Die Phasenzusammensetzung der einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung CMSX-4 in Abhängigkeit von der Makrostruktur, der Temperatur und der Belastung
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Einkristalline Nickelbasis-Legierungen wie das Re- haltige CMSX-4 werden als Werkstoff für Schaufeln und Scheiben von Flugturbinen verwandt. Bei den Einsatztemperaturen von derzeit zirka IOOO C wird der Werkstoff besonders durch hohe Temperaturen und hohe Fliehkräfte belastet. Die gegossenen Einkristallschaufeln erstarren dendritisch aus der Schmelze. Zur Nivellierung der dendritischen Segregation und zur Gefügeeinstellung wird die Legierung einer zweistufigen (Standard-)Wärmebehandlung unterworfen. In der Ni-reichen g-Matrixphase (Matrixkanäle) ist die härtende intermetallische g'-Phase (Ni3Al) in kubischer Form ausgeschieden. Der Zustand nach der Wärmebehandlung wird bezüglich der Elementverteilung auf der mikrostrukturellen (Dendrit - interdendritischer Bereich) und der mikrostrukturellen Ebene (g-Matrix - g'-Phase) charakterisiert. Im Dendriten reichern sich in der g- Matrixphase die schweren Elemente W und Re an. Ausgehend vom inhomogenen Ausgangszustand wurde eine reine Temperaturbelastung über längere Zeiträume (thermisches Gleichgewicht) thematisiert. Die hohen Temperaturen bewirken eine Verringerung des Volumenanteils der härtenden g'-Phase gegenüber dem Ausgangszustand. Einhergehend mit dem Auflösen der g'-Phase ist eine starke Konzentrationsänderung in beiden Phasen. Eine Kriechbelastung beeinflußt die Elementverteilung in der g-Matrixphase in Abhängigkeit von der Orientierung der Lastachse. Die großen Atome W und Re diffundieren in die hochbelasteten Matrixkanäle (spannungsinduzierte Diffusion).