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High temperature Ni-based super alloy casting process advancement

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Besseres Gießen für leichtere Luftfahrzeuge

Eine Senkung des Gewichts von Luftfahrzeugen kann den Treibstoffverbrauch und die mit dem Luftverkehr verbundenen Emissionen signifikant reduzieren. EU-finanzierte Wissenschaftler nutzen derzeit eine neuartige Legierung für die Herstellung von dünnwandigen Turbinenaustrittsgehäusen.

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Die Nickel-(Ni)-Legierung Inconel® 718 (IN® 718) ist bei der Herstellung von Turbinenaustrittsgehäusen verbreitet. Eine neuartige Hochtemperaturlegierung auf Nickelbasis, die Ni-Cr-Co-Legierung B, wurde als alternatives Material erkannt, das ein leichteres Gehäuse ermöglichen könnte. Dessen wirksame Implementierung ist jedoch von Verbesserungen bei der Gießbarkeit und Schweißbarkeit abhängig, um die aktuelle minimale Wandstärke von 2 mm weiter herabsenken und leichtere Konstruktionen ermöglichen zu können. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "High-temperature Ni-based super alloy casting process advancement" (HITECAST) entwickeln Wissenschaftler derzeit die erforderlichen Modellierungstools und experimentellen Verfahren, um Fortschritte hinsichtlich dieser Probleme zu erzielen. Ein numerischer Simulator des Gießverfahrens in Verbindung mit experimentellen Studien der Gießbarkeitsgrenzen von Legierung B ermöglichen die Optimierung des Gießverfahrens und der anschließenden Wärmebehandlung zum Erhöhen der Schweißbarkeit. Während der ersten Projektphase konnten die Forscher an allen Fronten hervorragende Fortschritte erzielen. Geometrische 3D-Modelle wurden zur Implementierung in die Simulationen des Gießverfahrens entwickelt. Dies führte zur Definition experimenteller Gießversuche sowohl für die neue Legierung als auch das herkömmliche Material. Die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Proben von Legierung B, die mit optimierten technischen Parametern hergestellt wurden, konnten bestimmt werden. Außerdem führte das Team Schweißversuche durch, um das Schweißverfahren sowie das Reparaturschweißverfahren zu optimieren. Vorläufige Daten bestätigen das Potential der Legierung "HAYNES® 282" für die Herstellung großer, dünnwandiger Teile für strukturelle Komponenten. Die Gieß- und Schweißtechnologie von HITECAST verspricht, die vollständige Nutzung einer neuartigen Hochtempteratur-Nickellegierung für leichtere und verbesserte Triebwerkstrukturen zu ermöglichen. Die verringerte Wandstärke und das folglich geringere Gewicht werden bedeutende Auswirkungen auf den Treibstoffverbrauch und die Emissionen haben und die Industrie dabei unterstützen, ihre ehrgeizigen Ziele für umweltfreundlichere Flugtriebwerke zu erreichen.

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