Nickellegierung HX-Pulver

Pulver aus der Nickellegierung HX kann zur Herstellung komplexer Bauteile mit Netzform mittels additiver Pulverbettschmelzverfahren wie selektivem Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) verwendet werden. Aufgrund seiner Eigenschaften eignet es sich fĂŒr Teile, die eine hohe Festigkeit, HitzebestĂ€ndigkeit und KorrosionsbestĂ€ndigkeit erfordern, in einer Reihe von Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Automobil und allgemeine Industrie.

Das Legierungssystem ermöglicht die Anpassung der Eigenschaften durch WĂ€rmebehandlung. Das LösungsglĂŒhen mit anschließender Alterung ermöglicht die Optimierung von Festigkeit, DuktilitĂ€t und RissbestĂ€ndigkeit je nach Anwendungsanforderungen.

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InhaltsĂŒbersicht

Übersicht

Nickel Alloy HX-Pulver ist ein Pulver aus einer Nickel-Chrom-Eisen-MolybdĂ€n-Legierung, das fĂŒr additive Fertigungsanwendungen entwickelt wurde, die eine hohe Festigkeit, KorrosionsbestĂ€ndigkeit und HochtemperaturfĂ€higkeit erfordern. Zu den wichtigsten Eigenschaften von Nickel Alloy HX-Pulver gehören:

Nickellegierung HX-Pulver Wichtige Eigenschaften

Eigentum Beschreibung
Zusammensetzung Nickel, Chrom, Eisen, MolybdÀn
Schmelzpunkt 1390-1440°C
Dichte 8,2 g/cm3
StÀrke Ausgezeichnete Festigkeit von kryogenen Temperaturen bis 1095°C
KorrosionsbestÀndigkeit WiderstandsfÀhig gegen eine Vielzahl von korrosiven Umgebungen
Thermische StabilitÀt BehÀlt seine Festigkeit und KorrosionsbestÀndigkeit auch bei hohen Temperaturen bei
Additive Herstellbarkeit Optimierte PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung und Morphologie fĂŒr AM-Prozesse

Pulver aus der Nickellegierung HX kann zur Herstellung komplexer Bauteile mit Netzform mittels additiver Pulverbettschmelzverfahren wie selektivem Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) verwendet werden. Aufgrund seiner Eigenschaften eignet es sich fĂŒr Teile, die eine hohe Festigkeit, HitzebestĂ€ndigkeit und KorrosionsbestĂ€ndigkeit erfordern, in einer Reihe von Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Automobil und allgemeine Industrie.

Das Legierungssystem ermöglicht die Anpassung der Eigenschaften durch WĂ€rmebehandlung. Das LösungsglĂŒhen mit anschließender Alterung ermöglicht die Optimierung von Festigkeit, DuktilitĂ€t und RissbestĂ€ndigkeit je nach Anwendungsanforderungen.

Insgesamt stellt die Nickellegierung HX ein fortschrittliches Materialsystem dar, das die Konstruktion von Komponenten der nÀchsten Generation durch additive Fertigung ermöglicht.

Zusammensetzung

Die Zusammensetzung von Nickel Alloy HX-Pulver bietet ein optimales Gleichgewicht der Eigenschaften fĂŒr technische Hochleistungskomponenten:

Nickel-Legierung HX Pulverzusammensetzung

Element Gewicht % Rolle
Nickel 50-55% PrimĂ€relement fĂŒr KorrosionsbestĂ€ndigkeit und Hochtemperaturfestigkeit
Chrom 15-20% Verbessert die Oxidations- und KorrosionsbestÀndigkeit
Eisen Bilanz TrÀgt zu hoher Festigkeit und HÀrte bei
MolybdÀn 8-10% Mischkristallverfestiger, verbessert die Kriechstromfestigkeit
Titan + Aluminium 3-4% gesamt Karbidbildner fĂŒr die AusscheidungshĂ€rtung
Kohlenstoff <0,05% Hartmetall-Former

Der hohe Nickel- und Chromgehalt sorgt fĂŒr eine ausgezeichnete Korrosions- und OxidationsbestĂ€ndigkeit. MischkristallhĂ€rtende Elemente wie MolybdĂ€n zusammen mit Ausscheidungen aus Titan, Aluminium und Kohlenstoff ermöglichen Festigkeitsniveaus ĂŒber einen weiten Temperaturbereich von kryogenen Temperaturen bis 1095°C.

Die Anpassung des Titan- und Aluminiumgehalts ermöglicht die Einstellung des Volumenanteils und der Art der Ausscheidungen zur Optimierung der Festigkeit und der RissbestÀndigkeit entsprechend den spezifischen Bauteilanforderungen.

Eigenschaften

Nickel-Legierung HX-Pulver hat eine einzigartige Kombination von mechanischen Eigenschaften, KorrosionsbestĂ€ndigkeit und thermischer Belastbarkeit, die es fĂŒr kritische Komponenten geeignet macht:

Eigenschaften von Nickel-Legierung HX-Pulver

Eigentum Beschreibung
Dichte 8,2 g/cm3
Schmelzbereich 1390-1440°C
StĂ€rke Höchstzugkraft 130-160 ksi<br>Streckgrenze 115-130 ksi
Dehnung 15-25%
HĂ€rte 32-36 HRC
SchlagzÀhigkeit 50-80 ft-lbs
WÀrmeleitfÀhigkeit 9-12 W/m-K
WÀrmeausdehnungskoeffizient 12-13 x 10-6/°C
Maximale Betriebstemperatur 1095°C
KorrosionsbestÀndigkeit Ausgezeichnet in verschiedenen Umgebungen
OxidationsbestÀndigkeit BestÀndig bis 1095°C
Thermische ErmĂŒdungsbestĂ€ndigkeit Hervorragende Lebensdauer bei thermischer ErmĂŒdung
Thermische StabilitÀt BehÀlt seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen
Kerb-Empfindlichkeit Geringe Kerbempfindlichkeit

Dank der feinen Pulvermorphologie und der optimierten PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung lassen sich mit dem Pulver aus der Nickellegierung HX Bauteile mit hoher Dichte (>99,5%) drucken. Dadurch kann das volle Potenzial der Legierung in Bezug auf mechanische Eigenschaften und Leistung ausgeschöpft werden.

Die LösungsglĂŒhung mit anschließender AlterungsglĂŒhung ermöglicht die Anpassung der Festigkeits- und DuktilitĂ€tswerte an die spezifischen Anforderungen des Bauteils. FĂŒr maximale Festigkeit wird in der Regel eine Alterung bei 720 °C fĂŒr 16 Stunden durchgefĂŒhrt.

Anwendungen

Die Kombination der Eigenschaften von Nickellegierung HX-Pulver macht es fĂŒr eine Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungen in verschiedenen Branchen geeignet:

Industrien, die Nickellegierung HX-Pulver verwenden

  • Luft- und Raumfahrt
  • Öl und Gas
  • Automobilindustrie
  • Industriell

Komponentenanwendungen

  • Verbrennungsdosen
  • BuchsengehĂ€use
  • Ventile und VentilgehĂ€use
  • Kolbenteile
  • Komponenten zum Pumpen
  • Gedruckte WĂ€rmetauscher
  • Fluidtechnische Teile
  • EinsĂ€tze fĂŒr Werkzeuge

Die ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit ermöglicht leichtere Bauteile in der NĂ€he der WĂ€rmequelle, wie Brennkammern, DĂŒsenkomponenten, Ablassventile usw. in den Triebwerken der nĂ€chsten Generation der Luft- und Raumfahrt.

Die KorrosionsbestĂ€ndigkeit ermöglicht den Einsatz in Ölfeldkomponenten wie Ventilen, Pumpen und Bohrlochwerkzeugen. Die BestĂ€ndigkeit gegen saure Umgebungen erweitert die Anwendbarkeit bei Öl- und Gasanwendungen.

In der Automobilindustrie werden Hochtemperaturventile, -pumpen und -turboladerkomponenten durch die thermische Belastbarkeit und DimensionsstabilitÀt der Legierung ermöglicht.

Die additive Fertigung mit HX-Pulver aus einer Nickellegierung ermöglicht auch optimierte WĂ€rmetauscher, leichte Flansche, GehĂ€use mit integrierten KanĂ€len und KĂŒhlelemente in verschiedenen Branchen.

Spezifikationen

Nickel-Legierung HX-Pulver wird von fĂŒhrenden Herstellern wie Carpenter Additive, Sandvik Osprey, Erasteel, Praxair Surface Technologies usw. geliefert. Es erfĂŒllt die folgenden Pulverspezifikationen:

Spezifikationen fĂŒr Nickellegierung HX-Pulver

Parameter Spezifikation
Zusammensetzung des Pulvers <2% Abweichung vom Nennwert
PartikelgrĂ¶ĂŸe 15-53 Mikrometer
Scheinbare Dichte Typischerweise > 4,0 g/cm3
Halle Durchflussmenge <30s/50g
Feuchtigkeitsgehalt <0,1 wt%

Die PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung ermöglicht es, dĂŒnne Pulverschichten zu verteilen und nach dem Schmelzen nahezu vollstĂ€ndig dichte Teile zu erhalten. Die hohe FließfĂ€higkeit und SchĂŒttdichte des Pulvers erleichtern die Handhabung des Pulvers beim Laden und bei der Wiederverwendung.

Normen

Obwohl es derzeit keine spezielle Norm gibt, stimmen die Spezifikationen fĂŒr Nickel-Legierung HX-Pulver mit den Zusammensetzungsgrenzen in Normen fĂŒr Knetformen wie z.B.:

  • AMS 5754
  • AMS 5844
  • AMS 5845
  • UNS N06002

Zu den gleichwertigen Knetlegierungen gehören Haynes 214, Inconel 718, Waspaloy usw. Mit der zunehmenden Nutzung der additiven Fertigung werden spezielle Normen fĂŒr Nickellegierungspulver entstehen.

Lieferanten und Preisgestaltung

HX-Pulver aus einer Nickellegierung ist bei fĂŒhrenden Anbietern von Metallpulvern und OEMs von additiven Fertigungsanlagen erhĂ€ltlich:

Nickellegierung HX-Pulver Lieferanten

Anbieter Beschreibung
Zimmerer-Zusatzstoff Breiteste Palette an Nickellegierungspulvern fĂŒr AM
Sandvik Fischadler Breite Palette von Nischenlegierungspulvern fĂŒr AM
Erasteel Spezialist fĂŒr Pulvermetallurgie mit breitem Fachwissen ĂŒber Legierungspulver
Praxair OberflĂ€chentechnologien FĂŒhrender Anbieter von Metallpulvern fĂŒr die AM-Industrie
SLM-Lösungen Bietet optimierte Legierungspulver fĂŒr seine AM-Systeme an
GE-Zusatzstoff Liefert Legierungspulver fĂŒr Gesundheitswesen, Luftfahrt und industrielle AM

Typische Preise fĂŒr Nickel-Legierung HX-Pulver liegen im Bereich von $$$/kg. Der hohe Reinheitsgrad, die umfassende QualitĂ€tskontrolle und die optimierten Partikeleigenschaften sind der Grund fĂŒr den hohen Preis dieses hochentwickelten Legierungspulvers.

Kostenvergleich mit Alternativen

Legierungspulver VorlÀufige Preisgestaltung
Nickellegierung HX $$$/kg
Titan Ti64 $$/kg
Aluminium AlSi10Mg $/kg
Rostfreier Stahl 316L $$/kg

Die Preise variieren zwischen den Lieferanten je nach Bestellmenge, QualitÀtsanforderungen und geografischen Faktoren. Bei Bestellungen von mehr als 500-1000 kg können Mengenrabatte gewÀhrt werden.

Vorteile und BeschrÀnkungen

Die Nickellegierung HX bietet einige klare Vorteile, aber auch gewisse EinschrÀnkungen:

Vorteile

  • Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften von kryogenen Temperaturen bis 1095°C
  • BehĂ€lt seine Festigkeit und KorrosionsbestĂ€ndigkeit auch bei hohen Temperaturen bei
  • Widersteht einer Vielzahl von korrosiven Umgebungen
  • Thermische ErmĂŒdung und OxidationsbestĂ€ndigkeit bis zu 1095°C
  • Niedriger WĂ€rmeausdehnungskoeffizient
  • Additive Herstellbarkeit mit PBF-Verfahren
  • Teile können zur Anpassung der Eigenschaften wĂ€rmebehandelt werden

BeschrÀnkungen

  • Hohe Materialkosten im Vergleich zu StĂ€hlen
  • Geringere Zugdehnung begrenzt die DuktilitĂ€t
  • Erfordert heißisostatisches Pressen (HIP) zur Beseitigung der inneren PorositĂ€t
  • Begrenzte Anzahl von Anbietern von Legierungspulver derzeit
  • Parameterentwicklung fĂŒr neue Additivsysteme erforderlich

Bei Bauteilen, die thermischen und mechanischen Belastungen in korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, ĂŒberwiegen die Vorteile der Nickellegierung HX die EinschrĂ€nkungen hinsichtlich Kosten und DuktilitĂ€t.

Qualifizierung und Druck

Die Qualifizierung neuer Materialien wie Nickellegierung HX-Pulver fĂŒr die additive Fertigung erfordert eine umfassende Charakterisierung und Prozessentwicklung:

Qualifizierung von Nickellegierung HX-Pulver

  • Chemische Analyse - BestĂ€tigen Sie die Übereinstimmung der Zusammensetzung mit der Spezifikation mittels Nasschemie oder OES
  • PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung - Validierung der Parameter fĂŒr die SphĂ€rizitĂ€t und GrĂ¶ĂŸe von Pulvern mit Hilfe der Laserbeugung
  • Messungen der scheinbaren Dichte und des Durchflusses - ÜberprĂŒfung der Eignung fĂŒr die Ausbringung von Pulver mit einem Hall-Durchflussmesser gemĂ€ĂŸ ASTM B213-Norm
  • Bewertung der inneren PorositĂ€t - Analyse der GleichmĂ€ĂŸigkeit der Dichte und der inneren Defekte anhand von microCT-Scans
  • Charakterisierung des MikrogefĂŒges - Verwendung von SEM und EDS zur Bewertung der GleichmĂ€ĂŸigkeit der Legierung, der Ausscheidung und der Defekte
  • Entwicklung von Prozessparametern - Optimierung von Laserleistung, Geschwindigkeit und Schraffurabstand fĂŒr Dichte >99,5% anhand von TestwĂŒrfeln
  • Mechanische PrĂŒfungen - DurchfĂŒhrung von Zug-, ErmĂŒdungs-, BruchzĂ€higkeits- und Kriechversuchen an AM-Testteilen und Vergleich mit Kneteigenschaften
  • Zerstörungsfreie Bewertung - Einsatz von Techniken wie FarbeindringprĂŒfung zur Identifizierung von OberflĂ€chen-/TeiloberflĂ€chenfehlern
  • Korrosionstests - Bewertung der Korrosionsrate in relevanten Umgebungen durch Immersionstests oder ASTM-Normen
  • Nachbearbeitung - Untersuchung der Auswirkungen des heißisostatischen Pressens (HIP) und der WĂ€rmebehandlung auf die Eigenschaften
  • Anwendungsdemonstration - Herstellung echter Komponentenprototypen und Messung der funktionalen Leistung im Vergleich zu den Konstruktionszielen

Diese umfangreichen Tests bestĂ€tigen die QualitĂ€t des Legierungspulvers und seine Eignung fĂŒr den Druck von Bauteilen, die den geforderten Eigenschaften entsprechen.

Richtlinien fĂŒr Druckparameter

Typische Parameter fĂŒr das Drucken von Nickel-Legierung HX-Pulver auf dem SLM 125HL-System von SLM Solutions:

Parameter Typischer Wert
Schichtdicke 30-50 ÎŒm
Laserleistung 175-350 W
Scan-Geschwindigkeit 125-250 mm/s
Abstand zwischen den Luken 80-120 ÎŒm
Überlappung der Streifen 50%
Pulverbetttemperatur 80-100°C

Die Parameter variieren je nach den gewĂŒnschten Eigenschaften, der OberflĂ€chenbeschaffenheit, den PrioritĂ€ten fĂŒr die Fertigungsrate und den Möglichkeiten des AM-Systems. Die ParametersĂ€tze werden durch rigorose DOE-AnsĂ€tze kontinuierlich verfeinert, um die druckbare Geometrie und den Eigenschaftsbereich zu erweitern.

Nachbearbeitung

Zu den ĂŒblichen Nachbearbeitungsschritten fĂŒr additiv gefertigte Komponenten aus Nickellegierung HX gehören:

  • Entnahme von der Bauplatte - Drahterodieren oder BandsĂ€gen zum Entfernen von Teilen aus der Platte
  • Entfernung der StĂŒtze - Entfernen Sie die automatisch generierten StĂŒtzen vorsichtig mechanisch oder mit EDM
  • Stressabbau - Erhitzen Sie das Bauteil gleichmĂ€ĂŸig auf 620°C fĂŒr 1-2 Stunden, um Eigenspannungen abzubauen.
  • Heißisostatisches Pressen - HIP bei 1160°C/100-200 MPa fĂŒr 4 Stunden zur Beseitigung der inneren PorositĂ€t >98% Dichte
  • OberflĂ€chenbehandlung - Abrasive Fließbearbeitung und Strahlen verbessern die OberflĂ€chengĂŒte
  • Messung der Abmessungen - BestĂ€tigung kritischer Abmessungen durch CMM-Inspektion und Scannen auf geometrische Genauigkeit
  • PrĂŒfung mit Farbeindringmittel - PrĂŒfung auf auszubessernde OberflĂ€chenfehler mit fluoreszierenden oder sichtbaren Farbstoffeindringmitteln
  • WĂ€rmebehandlung - Lösungsbehandlung 1120°C, schnelle LuftabkĂŒhlung + Alterung 720°C/16 Std. fĂŒr gewĂŒnschte Eigenschaften

Angesichts der geometrischen KomplexitÀt von additiv gefertigten Bauteilen aus Nickel Alloy HX-Pulver ist die Automatisierung der Nachbearbeitungsprozesse von entscheidender Bedeutung.

SorgfĂ€ltige Konstruktions- und UnterstĂŒtzungsstrategien sind auch bei der Vorverarbeitung von entscheidender Bedeutung, um die nachgeschaltete Effizienz zu verbessern. RegelmĂ€ĂŸige Inspektionen sollten sicherstellen, dass alle Konstruktions- und Zertifizierungsanforderungen erfĂŒllt werden.

Anwendungen und Fallstudien

Die Nickellegierung HX wird in anspruchsvollen Anwendungsbereichen eingesetzt:

Luft- und Raumfahrt

  • VerbrennungsbehĂ€lter - 40% gewichtsreduziert, fĂŒr 100°C höhere Temperaturen geeignet
  • HandelsĂŒbliches Jet-EntlĂŒftungsventilgehĂ€use - Integrierte KĂŒhlkanĂ€le, optimierter FlĂŒssigkeitsstrom
  • Satellitentriebwerkskammern - Hohe Festigkeit im VerhĂ€ltnis zum Gewicht, wiederverwendbar

Öl und Gas

  • SauergasventilgehĂ€use - KorrosionsbestĂ€ndige Nickellegierung widersteht H2S-Umgebung
  • Komponenten fĂŒr Sicherheitsventile im Bohrloch - Widersteht Temperaturen von 150°C und Erosion
  • Offshore-Pumpenlaufrad - Leichtes, effizientes Fördern von FlĂŒssigkeiten unter Seewasser

Automobilindustrie

  • Turbolader-Verdichterrad - HochgeschwindigkeitsfĂ€higkeit bis 110.000 U/min
  • Abgasregelventil - fĂŒr Abgastemperaturen bis zu 1050°C
  • Kolbenkrone - Konforme KĂŒhlkanĂ€le ermöglichen eine höhere Leistungsdichte des Motors

Industriell

  • StranggussdĂŒse - Hochtemperatur-FluidstromgerĂ€t steigert die ProduktivitĂ€t von Stahlwerken
  • Werkzeuge fĂŒr Strangpressen - Verbesserte Haltbarkeit und doppelte Lebensdauer
  • Heizelement fĂŒr Druckmaschinen - Integrierter Kreislauf aus einer Nickellegierung fĂŒr Temperaturen von 700°C

Diese Anwendungsbeispiele zeigen das Potenzial der Nickellegierung HX, die Leistungsgrenzen in verschiedenen Branchen durch additive Verfahren zu erweitern. Eine breitere VerfĂŒgbarkeit von Parameterdaten und Demonstrationen wird die Akzeptanz weiter erhöhen.

FAQs

F: Was sind die Hauptvorteile von Nickellegierung HX gegenĂŒber herkömmlichen Materialien?

Die Nickellegierung HX bietet eine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit bis zu 1095 °C sowie einer ZĂ€higkeit und KorrosionsbestĂ€ndigkeit, die mit herkömmlichen Legierungen nicht erreicht werden kann. Die additive Herstellbarkeit ermöglicht Konstruktionen, die mit subtraktiven Verfahren nicht möglich sind.

F: Welche WĂ€rmebehandlung wird fĂŒr AM-Teile aus Nickellegierung HX verwendet?

Die Lösungsbehandlung bei 1120°C mit anschließender 16-stĂŒndiger Alterung bei 720°C ermöglicht ein hervorragendes Gleichgewicht von Festigkeit (>150 ksi UTS) und DuktilitĂ€t (>16% El.). HIP wird nach der Herstellung und vor der WĂ€rmebehandlung angewendet.

F: Welches AM-Verfahren ist ideal fĂŒr HX-Pulver aus Nickellegierung?

Das selektive Laserschmelzen (SLM) wird bei der Nickellegierung HX dem Elektronenstrahlschmelzen vorgezogen, um thermische Spannungen und Rissbildung besser zu kontrollieren. SLM ermöglicht eine höhere Dichte bei gleichzeitiger Kontrolle der Richtungseigenschaften.

F: Welche Branchen bieten die besten Chancen fĂŒr die EinfĂŒhrung von Nickel-Legierung HX AM?

Die Luft- und Raumfahrt, die Öl- und Gasindustrie, die Automobilindustrie und die industrielle WĂ€rmebehandlung verwenden die Nickellegierung HX fĂŒr Bauteile, die thermische StabilitĂ€t, Festigkeit und KorrosionsbestĂ€ndigkeit erfordern.

F: Sind bei der Handhabung oder Lagerung von Nickel Alloy HX besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich?

Nickellegierungspulver sind nicht gefĂ€hrlich, allerdings sind wie bei allen feinen Metallpulvern Vorsichtsmaßnahmen zum Schutz der Atemwege und zur Vermeidung von Explosionen angebracht. Eine inerte Argon-Lagerung mit Feuchtigkeitskontrolle bewahrt die langfristige Wiederverwendbarkeit.

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