Nickellegierung
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Nickellegierungen sind Werkstoffe, deren Hauptbestandteil aus Nickel besteht und die mit mindestens einem anderen chemischen Element meist mittels eines Schmelzverfahrens erzeugt werden.
Diese Legierungen verfügen über eine gute Korrosions- und/oder Hochtemperaturbeständigkeit. Einige weisen spezielle physikalische Eigenschaften auf wie beispielsweise elektrischer Widerstand, eine kontrollierte thermische Ausdehnung, besondere magnetische Eigenschaften usw. Zur Verwendung kommen Nickel-Kupfer-, Nickel-Eisen-, Nickel-Eisen-Chrom-, Nickel-Chrom-, Nickel-Molybdän-Chrom, Nickel-Chrom-Kobalt-, niedriglegierte Nickellegierungen (mit einem Nickelanteil von bis zu 99,9%) und andere Mehrstofflegierungen. Die meisten Nickellegierungen sind nach internationalen Normen klassifiziert.
Die Nickelwerkstoffe finden vielseitige Verwendung:
- chemische Industrie (z. B. Kessel, Wärmetauscher, Ventile und Pumpen, chemische Reaktoren)
- Luftfahrt (z. B.Triebwerke, Turbinen, Befestigungsteile)
- Automobilindustrie (z. B. Ventiltechnik, Katalysatoren)
- Energieerzeugung (z. B. Kraftwerksgeneratoren)
- Öl- und Gasförderung (z. B. Bohrwerkzeuge)
- Umweltschutz und Abfallwirtschaft (z. B. Rauchgasentschwefelungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen)
- elektronische und haushaltstechnische Anwendungen (elektronische Schaltungen, Computerherstellung, Küchenmaschinen, Küchenherde)
Nickellegierungen werden bevorzugt offen (an Luft) im Lichtbogenofen erschmolzen, teilweise auch im Induktionsschmelzverfahren, offen oder im Vakuum. Es schließt sich meist eine AOD(Argon-Oxygen-Decarborization)-Behandlung oder eine Umschmelzung nach dem ESU-Verfahren (Elektroschlacke-Umschmelzung) an.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung ist mit dem so genannten mechanischen Legieren gegeben. Dabei wird mit hohem Energieeinsatz ein Gemisch aus Legierungspulver mit Oxiden vermischt, um auf diese Weise ein besonders homogenes Gefüge zu erhalten.
Aus den so gegossenen Brammen werden durch Warm- und eventuell anschließender Kaltwalzschritte Bleche, Bänder hergestellt und Stäbe geschmiedet oder gewalzt. Rohre werden in speziellen Rohrreduzierwerken aus Blöcken oder in Pilgerrohrwalzwerken aus Luppen hergestellt, Drähte in Drahtwalzwerken oder -ziehwerken.
[Bearbeiten] Nickelbasis-Superlegierung
Superlegierungen auf der Basis von Nickel, bezeichnen Legierungen mit einer besonderen Zusammensetzung, die speziell für Hochtemperaturanwendungen (z.B. im Triebwerksbau) produziert werden.
Der Hauptvorteil der Nickelbasis-Superlegierungen besteht in ihren Kriech- und Ermüdungsfestigkeiten bei hohen Temperaturen. Ab etwa 550°C sind sie diesbezüglich den Hochtemperaturstählen überlegen. Die Härtung durch intermetallische Phasen bewirkt, dass Nickelbasis-Superlegierungen bis nah an ihren Schmelzpunkt eingesetzt werden können und in diesem Temperaturbereich selbst Refraktärmetalle übertreffen.
Da außerdem ihre Korrosionsbeständigkeit durch Bildung einer undurchlässigen Oxidschicht sehr hoch ist, sind sie die erste Wahl für Konstruktionswerkstoffe in Gasturbinen von Kraftwerken und in Flugzeugturbinen. Dabei werden für die Turbinenscheiben einfache Schmiedebauteile und für die Turbinenschaufeln höher legierte Gussbauteile eingesetzt, die meist gerichtet und als Einkristall fabriziert werden. Solche Turbinenschaufeln können mit Hilfe von Beschichtungen und interner Luftkühlung sogar bei Umgebungstemperaturen jenseits des Schmelzpunkts ihrer Legierung (ca. 1200°C) eingesetzt werden können.
Die Festigkeit wird dabei in der Regel durch Zulegieren von Aluminium und/oder Titan erreicht. Die entstehenden Ni3[Al,Ti]-Ausscheidungen nehmen bei höheren Legierungsgehalten eine charakteristische blockförmige Struktur an.
