Untersuchung zur Unterkühlbarkeit der Superlegierungen und Reihenanordnungs-Technik in einkristalliner Erstarrung

In dieser Arbeit wurde die Unterkühlbarkeit der Superlegierungen ermittelt und das Gefüge bei der einkristallinen Erstarrung mit dem konventionellen Bridgman-Verfahren analysiert. Im Hinblick auf die Optimierung der thermischen Randbedingungen wurde eine Reihenanordnungs-Technik (RAT) untersucht. Die Unterkühlbarkeit ist abhängig vom Ni-Gehalt der Superlegierungen. Eine niedrige Unterkühlbarkeit kann zur leichten Fehlkornbildung führen. Der Schatteneffekt zeigt eine höhere Anfälligkeit an Gussfehlern auf der inneren Schattenseite. Die Volumenquote der Fehlkörner QV auf der Innenseite ist ca. 12-fach höher als auf der Außenseite. Dies wird vor allem durch die unterschiedlichen Strahlungsverhältnisse zwischen Heizelement und Formschalenoberfläche verursacht. Um diesen negativen Schatteneffekt zu minimieren bzw. zu beseitigen, wird eine Reihenanordnungs-Technik (RAT) angewendet. Anstatt des radialen Probenaufbaus werden die Proben in einer Reihe nebeneinander angeordnet, wodurch die Formschalen symmetrisch von beiden Seiten beheizt und gekühlt werden können. Erwartungsgemäß werden die thermischen Randbedingungen durch die RAT verbessert. Die Abkühlkurven der beiden äußeren Deckbandkanten weisen kaum Unterschiede auf. Im Vergleich zur radialen Anordnung sind die TL-Isothermen in RAT symmetrisch und nur leicht konkav geformt. Folglich ist der große Unterschied der Unterkühlungen zwischen Außen- und Innenseite stark reduziert. Die Dendritenarmen sind durch den verbesserten Wärmeaustausch verkleinert. Der Porenflächenanteil ist um bis zu 83 % gesenkt und die QV für Fehlkörner wurde von 49% in der radialen Anordnung auf 6% reduziert.