Turbinenschaufel und Schaufelfüße

Unter den Hochtemperaturlegierungen sind Nickelbasislegierungen die am häufigsten verwendeten Legierungen. Infolgedessen sind diese häufig in Turbinenkomponenten von Triebwerken und Power Generatoren der Luft- und Raumfahrt, sowie in petrochemischen, lebensmittelverarbeitenden Komponenten, Kernreaktoren und Anlagen zum Umweltschutz zu finden. Nickelbasislegierungen können durch zwei Verfahren verstärkt werden: durch Mischkristallverfestigung oder durch Ausscheidungshärtung intermetallischer Verbindungen in der fcc-Matrix. Legierungen wie INCONEL® 625 und Hastelloy® X sind mischkristallverfestigt. Diese mischkristallgehärteten Legierungen können durch Karbidausscheidung eine zusätzliche Verstärkung erhalten. Legierungen wie INCONEL® 718 sind dagegen ausscheidungsgehärtet. Eine dritte Art von Nickelbasissuperlegierungen, verkörpert durch MA-754, wird durch Dispersion von inerten Partikeln wie Yttriumoxid (Y2O3) und in einigen Fällen durch γ´' (gamma prime) Ausscheidung (MA-6000E) verstärkt. Nickelbasislegierungen sind sowohl in gegossener als auch in geschmiedeter Form erhältlich. Hochlegierte Zusammensetzungen wie Rene 95, Udimet 720 und IN100 werden durch Pulvermetallurgie oder Schmieden hergestellt. Für die oben genannten Knet-und für Gusslegierungen (Rene 80 und Mar-M247) ist das für Festigkeit sorgende Medium die γ' Phase. Für INCONEL® 718 ist γ˝ (doppelte Gammaphase) das primäre Verfestigungsmittel. Legierungen, die Niob, Titan und Aluminium enthalten, wie z.B. INCONEL 725, werden sowohl durch die Phasen γ˝' als auch γ˝ verstärkt.

Superlegierungen auf Kobaltbasis besitzen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bei Temperaturen über 2000˚ F (1093˚ C) und finden Anwendung in heißeren Abschnitten von Gasturbinen und Brennkammerteilen. Superlegierungen auf Kobaltbasis, die in Guss- oder Schmiedeeisenform erhältlich sind, zeichnen sich durch Mischkristallverfestigung durch Eisen, Chrom und Wolfram aus, sowie durch eine austenitische (flächenzentrierte kubische oder fcc) Matrix, in der eine geringe Menge an Karbiden (Titan, Tantal, Hafnium und Niob) ausgeschieden werden. Die Festigkeit wird durch Karbide erreicht nicht durch die γ''-Phase, das Material weißt eine bessere Schweißbarkeit und Temperaturwechselbeständigkeit auf als Nickelbasislegierungen. In den Hochtemperaturbereichen (Blade und Vane) von Gasturbinen werden Gusslegierungen wie Stellite 31 eingesetzt. Aus Geschmiedeten Legierungen, wie beispielsweise Haynes 25, werden Bleche hergestellt und häufig in Brennkammerteilen verwendet.

Superlegierungen auf Eisen-Nickel-Basis sind geschmiedeten austenitischen Edelstählen ähnlich, mit Ausnahme der Zugabe von γ´-Phasen. Sie haben die niedrigste Warmfestigkeit unter den drei Gruppen von Superlegierungen und werden im Allgemeinen im geschmiedeten Zustand in Gasturbinenscheiben und -schaufeln verwendet. Die meisten Knetlegierungen enthalten einen hohen Chromanteil, der für Korrosionsbeständigkeit sorgt. Ihre Hochtemperaturfestigkeit verdanken sie der Mischkristallhärtung (Härtung durch in der Legierungsmatrix gelöste Atome) oder der Ausscheidungshärtung (Härtung durch gelöste Partikel). Legierungen wie Haynes 556 und 19-9 DL sind mischkristallgehärtet mit Molybdän, Wolfram, Titan und Niob. Legierungen wie A286 und Incoloy 909 sind ausscheidungsgehärtet. Die bekanntesten Phasen sind γ', (Ni3[Al, Ti]) (z.B. A286) und γ˝, (Ni3Nb) (z.B. Incoloy 909). Eine weitere Gruppe von Eisen-Nickel-Basislegierungen enthält einen hohen Kohlenstoffgehalt und wird durch Karbide, Nitride und Mischkristallverfestigung verstärkt. Eine Gruppe von Legierungen, basierend auf Fe-Ni-Co und verstärkt durch γ'-Phase, kombiniert hohe Festigkeit mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (z.B. Incoloy 903, 907 und 909) und findet Anwendung in Wellen, Ringen und Gehäusen für Gasturbinen.