Gießtechnik der intermetallischen NiAl-Legierung FG 75 - Herstellung komplexer Bauteile

Ein gesteigertes Umweltbewusstsein und der Zwang zur Energieeinsparung erfordern eine Wirkungsgradsteigerung bei mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken. Das bedeutet, dass diese Kraftwerke die Umwelt weniger belasten sollen und gleichzeitig sparsamer werden müssen. Das Heraufsetzen der Prozesstemperaturen stellt eine Möglichkeit zur Wirkungsgradsteigerung dar. Dies erfordert die Entwicklung neuer Hochtemperaturwerkstoffe, da die heutzutage üblicherweise eingesetzten Ni-Basis Legierungen keine weiteren Temperatursteigerungen zulassen. Alternativen zu diesen Werkstoffen sind intermetallische Phasen, wie zum Beispiel NiAl-Basis Legierungen mit Schmelzpunkten oberhalb von 1600°C und Dichten zwischen 5,9 und 6,3 g/cm³. Am Gießerei-Institut der RWTH Aachen wurde die Gießtechnik für die intermetallische NiAl FG 75 Legierung entwickelt. Sehr problematisch bei der gießtechnischen Fertigung von Bauteilen ist ihr legierungstypischer Duktil-Spröd- Übergang. Unterhalb der Übergangstemperatur, etwa zwischen 1000°C und 700°C lässt sich dieser Werkstoffe kaum verformen. Die sehr hohen Temperaturen beim Abguss erfordern ein besonderes Formschalensystem, was bei diesen Temperaturen ausreichende chemische und mechanische Stabilität aufweist. Um Risse in den Bauteilen zu vermeiden darf es gleichzeitig nach der Erstarrung die metallische Schrumpfung nicht verhindern. Zur Weiterentwicklung dieser Gießtechnik wurde im Rahmen dieser Arbeit ein geeignetes Kernmaterial zur Abbildung von hohlen Geometrien erarbeitet, das Formschalensystem wurde weiter adaptiert und die Prozessparameter, insbesondere Formschalentemperatur, Gießtemperatur und Abkühlgeschwindigkeit, wurden exakt angepasst. Zur Erreichung dieser Ziele wurden an speziell entwickelten Prinzipbauteilen verschiedene Kernmaterialien getestet und gleichzeitig Versuche zur Wandstärkenminimierung durchgeführt. Weiterhin wurde die Gussteilgröße auf bauteilrealistische Dimensionen gesteigert. Unterstützt wurden diesen Arbeiten durch die numerische Simulation, um geeignete Anschnitt- und Speisersysteme zu finden sowie Aussagen über Formfüllungs- und Erstarrungsverhalten bei unterschiedlichen Versuchsparametern zu erhalten.