Verfahrenstechnische Grundlagen für das Laserstrahl-Umschmelzen einkristalliner Nickelbasis-Superlegierungen

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2011) [Doktorarbeit]

Seite(n): II, 134 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden verfahrenstechnische Grundlagen für das Umschmelzen einkristallin erstarrter Turbinenschaufeln aus der Nickelbasis-Superlegierung PWA 1483 entwickelt. Der technisch-wissenschaftlicher Ansatz besteht in der engeren Verknüpfung von experimenteller Verfahrensentwicklung, von Temperaturmessungen an der Schmelzbadoberfläche und von Wärmeleitungsrechnungen (Modellierungen) der Erstarrungsbedingungen und des Temperaturfeldes auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Die verfahrenstechnischen Grundlagen werden an Flachproben entwickelt und über komplexe Proben mit unterschiedlicher Materialdicke und gekrümmten Oberflächen auf die unterschiedlichen Bereiche der Turbinenschaufeln übertragen. Durch eine systematische Variation der relevanten Verfahrensparameter wird im ersten Schritt ein Prozessfenster für das Laserstrahl-Umschmelzen ermittelt. In dem zweiten Schritt der Entwicklung verfahrenstechnischer Grundlagen werden die in Schritt 1 an den Flachproben entwickelten Verfahrensparameter durch Einzelspuren auf die geometrisch komplexeren M-Proben, U-Proben und L-Proben übertragen. Die Untersuchungen an unterschiedlichen Proben zeigen, dass trotz Änderungen der Materialdicke sowie Einflüsse von gekrümmten Oberflächen (Zylinderflächen) eine Umschmelztiefe von 1 mm mit einkristallin erstarrter Struktur erreicht wird. Zudem werden Messungen der emittierten Temperaturstrahlung an der Schmelzbadoberfläche und ein Abgleich des Verlaufs von aufgezeichneter Temperaturstrahlung mit der Umschmelztiefe durchgeführt. In dem dritten Schritt werden die in Schritt 1 und in Schritt 2 entwickelten Verfahrensparameter auf die drei verschiedenen Bereiche der Turbinenschaufel Plattform, Schaufelblatt und Übergangsradius (Fillet) übertragen. Aufgrund von verschiedenen Materialdicken wird durch eine Anpassung der Laserleistung in allen Bereichen der Turbinenschaufel eine Umschmelztiefe von 1 mm mit einkristallin erstarrter Struktur erzielt.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Burbaum, Bernd

Gutachterinnen und Gutachter

Poprawe, Reinhart

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-35484
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-143013