Was ist Ausscheidungshärtung?
Ausscheidungshärtung (auch Aushärtung oder Verfestigung durch Ausscheidung genannt) ist ein Wärmebehandlungsprozess, der die Festigkeit und Härte einer Legierung durch die Bildung feiner, gleichmäßig verteilter Partikel der Verfestigungsphase innerhalb der Metallmatrix deutlich erhöht.
Erklärung in einem Satz: Durch die Wärmebehandlung werden im Inneren des Metalls zahlreiche winzige „Festigungspartikel“ abgeschieden, die wie Nägel wirken und die Versetzungsbewegung blockieren, wodurch das Metall fester wird.
Ressource: Was ist Ausscheidungshärtung? Ein umfassender Leitfaden
Was ist eine ausscheidungsgehärtete Superlegierung?
Eine ausscheidungsgehärtete Superlegierung ist eine Hochtemperaturlegierung, deren Festigkeit und Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen durch Ausscheidungshärtung deutlich verbessert werden. Diese Legierungen finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, in Gasturbinen, der Nuklearindustrie und anderen Anwendungen, die hervorragende mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen erfordern.
Grundprinzip: Durch Ausscheidungshärtung werden Festigkeit und Härte der Legierung verbessert, indem in der Metallmatrix feine und gleichmäßig verteilte Härtungsphasen (wie etwa γ‘- oder γ‘‘-Phasen) ausgeschieden werden, die die Versetzungsbewegung behindern.
Eigenschaften ausscheidungsgehärteter Superlegierungen
- Hervorragende Hochtemperaturfestigkeit (verwendbar über ~600°C)
- Gute Kriechfestigkeit und Dauerfestigkeit
- Hervorragende Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit
- Komplexere Verarbeitung und Wärmebehandlung
Typische Legierungssorten und ihre verstärkenden Eigenschaften
| Legierungsname | Matrixtyp | Stärkungsphase(n) | Funktionen und Anwendungen |
| Inconel 718 | Nickelbasiert | γ″ + γ′ (Ni₃Nb + Ni₃(Al,Ti)) | Typische Zweiphasenausscheidungshärtung, ausgezeichnete Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit; weit verbreitet in der Luft- und Raumfahrt sowie der Energieindustrie |
| Waspaloy | Nickelbasiert | γ′ (Ni₃(Al,Ti)) | Starke γ′-Verstärkung, höhere Hochtemperaturbeständigkeit als Inconel 718; wird in heißen Abschnitten von Gasturbinen verwendet |
| Rene 41 | Nickelbasiert | γ′ | Ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit; wird in Turbinenkomponenten von Flugzeugtriebwerken verwendet |
| A-286 | Auf Eisenbasis | γ′ (Ni₃(Al,Ti)) | Mittlere Festigkeit mit guter Korrosionsbeständigkeit; wird für Strukturteile unter 600 °C wie Befestigungselemente und Turbinengehäuse verwendet |
| 17-4PH | Auf Eisenbasis | Cu-reiche Niederschläge | Signifikante Verstärkungswirkung; weit verbreitet in der chemischen Industrie, der Schifffahrt und der Luft- und Raumfahrtindustrie |
| Co-Al-W-Legierungen | Auf Kobaltbasis | Co₃(Al,W) (L1₂-Struktur) | Gute thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit; fortschrittliches Forschungsmaterial für Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen |
Wie härtet Inconel 718 durch Ausscheidung aus?
Die Ausscheidungshärtung von Inconel 718 wird durch eine Alterungswärmebehandlung erreicht, um zwei Hauptverfestigungsphasen innerhalb der Legierung zu bilden:
- γ″ (Ni₃Nb): die primäre Verstärkungsphase, die für Hochtemperaturfestigkeit sorgt
- γ′ (Ni₃(Al,Ti)): die sekundäre Verstärkungsphase, die die Gesamteigenschaften verbessert
Diese beiden Phasen scheiden sich gleichmäßig in der Matrix ab, blockieren die Versetzungsbewegung und verbessern die Festigkeit, Härte und Hochtemperaturleistung von Inconel 718 erheblich.
Typischer Wärmebehandlungsprozess durch Ausscheidungshärtung bei Inconel 718:
1. Lösungsglühen
- Temperatur: ~980°C (1800°F)
- Dauer: 1 Stunde oder länger
- Zweck: Auflösen von Carbiden und Niederschlägen zur Bildung einer übersättigten festen Lösung
- Kühlung: Schnelle Luftkühlung
2. Doppelte Alterungsbehandlung
Dies ist der Schlüsselschritt für die Ausscheidungshärtung von Inconel 718:
- Erste Alterung
- Temperatur: ~720°C (1325°F)
- Zeit: 8 Stunden
- Abkühlung: Langsames Abkühlen mit ca. 55°C/h zum nächsten Schritt
- Zweite Alterung
- Temperatur: ~620°C (1150°F)
- Zeit: 8 Stunden
- Kühlung: Luftkühlung auf Raumtemperatur
Dieser Prozess ermöglicht die Ausfällung von γ‘- und γ‘-Phasen in optimaler Größe und Verteilung, wodurch die Streckgrenze und die Langzeitfestigkeit deutlich verbessert werden.
Leistungsverbesserungen bei Inconel 718 nach Ausscheidungshärtung
| Eigentum | Lösungsgeglühter Zustand | Ausscheidungsgehärteter Zustand |
| Streckgrenze | Niedrig | Hoch (>1000 MPa) |
| Kriechfestigkeit | Arm | Deutlich verbessert |
| Hochtemperatur-Ermüdungsfestigkeit | Mäßig | Exzellent |
Sind alle Inconel 718-Produkte ausscheidungsgehärtet?
Nicht alle Inconel 718-Produkte werden im ausscheidungsgehärteten Zustand geliefert. Dies hängt vom Verwendungszweck, der Verarbeitungsmethode und den Kundenanforderungen ab. Typischerweise gibt es zwei Lieferzustände:
| Zustand | Beschreibung |
| Lösungsgeglühter Zustand | Lösungsgeglüht, aber nicht gealtert; weicher und für die weitere Bearbeitung oder zum Schweißen geeignet |
| Ausscheidungsgehärteter (gealterter) Zustand | Vollständig gealtert mit hoher Festigkeit, bereit für den endgültigen Gebrauch |
Anwendungsbeispiele für Inconel 718
| Eigentum | Typischer Wert |
| Zugfestigkeit (Rm) | ≥ 1240 MPa |
| Streckgrenze (Rp0,2%) | ≥ 1035 MPa |
| Dehnung (A5) | ≥ 12% |
| Härte (Rockwell C) | 36 – 44 HRC |
| Schlagzähigkeit (gekerbt) | Hoch |
Wärmebehandlung: Lösungsgeglüht + ausgelagert (Ausscheidungshärtung)
Inconel 718 Verfügbare Formen
- Rohre und Schläuche (nahtlos und geschweißt)
- Geschmiedete Flansche
- Armaturen (Kniestück, T-Stück, Reduzierstück, Kappe)
- Platten und Bleche
- Stangen, Stäbe und Befestigungselemente
Standards und Spezifikationen
- ASTM B637, AMS 5662 / 5663
- UNS N07718, DIN 2.4668
- ISO 15156 / NACE MR0175
- ASME Boiler & Pressure Vessel Code genehmigt
Lieferbedingungen von Inconel 718 nach gemeinsamen Standards
Wichtige Hinweise:
- Ein großer Vorteil von Inconel 718 ist seine hervorragende Schweißbarkeit sowohl im lösungsgeglühten als auch im ausscheidungsgehärteten Zustand.
- Standards wie ASTM B637, AMS 5662 und AMS 5663 legen fest, ob Materialien bei der Lieferung gealtert oder lösungsgeglüht sind.
- Hersteller liefern häufig im lösungsgeglühten Zustand und Benutzer führen bei Bedarf eine abschließende Alterungswärmebehandlung durch.
| Standard | Titel / Beschreibung | Materialzustand | Anwendung / Hinweise |
| AMS 5662 | Materialspezifikation für die Luft- und Raumfahrt | Lösungsgeglüht | Für die Bearbeitung, Schweißen, Zwischenbearbeitung vor dem Altern |
| AMS 5663 | Materialspezifikation für die Luft- und Raumfahrt | Ausscheidungsgehärtet (gealtert) | Standardmäßige Doppelreifung, einsatzbereit |
| AMS 5832 | Schweißdrahtspezifikation | Lösungsgeglühter Draht | Zum Schweißen von Inconel 718-Teilen |
| ASTM B637 | Standard für Schmiedestücke, Stangen usw. | Verschiedene Zustände pro Kunde | Beinhaltet lösungsgeglühte, gealterte und warmverformte Zustände |
| API 6A CRA | Korrosionsbeständige Legierungen für Öl und Gas | Normalerweise lösungsgeglüht | Für Bohrlochkopfausrüstung, Alterung nach dem Schweißen |
| UNS N07718 | Einheitliches Nummerierungssystem | Nur Materialbezeichnung | Der Status hängt vom referenzierten Standard ab |
Zusammenfassung
Ausscheidungshärtung ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das die Festigkeit und Härte von Legierungen durch die Ausscheidung feiner, härtender Phasen in der Metallmatrix deutlich erhöht. Ausscheidungsgehärtete Superlegierungen nutzen diesen Mechanismus zur Verbesserung ihrer Hochtemperaturbeständigkeit und finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, in Gasturbinen und anderen anspruchsvollen Anwendungen.
Inconel 718 ist eine typische ausscheidungsgehärtete Superlegierung, deren Festigkeitssteigerung hauptsächlich auf der Ausscheidung zweier verstärkender Phasen beruht: γ″ (Ni₃Nb) und γ′ (Ni₃(Al,Ti)). Die Standardwärmebehandlung umfasst Lösungsglühen, gefolgt von doppelter Alterung, um eine optimale Verstärkung zu erreichen.
Inconel 718-Produkte werden je nach Anwendung und Kundenanforderungen entweder lösungsgeglüht oder ausscheidungsgehärtet (ausgehärtet) geliefert. Der lösungsgeglühte Zustand eignet sich für die Weiterverarbeitung und das Schweißen, während der ausgehärtete Zustand für die Endverwendung vorgesehen ist. Verschiedene Normen (wie AMS 5662 und AMS 5663) legen den Lieferzustand entsprechend fest.
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