Hastelloy G30-Pulver
Hastelloy G30-Pulver ist ein Pulver aus einer Nickelbasislegierung, das für additive Fertigungsanwendungen entwickelt wurde. Dieser fortschrittliche Werkstoff bietet eine hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit. Hastelloy G30 ermöglicht die Herstellung komplexer, leistungsstarker Metallteile mithilfe von 3D-Drucktechnologien.
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Inhaltsübersicht
Hastelloy G30-Pulver ist ein Pulver aus einer Nickelbasislegierung, das für additive Fertigungsanwendungen entwickelt wurde. Dieser fortschrittliche Werkstoff bietet eine hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit. Hastelloy G30 ermöglicht die Herstellung komplexer, leistungsstarker Metallteile mithilfe von 3D-Drucktechnologien.
Überblick über Hastelloy G30-Pulver
Hastelloy G30-Pulver weist die folgenden Hauptmerkmale auf:
Zusammensetzung:
- Nickel: Balance
- Chrom: 22,5-23,5%
- Wolfram: 12.5-14.0%
- Eisen: 3,0% max
- Kobalt: 6.0%
- Molybdän: 1.5%
Wichtige Eigenschaften:
- Hohe Festigkeit und Härte bei erhöhten Temperaturen von bis zu 1050°C
- Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden, reduzierenden und neutralen wässrigen Umgebungen
- Gute Schweißbarkeit mit konventionellen Schweißverfahren
- Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
Partikelgrößenbereich: 15-45 Mikrometer
Allgemeine Industrieanwendungen:
- Komponenten für die Luft- und Raumfahrt
- Teile für die Stromerzeugung
- Chemische Verarbeitungsanlagen
- Komponenten von Öl- und Gasbohrungen, die sauren Bedingungen ausgesetzt sind
Wichtige Lieferanten: Carpenter Additive, Sandvik Osprey, Hoganas, LPW Technology
Detaillierte metallurgische Eigenschaften
Hastelloy G30 verdankt seine Eigenschaften der sorgfältigen Optimierung der Zusammensetzung für den 3D-Druck und der anschließenden Wärmebehandlung. Hier sind einige wichtige metallurgische Eigenschaften:
Tabelle 1: Zusammensetzungsgrenzen und Ausscheidungshärteverhalten
| Zusammensetzung Element | Wt% | Rolle |
|---|---|---|
| Nickel | Bilanz | Matrixphase, bietet Korrosionsbeständigkeit |
| Chrom | 22.5-23.5% | Bildet Cr-Karbide/Nitride, verbessert die Oxidationsbeständigkeit |
| Wolfram | 12.5-14.0% | Mischkristallverfestiger, verleiht Hitzebeständigkeit |
| Eisen | 3.0% max | Zusätzlicher Mischkristallverfestiger |
| Kobalt | 6.0% | Verbessert die Stabilität der Matrix bei höheren Temperaturen |
| Molybdän | 1,5% max | Mischkristallverfestiger, unterstützt die Korrosionsbeständigkeit |
Eine Ausscheidungshärtungs-Wärmebehandlung nach dem 3D-Druck führt zur Bildung von Ni3(Al,Ti)-Gamma-Premium- und Ni3(Nb,Ti)-Gamma-Doppel-Premium-Ausscheidungen. Dies führt zu einer erheblichen Verstärkung und verbesserten mechanischen Eigenschaften sowohl bei Raum- als auch bei erhöhten Temperaturen.
Tabelle 2: Wichtige Eigenschaften von Hastelloy G30-Pulver
| Physikalische Eigenschaft | Wie gedruckt | Wärmebehandelt |
|---|---|---|
| Dichte (g/cc) | 8.45 | 8.45 |
| Elastizitätsmodul (GPa) | 205 | 205 |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (10-6/°C) | 11.0 | 11.0 |
| Wärmeleitfähigkeit (W/m-°C) | 11 | 11 |
| Elektrischer spezifischer Widerstand (μΩ-cm) | 117 | 117 |
| Mechanische Eigenschaften | Wie gedruckt | Wärmebehandelt |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (MPa) | 950 | 1275 |
| Streckgrenze (MPa) | 790 | 1240 |
| Dehnung (%) | 35 | 20 |
| Härte (HRC) | 24-32 | 36-42 |
Tabelle 3: Korrosionsbeständigkeitseigenschaften
| Prüfverfahren | Test Details | Ergebnisse |
|---|---|---|
| ASTM G28A | Saure (pH<3) Schwefel- und Salpetersäurelösungen, Umgebungs- und Siedebedingungen, 7 Tage | Ausgezeichnet - keine Grübchen, Risse oder Gewichtsverluste |
| ASTM G48A | 50% Lösung von Eisenchlorid und Salzsäure, siedend, 72 Stunden | Kein Angriff |
| NACE TM-01-77 | H2S-gesättigte Salzlake bei RT, 1 Monat | Keine SSC (sulfidische Spannungsrissbildung) |
| ISO 15156/NACE MR0175/MR0103 | Zertifizierung der Säurebeständigkeit | Erfüllt die Anforderungen für H2S-Dienst der Stufe III |
Die hervorragende Beständigkeit gegen Umgebungs- und Heißkorrosion ermöglicht eine zuverlässige Leistung der aus Hastelloy G30 hergestellten Bauteile in anspruchsvollen Einsatzumgebungen. Es erfüllt die strengen Zertifizierungsniveaus der NACE für saure Öl-/Gasanwendungen.
Laser-Pulverbett-Schmelzdruck
Hastelloy G30-Teile können mit den additiven Fertigungsverfahren selektives Laserschmelzen (SLM) und Laserdirektbeschichtung (DLD) hergestellt werden. Hier sind einige empfohlene Parameter für das Pulverbettschmelzen:
Tabelle 4: Typische Laserdruckparameter
| Parameter | Bereich |
|---|---|
| Laserleistung (W) | 150-400 |
| Scan-Geschwindigkeit (mm/s) | 800-1500 |
| Abstand der Schraffur (μm) | 80-150 |
| Schichtdicke (μm) | 20-100 |
| Inertes Gas | Argon |
| Sauerstoffgehalt | <1000 ppm |
Durch eine optimierte SLM-Bearbeitung können Teile mit hoher Dichte und feinem Gefüge hergestellt werden. Anschließend erfolgt ein isostatisches Heißpressen zur Beseitigung der inneren Porosität und eine Wärmebehandlung durch Ausscheidungshärtung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
Tabelle 5: Die wichtigsten Modelle von Laser-Pulverbett-Schmelzdruckern
| Druckermarke und -modell | Baugröße (mm) | Lasertyp | Inertes Gas |
|---|---|---|---|
| EOS M400-4 | 750⌀ x 380 | Yb-Faser 400W | Argon |
| GE Additiv-Konzept Laser M2 | 250 x 250 x 300 | Nd:YAG 500W | Argon |
| Renishaw AM500 | 250 x 250 x 350 | Moduliertes Nd:YAG 500W | Argon |
| SLM-Lösungen 280 2.0 | 280 x 280 x 365 | Nd:YAG 400W | Stickstoff |
Alle führenden Hersteller von 3D-Metalldruckern haben Maschinen auf den Markt gebracht, die Nickelsuperlegierungen wie Hastelloy G30 einwandfrei verarbeiten können. Sie verwenden Hochpräzisionslaser und kontrollierte Schutzgasatmosphären.
Industrielle Anwendungen
Hier sind einige gängige Anwendungen, bei denen gedruckte Hastelloy G30-Teile im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen überlegene Leistungen erbringen:
Öl und Gas:
- Bohrlochkopfventile, Weihnachtsbäume, Verteilerrohre
- Bohrloch-Sicherheitsventile, Muffen
- Rohrleitungen auf der Oberseite, Flüssigkeitsanschlüsse
Chemie und Petrochemie:
- Prozessbehältereinbauten wie Demister
- Wärmetauscherrohre, -mäntel, -umlenkungen
- Rohrformstücke, Bögen, T-Stücke
Stromerzeugung:
- Verbrennungseinsätze, Übergangskanäle, Brennstoffdüsen
- Gasturbinenschaufeln, -leitschaufeln, -mäntel
- Hitzeschilde für Kessel, Spaltringe
Luft- und Raumfahrt:
- Gehäuse und Halterungen für Flugzeugtriebwerke, Kraftstoffleitungen
- Komponenten der Turbopumpe für Raumfahrzeuge
Hastelloy G30 ermöglicht leichtere, effiziente Konstruktionen in diesen Anwendungen dank Eigenschaften wie:
- Hohe Festigkeit bei Temperaturen bis zu 1050°C
- Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion
- Immunität gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion
- Verträglichkeit mit Hochdruck-Wasserstoffgasumgebungen
Die Schweißbarkeit des Materials ermöglicht die Verbindung mit anderen Bauteilen aus Edelstahl, Duplex- oder Nickelbasislegierungen. Dies ermöglicht es den Konstrukteuren, nur die Abschnitte zu drucken, die extremen Bedingungen ausgesetzt sind.
Verfügbarkeit
Hastelloy G30-Pulver kann von weltweit führenden Anbietern in den folgenden Größenverteilungsbereichen bezogen werden:
| Pulverqualität | Partikelgrößenbereich |
|---|---|
| Plasma zerstäubt | 15-45 Mikrometer |
| Zerstäubtes Gas | 45-150 Mikrometer |
| Gemischte Mischung | 15-150 Mikrometer |
Tabelle 6: Indikative Preisgestaltung
| Anbieter | Menge | Preis |
|---|---|---|
| Zimmerer-Zusatzstoff | 10 kg | $165/kg |
| Sandvik Fischadler | 50 kg | $155/kg |
| LPW-Technologie | 100 kg | $140/kg |
| Hoganas | 500 kg | $130/kg |
Die Preise variieren je nach Abnahmemenge von $130-165/kg. Kundenspezifische Zerstäubung und Größenklassifizierung können ebenfalls angeboten werden.
Tabelle 7: Hastelloy G30-Pulver-Zertifizierungen
| Standard | Prüfverfahren | Spezifikation |
|---|---|---|
| ASTM B213 | Partikelgrößenverteilung | 15-45 μm |
| ASTM E1131 | Sauerstoff- und Stickstoffanalyse | O - 0,04% max, N - 0,02% max |
| AMS 2241 | Überprüfung der Zusammensetzung | Ni: Bal, Cr: 22,7%, W: 13% |
| ASTM E45 | Chemische Analyse | Entspricht der Norm AMS 7268 |
| ASTM B833 | Scheinbare Dichte und Durchflussmenge | Typisch 2,5-4,5 g/cc, 25-35 s/50g |
| AMS 2403 | Prüfung der Kontamination | Erfüllt die Sauberkeitsstandards der Luft- und Raumfahrt |
Seriöse Pulverhersteller prüfen jede Charge vor der Freigabe nach diesen Spezifikationen. Dies gewährleistet gleichbleibende Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit im Drucker.
Überlegungen zur Druckqualität
Um eine optimale Verdichtung und mechanische Leistung beim Drucken von Teilen aus Hastelloy G30 zu erreichen, sollten Sie diese Qualitätsaspekte berücksichtigen:
- Minimierung der Porosität: Nach dem Druck sollte heißisostatisches Pressen (HIP) angewendet werden, um innere Hohlräume zu beseitigen und eine Dichte von >99,9% zu erreichen.
- Oberfläche: Die zusätzliche Bearbeitung ermöglicht die Kontrolle über kritische Abmessungen und verbessert die Oberflächenrauheit.
- Anisotropie: Mechanische Eigenschaften wie Härte und Streckgrenze weisen eine Richtungsabhängigkeit auf, die von der Bauausrichtung abhängt. Testen Sie sowohl entlang horizontaler als auch vertikaler Achsen.
- Nachbearbeiten: Die Wärmebehandlung durch Ausscheidungshärtung nach dem Druck führt zu einer erheblichen Verfestigung gegenüber dem unbedruckten Zustand. Eine Lösungsglühung mit anschließender Alterung wird empfohlen.
- Prüfung: Drucken Sie eine Reihe von standardisierten Testgeometrien mit jedem Build, um eine detaillierte Charakterisierung und Qualitätsprüfung zu ermöglichen.
Mit optimierten Parametern und geeigneter Nachbearbeitung lassen sich bei gedruckten Hastelloy G30-Bauteilen bessere Eigenschaften als bei gegossenen oder geschmiedeten Pendants erzielen.
FAQ
F: Welcher Partikelgrößenbereich wird für den Druck von Hastelloy G30 empfohlen?
A: Es wird eine gemischte Pulververteilung zwischen 15 und 45 Mikron empfohlen, da dies eine dichte Packung ermöglicht, die bei der Neubeschichtung dennoch reibungslos fließt.
F: Ist für Hastelloy G30 nach dem Laserdrucken ein heißisostatisches Pressen (HIP) erforderlich?
A: Ja, HIP hilft bei der Beseitigung innerer Hohlräume, verbessert das Ermüdungsverhalten und gewährleistet gleichbleibende Eigenschaften bei großen gedruckten Bauteilen. In der Regel wird HIP bei 1160°C unter 100-150 MPa Druck für 4 Stunden angewendet.
F: Welche Wärmebehandlung wird eingesetzt, um die Eigenschaften von druckfertigen G30-Teilen zu verbessern?
A: Eine Lösungsglühung bei 1120°C für 1 Stunde, gefolgt von einer Alterung bei 850°C für 4 Stunden, führt zu einer erheblichen Verfestigung und Härtesteigerung gegenüber dem unbedruckten Zustand aufgrund von Gamma-Prime- und Gamma-Doppel-Prime-Ausscheidungen.
F: Ist Hastelloy G30 leicht schweißbar, um es mit anderen Legierungskomponenten zu verbinden?
A: Ja, Hastelloy G30 weist eine ausgezeichnete Schweißbarkeit auf. Die niedrige thermische Ausdehnung entspricht der anderer Nickellegierungen für zuverlässige Schweißkonstruktionen in Hochtemperaturanwendungen.
F: Welche gestalterischen Überlegungen sind beim Drucken komplexer Formen mit Hastelloy G30-Pulver anzustellen?
A: Geringe Wandstärken, die Vermeidung von Überhängen und Neigungswinkeln über 60° sowie ausreichende Stützstrukturen tragen dazu bei, Eigenspannungen zu reduzieren und Verformungen oder Zusammenbrüche beim Drucken komplexer Geometrien zu vermeiden.
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