart ein Verfahren zum Reparieren und Herstellen von Turbinentriebwerkskomponenten mittels nickelbasiertem Füllmaterial. Die US 9 902 021 B2 offenbart ein nickelbasiertes Schweißmaterial. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an duktilen Schweißzusätzen, die höheren Temperaturen standhalten können als die in der Vergangenheit verwendeten. KURZDARSTELLUNG Kurz beschrieben betreffen Aspekte der vorliegenden Offenbarung einen duktilen Schweißzusatz und ein Verfahren zum Schweißen von Komponenten aus einer Superlegierung auf Nickelbasis. Ein erster Aspekt stellt einen duktilen Schweißzusatz bereit, der die folgende Zusammensetzung aufweist:zu 11,0 Gew.-%-15,5 Gew.-% Chrom;zu 9,5 Gew.-%-11,0 Gew.-% Cobalt;zu 2,0 Gew.-%-5,0 Gew.-% Molybdän;zu 4,5 Gew.-%-7,5 Gew.-% Wolfram;zu 1,5 Gew.-%-2,6 Gew.-% Tantal;zu 3,0 Gew.-%-5,0 Gew.-% Aluminium;zu 0,4 Gew.-%-1,0 Gew.-% Titan;zu höchstens 0,8 Gew.-% Eisen;zu höchstens 0,3 Gew.-% Mangan;zu höchstens 0,3 Gew.-% Silicium;zu höchstens ,1 Gew.-% Kohlenstoff;zu höchstens ,015 Gew.-% Bor;zu höchstens ,02 Gew.-% Zirconium;zu höchstens 1,2 Gew.-% Hafnium;zu höchstens ,1 Gew.-% Vanadium;zu höchstens ,1 Magnesium; undals Rest Nickel. Ein zweiter Aspekt stellt ein Verfahren zum Schweißen von Komponenten aus einer Superlegierung auf Nickelbasis bereit. Das Verfahren beinhaltet ein Bereitstellen eines Substrats aus einer Superlegierung auf Nickelbasis zum Schweißen. Für den Schweißprozess ein duktiler Schweißzusatz wie oben beschrieben auf eine Oberfläche des Substrats, wobei der Schweißzusatz einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der genau auf den des Substrats abgestimmt ist. Es wird Wärme angewendet, um den Schweißzusatz unter Bildung eines geschmolzenen Schweißzusatzes zu schmelzen. Der Schweißzusatz wird in dem Schweißprozess anschließend bei Umgebungstemperatur verwendet. Der geschmolzene Schweißzusatz kann sich unter Bildung eines verfestigten verbundenen Werkstoffs erneut verfestigen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN 1 ist ein Diagramm, das die relative Schweißbarkeit verschiedener Superlegierungen veranschaulicht,2 ist ein Diagramm des Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Schweißzusätze und Superlegierungsgrundwerkstoffe und3 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Laufschaufel oder einer Leitschaufel. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG Um ein Verständnis der Ausführungsformen, Prinzipien und Merkmale der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, werden diese im Folgenden unter Bezugnahme auf die Implementierung in veranschaulichenden Ausführungsformen erläutert. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf die Verwendung in den beschriebenen Systemen oder Verfahren beschränkt. Die im Folgenden als die verschiedenen Ausführungsformen ausmachend beschriebenen Komponenten und Werkstoffe sollen der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dienen. Viele geeignete Komponenten und Werkstoffe, die die gleiche oder eine ähnliche Funktion wie