Nickellegierung 52 Pulver
Nickel Alloy 52-Pulver, auch bekannt als Nicrofer 5220h oder 2.4631-Pulver, ist ein Pulver aus einer Nickel-Chrom-Legierung, das für additive Fertigungs- und Metall-3D-Druckanwendungen verwendet wird. Diese Legierung zeichnet sich durch hohe Festigkeitseigenschaften in Verbindung mit einer hervorragenden Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen aus.
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Inhaltsübersicht
Nickel Alloy 52-Pulver, auch bekannt als Nicrofer 5220h oder 2.4631-Pulver, ist ein Pulver aus einer Nickel-Chrom-Legierung, das für additive Fertigungs- und Metall-3D-Druckanwendungen verwendet wird. Diese Legierung zeichnet sich durch hohe Festigkeitseigenschaften in Verbindung mit einer hervorragenden Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen aus.
Überblick über Nickellegierung 52 Pulver
Nickel-Legierung 52-Pulver hat die folgenden Hauptmerkmale:
- Zusammensetzung: Nickel, Chrom, Eisen, Molybdän
- Hohe Temperaturbeständigkeit und Kriechfestigkeit
- Ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
- Für die additive Fertigung, 3D-Druck
- Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung, chemischen Verarbeitung
Tabelle 1: Pulvereigenschaften der Nickellegierung 52
| Eigenschaften | Einzelheiten |
|---|---|
| Zusammensetzung | Ni: Gleichgewicht, Cr: 22%, Fe: 22%, Mo: 3% |
| Dichte | 8,3 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 1390°C |
| Höchste Zugfestigkeit | 850-1000 MPa |
| Streckgrenze (bei 20°C) | 450 MPa |
| Dehnung | 30-35% |
| Wärmeleitfähigkeit | 11 W/m-K |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 16 x 10-6/K |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet in oxidierenden und reduzierenden Umgebungen bis zu 1100°C |
| Oxidationsbeständigkeit | Ausgezeichnete isotherme Oxidationsbeständigkeit in Luft bis zu 1100°C |
Tabelle 2: Pulvergrößen der Nickellegierung 52
| Größe des Pulvers | Bereich | Partikelform |
|---|---|---|
| Feine Qualität | 15-45 μm | Sphäroidisch |
| Grobe Sorte | 45-150 μm | Sphäroidisch |
Tabelle 3: Preise für Pulver aus Nickellegierung 52
| Pulverqualität | Preisgestaltung |
|---|---|
| Feinheitsgrad (<45 μm) | $100/kg |
| Grobkörnig (45-150 μm) | $90/kg |
Zusammensetzung von Nickel-Legierung 52-Pulver
Die Zusammensetzung der Nickellegierung 52 besteht in erster Linie aus Nickel, aber auch aus erheblichen Mengen an Chrom, Eisen und einem geringen Anteil an Molybdän.
Nickel ist das Hauptelement, das nach den anderen Legierungselementen den Rest der Zusammensetzung ausmacht. Nickel sorgt für Korrosionsbeständigkeit, Duktilität und mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.
Chrom (Cr) stellt 22% aus Nickel-Legierung 52 Pulver dar. Der Zusatz von Chrom erhöht die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit erheblich. Es bietet auch Mischkristallverfestigung.
Eisen (Fe) wird bis zu 22% zugesetzt, um die Hochtemperaturfestigkeit durch Mischkristallverfestigung zu verbessern, ohne die Duktilität oder Verarbeitbarkeit zu beeinträchtigen.
Molybdän (Mo) macht 3% der Legierungszusammensetzung aus. Molybdän verbessert außerdem die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, die Kriechfestigkeit und die Stabilität der Legierung.
Dank dieser optimierten chemischen Zusammensetzung weist das Pulver aus Nickellegierung 52 eine außergewöhnliche Kombination aus Hochtemperaturfestigkeit, Kriechfestigkeit, Schweißbarkeit und Korrosions-/Oxidationsbeständigkeit auf.
Eigenschaften und Merkmale
Die Nickellegierung 52 zeichnet sich durch beeindruckende mechanische Eigenschaften in Verbindung mit hervorragender Hochtemperaturkorrosions- und Oxidationsbeständigkeit aus, die im Folgenden zusammengefasst sind:
Hohe Festigkeit: Nickel-Legierung 52 Pulver kann eine Zugfestigkeit von mehr als 1000 MPa und eine Streckgrenze über 450 MPa bei Raumtemperatur. Das bedeutet, dass die gedruckten Teile eine sehr hohe Festigkeit aufweisen und hohen mechanischen Belastungen standhalten können.
Gute Duktilität: Trotz ihrer hohen Festigkeit weist die Nickellegierung 52 eine angemessene Dehnung von 30-35% auf, die eine gewisse Flexibilität und Bruchfestigkeit ermöglicht.
Ausgezeichnete Kriechfestigkeit: Die Legierung weist aufgrund ihrer Mischkristallverfestigung und Ausscheidungsbildung eine hervorragende Zeitstandfestigkeit bis zu 850°C auf. Dies ermöglicht eine Beständigkeit gegen Verformung bei anhaltender Belastung über längere Zeit.
Widerstandsfähig gegen thermische Ermüdung und Zyklen: Nickel-Legierung 52-Pulver kann schnelle Erwärmungs- und Abkühlungszyklen ohne Rissbildung oder vorzeitiges Versagen überstehen. Dies ist entscheidend für Bauteile, die schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind.
Korrosionsbeständig: Der hohe Chrom- und Molybdängehalt ermöglicht eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in oxidierenden, neutralen und reduzierenden Umgebungen bis zu Temperaturen von über 1000°C.
Oxidationsbeständigkeit: Eine sehr fest haftende, chromreiche Oxidschicht schützt das Material vor Oxidationsschäden in Luftumgebungen bis zu 1100°C. Sie widersteht der Losbrechoxidation auch nach längerem Gebrauch.
Insgesamt macht die Kombination aus Festigkeit, Duktilität, Kriechbeständigkeit und Korrosions-/Oxidationsbeständigkeit bei extremen Temperaturen die Nickellegierung 52 zu einem vielseitigen Hochleistungswerkstoff für Metall-AM und 3D-Druck im Pulverbettverfahren.
Anwendungen von Nickellegierung 52-Pulver
Die Nickellegierung 52 wird in kritischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Energieerzeugung, in der chemischen Verarbeitung und in anderen Branchen mit rauen Umgebungsbedingungen eingesetzt, wo die Fähigkeit, extremen Temperaturen und Korrosion standzuhalten, die Lebensdauer und Sicherheit der Komponenten beeinflusst.
Tabelle 4: Anwendungen von Pulver aus Nickellegierung 52 in verschiedenen Bereichen
| Sektor | Komponenten | Nachfragetreiber |
|---|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln und -leitbleche, Raketendüsen, Verbrennungsauskleidungen | Hochtemperaturfestigkeit für Antriebssysteme |
| Stromerzeugung | Wärmetauscher, Verbindungselemente | Korrosionsbeständigkeit für Anlagen für fossile Brennstoffe |
| Chemie und Petrochemie | Ventile, Reaktoren, Wärmetauscher | Oxidationsbeständigkeit für Prozesse mit überhitztem Dampf |
| Marine | Auspuffkomponenten | Korrosionsbeständigkeit in Meeresumgebungen |
Einige spezifische Anwendungen sind:
- Triebwerkskomponenten für die Luft- und Raumfahrt wie Schaufeln, Düsen, Gehäuse und Verkleidungen
- Heißteile für industrielle Gasturbinen
- Düsen für Raketentriebwerke
- Wärmetauscherrohre für chemische Raffinerien und Offshore-Plattformen
- Ventile und Verarbeitungsgeräte für korrosive Chemikalien
- Abgaskomponenten und Turbolader in Schiffsmotoren
Die Möglichkeit, komplizierte, anpassbare Geometrien in 3D zu drucken, die auf herkömmliche Weise nicht hergestellt werden können, erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der Nickellegierung 52 in verschiedenen Branchen.
Metall-3D-Druck mit Nickellegierung 52-Pulver
Das Pulver der Nickellegierung 52 wird hauptsächlich als Ausgangsmaterial für additive Metallherstellungsverfahren auf der Grundlage des Pulverbettschmelzens (PBF) verwendet, einschließlich des selektiven Laserschmelzens (SLM) und des direkten Metalllasersinterns (DMLS).
Der typische 3D-Druckprozess umfasst folgende Schritte:
- Auftragen einer gleichmäßigen Schicht aus Nickel-Legierung 52-Pulver auf die Bauplattform
- Selektives Schmelzen von Pulver zur Verfestigung des Querschnitts mittels Laser
- Absenken der Plattform und Auftragen einer neuen Pulverschicht
- Wiederholung von Schicht für Schicht, bis das Teil vollständig ist
Tabelle 5: Typische 3D-Druckparameter für Nickel-Legierung 52-Pulver
| Parameter | Einzelheiten |
|---|---|
| Schichtdicke | 20-50 μm |
| Laserleistung | Bis zu 500 W |
| Scan-Geschwindigkeit | 750-3500 mm/s |
| Abstand zwischen den Luken | 80-200 μm |
| Inertes Gas | Argon oder Stickstoff |
Die ausgezeichnete Fließfähigkeit und die hohe Dichte des Nickellegierung 52-Pulvers ermöglichen eine gleichmäßige Verteilung sowie eine gute Absorption und Speicherung der Laserenergie, was zu einer hervorragenden Bedruckbarkeit führt.
Durch geeignete Glühbehandlungen werden die inneren Spannungen, die durch die schnelle Erstarrung bei AM-Prozessen entstehen, abgebaut, so dass die Metallteile die Konstruktionsanforderungen erfüllen können.
Im Vergleich zum Gießen/Schmieden bietet die additive Fertigung von Bauteilen aus Nickellegierung 52 folgende Vorteile:
- Komplexe Geometrien, die sonst nicht möglich sind
- Reduzierte Montageteile durch konsolidierte Konstruktionen
- Kürzere Entwicklungszeiten
- Niedrigere Kosten für die Produktion kleinerer Serien
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Ausgezeichnete Reproduzierbarkeit von Teil zu Teil
Allerdings sind die Grenzen der Metall-AM zu beachten:
- Höhere Kosten für große Produktionsmengen
- Eingeschränkte maximale Größe der Teilehülle
- Zusätzliche Nachbearbeitung kann erforderlich sein
- Anisotrope Materialeigenschaften
Insgesamt bietet der 3D-Druck für kleine Nischenanwendungen, bei denen Faktoren wie Designkomplexität, individuelle Anpassung, Kosten und Vorlaufzeiten entscheidend sind, bahnbrechende Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren.
Nickellegierung 52 Pulver Lieferanten
Zu den weltweit führenden Anbietern von Nickellegierung 52-Pulver speziell für die additive Fertigung von Metallen gehören:
Tabelle 6: Hersteller von Nickellegierungspulver 52
| Unternehmen | Standort |
|---|---|
| Sandvik Fischadler | Wales, UK |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Virginia, USA |
| Höganäs | Schweden |
| Praxair | Indiana, USA |
| Sentient Jet | Kalifornien, USA |
Zu den Faktoren, die die Pulverhersteller unterscheiden, gehört die Qualitätskontrolle in:
- Die chemische Zusammensetzung entspricht den strengen Normen der Luft- und Raumfahrt
- Sphäroidische Partikelformverteilung
- Strenge Handhabungsverfahren zur Vermeidung von Kontaminationen
- Verschiedene Partikelgrößen verfügbar
- Konsistente Pulvermorphologie von Charge zu Charge
Daher ist es für 3D-Druckereien wichtig, einen zuverlässigen Lieferanten auszuwählen, der eine vollständige Qualitätssicherungszertifizierung für Nickel-Legierung 52-Pulver anbietet, das genau auf die Parameter und Anforderungen ihres Bauprozesses abgestimmt ist.
Nickel-Legierung 52 Pulver Kosten
Pulver aus Nickellegierungen sind teurer als herkömmliche Pulver aus rostfreiem Stahl, da sie eine eigene Zusammensetzung mit höherem Nickel- und Chromgehalt aufweisen.
Vergleiche mit anderen Nickellegierungspulvern
Das Pulver der Nickellegierung 52 bietet wesentlich bessere mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen und eine bessere Korrosionsbeständigkeit als andere Nickellegierungen der Einstiegsklasse, ist jedoch teurer.
Tabelle 7: Vergleich der Nickellegierung 52 mit anderen Nickellegierungspulvern
| Legierung | Stärke | Oxidationsbeständigkeit | Korrosionsbeständigkeit | Kosten |
|---|---|---|---|---|
| Nickellegierung 52 | Höchste | Bis zu 1100°C | Ausgezeichnet bis zu 1100°C | Hoch |
| Inconel 718 | Mittel | Bis zu 700°C | Mäßig bis zu 700°C | Mittel |
| Inconel 625 | Niedrigste | Bis zu 980°C | Gut bis zu 980°C | Niedrig |
Inconel 718 ist eine billigere Alternative zu Nickellegierungspulver, aber es beginnt bei über 650°C weich zu werden und kann daher nicht mit der 1100°C-Temperaturbeständigkeit von Nickellegierung 52 mithalten. Außerdem weist es eine geringere Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei extremen Temperaturen auf.
Inconel 625 bietet eine gute Oxidationsbeständigkeit im Dauerbetrieb bei bis zu 980°C. Für Anwendungen mit dynamischer Belastung ist die Festigkeit bei hohen Temperaturen jedoch nicht ausreichend. Die Festigkeit nimmt über 700°C schnell ab.
In extremen Umgebungen mit Temperaturen von mehr als 1000 °C und Heißkorrosion oder Oxidation übertrifft die Nickellegierung 52 eindeutig die alternativen Werkstoffe, allerdings mit einem höheren Kostenaufschlag. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen können Inconel 718 oder 625 jedoch eine ausreichende Leistung zu niedrigeren Pulverpreisen bieten.
Normen und Güten für Pulver aus Nickellegierung 52
Das Pulver aus Nickellegierung 52 für AM-Anwendungen wird gemäß den folgenden internationalen Materialspezifikationen hergestellt:
- ASTM B466: Norm für Gussstücke aus Nickel-Chrom-Molybdän-Columbium-Legierungen
- AMS 5832: Nickel-Legierung, korrosions- und hitzebeständig, Stangen, Schmiedestücke und Ringe 52.5Ni - 22Cr - 22Fe - 3Mo
- DIN 2.4631 / NiCr22Fe19Mo3: Hitzebeständige Gusslegierung
Diese Spezifikationen definieren die akzeptablen Standards für die Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, die Kornstruktur, die Oberflächenbeschaffenheit und die Qualitätsprozesse in den globalen Lieferketten.
Tabelle 8: Zertifizierungsarten für Pulver aus Nickellegierung 52
| Zertifizierung | Beschreibung |
|---|---|
| AS9100D Luft- und Raumfahrt | Erfüllt die Lufttüchtigkeitsqualitätsmanagementnormen für flugkritische Luft- und Raumfahrtanwendungen |
| ISO 9001 | Überprüfung der Einhaltung des Qualitätsmanagementsystems in der gesamten Produktion und Lieferkette |
| ISO 13485 | Bestätigt, dass die strengen Vorschriften für Medizinprodukte eingehalten werden |
Führende Hersteller von Metall-AM-Pulvern haben ihre Nickel-Legierung 52-Pulver nach diesen Spezifikationen zertifizieren lassen, so dass die Kunden sicher sein können, dass sie fehlerfreie, qualitativ hochwertige Materialien erhalten, die für regulierte Anwendungen in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Energie und Medizin geeignet sind.
Best Practices für die Entwicklung von Druckparametern
Da die Nickellegierung 52 für den 3D-Metalldruck relativ neu ist, sind die effektiven Druckparameter noch nicht standardisiert worden. Druckereien sollten eng mit ihren Pulverlieferanten und Drucker-OEMs zusammenarbeiten, um optimierte Bauparameter auf einer Versuch-und-Irrtum-Basis zu entwickeln, wobei Faktoren wie:
- Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schraffurabstände
- Einstellungen des Inertgasflusses
- Vorwärm- und Grundplattenheiztemperaturen
- Teileorientierung und Unterstützungsstrukturen
- Glühzyklen
Eine umfassende Materialcharakterisierung ist unerlässlich, wobei Testgeometrien verwendet werden müssen, um die erreichbaren Materialeigenschaften für eine ausreichende Teileleistung zu quantifizieren. Mikrostruktur- und Härtemessungen, Zugversuche und Mikroskopie sollten durchgeführt werden, um den Aufbau der Proben zu vergleichen, bevor in teure Produktionsläufe für das endgültige Teil investiert wird.
Tabelle 9: Richtlinien für die Entwicklung der Druckparameter für die Nickellegierung 52
| Zielsetzung | Methode | Metriken | Ziel |
|---|---|---|---|
| Optimierung der Dichte | Experimente mit Parametermatrix | Relative Dichte | >99,5% |
| Abbau von Eigenspannung | Geänderte Scanmuster, vor/nach der Erwärmung | Verformung, XRD, Modellierung | Minimierte Verzerrung |
| Mechanische Eigenschaften | Zug-/Ermüdungsprüfung | UTS, Streckgrenze, Dehnung % | Zieleigenschaften abgleichen |
| Kontrolle der Mikrostruktur | Parameter-Variationen | Korngröße, Phasenanalyse | Gleichmäßige, feine Körner |
| Minimierung der Kosten | Analyse der Packungsgröße | Teilemenge pro Build | Maximiert |
Mit strengen Testprotokollen, die diese bewährten Verfahren nutzen, können Anwender optimale Einstellungen wählen, um das volle Potenzial von Nickel Alloy 52 in ihren spezifischen Anwendungen auszuschöpfen. Beraten Sie sich eng mit Experten von Materiallieferanten, Drucker-OEMs und Drittanbietern, um solche Entwicklungsverfahren effektiv umzusetzen.
FAQ
Hier werden einige häufig gestellte Fragen zum 3D-Druck von Metallen mit Nickel-Legierung 52-Pulver beantwortet:
Welcher Partikelgrößenbereich eignet sich am besten für das Laser-Pulverbett-Schmelzdrucken von Nickellegierung 52?
Für das präzise Scannen dünner Schichten wird eine Partikelgröße zwischen 15 und 45 Mikron als feinstes Pulver empfohlen. Gröbere Pulver von 45 bis 100 Mikron können auch bei höheren Geschwindigkeiten eine gute Druckfähigkeit bieten, da sie die Laserreflexion verringern.
Welche Art der Nachbearbeitung ist bei AM Nickel Alloy 52 Teilen erforderlich?
Gedruckte Bauteile aus Nickellegierung 52 weisen aufgrund des lokalen Schmelzens und der schnellen Erstarrung, die beim 3D-Druck auftreten, Restspannungen auf. Spannungsabbauende Wärmebehandlungen zwischen 700°C und 1000°C auf der Basis von HIP oder Vakuumofenglühen sind entscheidend, um innere Spannungen zu beseitigen und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Durch zusätzliches heißisostatisches Pressen kann die Dichte weiter maximiert werden. Minimale Bearbeitungen oder Schleifen können ebenfalls angewandt werden, um die Maßgenauigkeit und die gewünschte Oberflächengüte zu erreichen.
Ist die Nickellegierung 52 mit dem Multimaterialdruck oder der Legierung durch Metall-AM kompatibel?
Ja, Verbundwerkstoffe aus Nickellegierungen oder funktional abgestufte Werkstoffe mit allmählichen Übergängen von Nickellegierung 52 zu anderen Pulverlegierungen wie Edelstahl sind ohne umfangreiche werkstoffkundliche Änderungen durchaus machbar. Die Elemente der Binderlegierung und die Zusammensetzung des Grundnickels ermöglichen kompatible Legierungs- oder Mischungsmöglichkeiten innerhalb der AM-Bauvolumen.
Können Sie Bauteile aus AM Nickel Alloy 52 schweißen oder additiv reparieren?
Ja, Teile aus der Nickellegierung 52, die im Pulverbettschmelzverfahren gedruckt werden, können mit Hilfe von AM-Verfahren, die auf gerichteter Energieabscheidung basieren, wie z. B. der Laser-Metallabscheidung (LMD) oder der additiven Fertigung mit Elektronenstrahl, erfolgreich geschweißt oder repariert werden. Für den Aufbau verschlissener Bereiche oder die Verbindung von Teilkomponenten muss ein kompatibler Nickelzusatzwerkstoff verwendet werden, der die gewünschten chemischen und mechanischen Eigenschaften sowie die Hochtemperaturleistung beibehält.
Welche Konstruktionsprinzipien sollten bei der Modellierung von Teilen aus der Nickellegierung 52 für Metal AM beachtet werden?
Es müssen Konstruktionsrichtlinien für Pulverbettschmelzverfahren implementiert werden, die Faktoren wie eine optimale Teileausrichtung, minimale Überhangswinkel, ausreichende Wandstärken, geeignete Stützstrukturen und Übergangsradien berücksichtigen, um solide Konstruktionen zu ermöglichen. Die Berücksichtigung von Fertigungseinschränkungen und potenzieller Nachbearbeitung im Vorfeld des CAD-Modells ist der Schlüssel zur Herstellung voll funktionsfähiger Komponenten aus Nickellegierung 52 im 3D-Druck.
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