|
4404 |
|
Wednesday, September 16, 2015, Saal Kopenhagen 4:00 PM Hartlöten - Simulation / Festigkeit |
|
Losgelöste heterogene Keimbildung beim Diffusionslöten einer Nickelbasis-Superlegierung: Eine Phasenfeldstudie |
|
Sebastian Piegert* / Siemens AG Division Power and Gas, Germany Bernd Böttger / Access e. V., Deutschland Markus Apel/ Access e.V., Deutschland Britta Laux/ Siemens AG, Power and Gas Division, Deutschland |
|
Effiziente Lot- und Lötprozessentwicklung kann heute nur noch im Zusammenspiel von Simulation und Experiment betrieben werden, da sowohl die Komplexität der Lote aber auch die der zu fügenden Werkstoffe steigt. Dies gilt insbesondere beim Fügen verschiedenartiger Grundwerkstoffe. Längst hat sich daher die Anwendung von CALPHAD-Methoden bei der Lotentwicklung etabliert. Weniger weit verbreitet sind dagegen Ansätze die komplexen Schmelz-und Erstarrungsprozesse beim Hochtemperaturlöten über 1D Diffusionslöser, wie DICTRA, abzubilden. Die hierüber gewonnenen Erkenntnisse über Element- und Phasenverteilungen als Funktion des Ortes in Abhängigkeit von der Lötwärmebehandlung sind eine wichtige Grundlage zur Optimierung von Lötprozessen. Allerdings fehlen Informationen im Bezug auf die Mikrostruktur, d.h. Kornbildung und die Morphologie von Ausscheidungsphasen. Erst diese lassen verlässliche Rückschlüsse auf die zu erwartende mechanische Integrität der Fügung zu. Um diese zusätzliche Information zu generieren, bedarf es der Phasenfeldsimulation. Hier werden Phasenfeldsimulationen präsentiert, welche den Schmelzvorgang, die Erstarrung und die Ausscheidung von intermetallischen Phasen an einer gerichtet erstarrten Nickelbasis-Superlegierung für Turbinenschaufeln zeigen. Gelötet wurde mit Nickelbasisloten unterschiedlicher Borkonzentration. Im Gegensatz zur den bisherigen Annahmen läuft die Anschmelzung des Grundmaterials nicht immer planar ab. Weiterhin kann sie durch losgelöste heterogene Keimbildung und die Bildung einer zweiten schmelzflüssigen Phase innerhalb des Grundwerkstoffes begleitet werden, was nach der Erstarrung zu einem polykristallinen Kornsaum im Lötspalt führt. Die Ergebnisse der Phasenfeldsimulation konnten an gelöteten Laborproben verifiziert werden. Die Charakterisierung der Probelötungen erfolgte über EDX und Licht- sowie Rasterelektronenmikroskopie. Die gefundenen Zusammenhänge zwischen Lötprozess und der Lot-Grundwerkstoff-Kombination sowie der sich daraus ergebenden Mikrostruktur können über die spezifische Legierungsthermodynamik und Interdiffusionskinetik erklärt werden. Außerdem wird darauf eingegangen inwieweit sich die Ergebnisse auf die Prozessentwicklung für hochlegierte Materialien auswirken. |