Lösungsglühen und Vergüten: Nickellegierungen

Lösungsglühen beinhaltet eine Erwärmung der Legierung auf eine bestimmte Temperatur, die so lange durchgeführt wird, bis sich alle zur Ausscheidung nötigen Elemente in Lösung befinden. Damit diese Elemente in Lösung verbleiben, wird die Legierung einer raschen Abkühlung unterzogen. Anschließendes Ausscheidungsglühen sorgt für eine gleichmäßige natürliche (bei Raumtemperatur) oder künstliche (bei höheren Temperaturen) Ausscheidung der Elemente.

Vorteile

Lösungsglühen mit oder ohne Ausscheidungshärten kommt bei verschiedenen nickelbasierten Guss- und Knetlegierungen zur Erzielung bestimmter Eigenschaften zur Anwendung. Typische Eigenschaften, die mit diesen Verfahren erzielt werden können, sind mechanische Festigkeit bei Raumtemperatur und/oder höheren Temperaturen sowie Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit.

Anwendungsbereiche

Die Eigenschaften von härtbaren nickelbasierten Legierungen können durch die Wahl der geeigneten Prozessparameter verbessert werden. Im Zusammenhang mit nickelbasierten Legierungen kommt überwiegend Lösungsglühen mit oder ohne Ausscheidungshärten zur Anwendung.

Lösungsglühen

• Die meisten Werkstoffe werden bereits während der vorgelagerten Bearbeitungsschritte gehärtet, wodurch die spätere Umformbarkeit eingeschränkt wird. Lösungsglühen als Zwischenbehandlung (Spannungsarmglühen) kann dazu genutzt werden, diesen Härtezustand zu reduzieren.
• Bearbeitungsschritte, wie z. B. Hartlöten, Schweißen oder Beschichten können einen negativen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften haben, die mittels Lösungsglühen rückgängig gemacht werden können.
• Vorgelagerte Bearbeitungsschritte können darüber hinaus zum frühzeitigen Start der Ausscheidungshärtung führen, was wiederum durch wiederholtes Lösungsglühen ausgeglichen werden kann.
• Die Eigenschaften vieler nickelbasierter Legierungen können ausschließlich durch Lösungsglühen gesteigert werden. Derartige Legierungen werden auch als mischkristallverfestigte Legierungen bezeichnet. Beispiele hierfür sind Hastelloy X, INCO 625 und HA 230.

Ausscheidungshärtung

• Um anwendungsspezifische Werkstoffendeigenschaften zu erzielen, ist es häufig erforderlich, dass der zu behandelnde Werkstoff (Guss-/Knetwerkstoffe) einer längeren Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen unterzogen wird, damit sich ein legierungsspezifisches Gefüge infolge der Ausscheidungshärtung einstellt.
• Typischerweise findet dieser Schritt am Ende der Bearbeitungskette statt, da Wärmebehandlungsprozesse zu einer hohen Werkstoffhärte, aber auch zu Materialschrumpfungen führen, die es zu beachten gilt. Eine Bearbeitung nach dem Ausscheidungshärten kann sehr kostspielig sein und ist daher zu vermeiden.
• Typische Werkstoffe sind 718, INCO 738, Mar-M-247, Waspaloy und C263.

Prozessdetails

• Lösungsglühen wird typischerweise bei Temperaturen zwischen 1800 und 2450°F im Vakuum durchgeführt. Behandelte Komponenten werden im Anschluss an das Lösungsglühen einer raschen Abkühlung auf Raumtemperatur mit Hilfe eines Kühlgases unterzogen. Einige Werkstoffe erfordern eine bestimmte Abkühlgeschwindigkeit, damit sich das gewünschte Gefüge einstellen kann.
• Ausscheidungshärten wird typischerweise bei Temperaturen zwischen 1000 und 2080°F im Vakuum, einer inerten Atmosphäre oder an der Luft durchgeführt. Je nach Werkstoff und erforderlichem Gefüge können die Haltezeiten zwischen 2 und 40+ Stunden variieren. Um bestimmte Endeigenschaften zu erzielen, können auch mehrere Schritte (mit stufenweiser Temperaturabsenkung bei jedem Prozessschritt) notwendig sein.
• Relevante Industrienormen sind SAE AMS 2773 und AMS 2774.