Nickel-Basislegierung für Pulver und Verfahren zur Herstellung eines

Pulvers

Die Erfindung betrifft eine Nickel-Basislegierung für Pulver.

Der WO 2015/1 10668 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Pulvern auf Eisenbasis zu entnehmen, welche unter Zuhilfenahme einer Zentrifuge atomisiert werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

zu Verfügung stellen einer Legierung mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 1040°C,

Erschmelzen der Zusammensetzung,

Atomisieren der geschmolzenen Zusammensetzung unter Zuhilfenahme einer Zentrifuge oder einer rotierenden Atomisiereinrichtung.

Die DE 10 2015 016 729 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Halbzeugen aus einer Legierung mit mehr als 50 % Nickel, beinhaltend folgende Verfahrensschritte:

eine Elektrode wird durch VIM erzeugt,

die Elektrode wird in einem Ofen zur Reduzierung von Spannungen und Überalterung einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 400 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen, die Elektrode wird an Luft oder im Ofen abmessungsabhängig, insbesondere durchmesserabhängig, auf eine Temperatur zwischen

Raumtemperatur und kleiner 1.250°C, insbesondere kleiner 900°C, abgekühlt,

die abgekühlte Elektrode wird anschließend durch VAR mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute zu einem VAR-Block umgeschmolzen,

der VAR-Block wird in einem Ofen im Temperaturbereich zwischen 400 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden wärmebehandelt, der VAR-Block wird an Luft oder im Ofen abmessungsabhängig, insbesondere durchmesserabhängig, auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 1 .250°C, insbesondere kleiner 900°C, abgekühlt,

der VAR-Block wird erneut mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute umgeschmolzen,

der umgeschmolzene VAR-Block wird einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 400 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen,

der VAR-Block wird anschließend durch Warm- und/oder Kaltformgebung an die gewünschte Produktform und Abmessung gebracht.

Es ist allgemein bekannt, dass Ni- und Ni-Co-Legierungen eingesetzt werden um Bauteile mit besonderen Eigenschaften bezüglich Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit, Warmfestigkeit und Bruchzähigkeit, zu fertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pulver für die additive Fertigung von Komponenten bereitzustellen welches die vorteilhaften Eigenschaften der Ni- und Ni-Co-Legierungen aufweist und kostengünstig herzustellen ist. Außerdem kann oben beschriebenes Pulver bedarfsweise für die Fierstellung der Bauteile mittels heißisostatischen Pressens (HIP) oder herkömmlichen Sinter- und Strangpressprozessen verwendet werden. Außerdem ist die Verfahrenskombination aus additiver Fertigung und folgender HIP Behandlung möglich. Dabei sind die unten beschriebenen für die generative Fertigung Nachbearbeitungsschritte für HIP Bauteile möglich anzuwenden. Wichtig sind dabei die besonderen Anforderungen an Verteilung der Partikelgröße, Partikelform und Rieselfähigkeit des Pulvers zu erfüllen.

Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Pulvers vorgeschlagen werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nickel-Basislegierung für Pulver, wobei die Gehalte (in Gew.-%) wie folgt definiert sind:

C max. 0,5 % S max. 0,15 %, insbesondere max. 0,03 %

N max. 0,25 %

Cr 14 - 35 %, insbesondere 17 - 28 %

Ni Rest (> 38 %)

Mn max. 4 %

Si max. 1 ,5 %

Mo > 0 - 22 %

Ti < 4 %, insbesondere < 3,25 %

Nb bis 6,0 %

Cu bis 3 %, insbesondere bis 0,5 %

Fe < 50 %

P max. 0,05 %, insbesondere max. 0,04 %

AI bis 3,15 %, insbesondere bis 2,5 %

Mg max. 0,015 %

V max. 0,6 %

Zr max. 0,12 %, insbesondere max. 0,1 %

W bis 4,5 %, insbesondere bis max. 3 %

Co bis 28 %

B < 0,125 %

O > 0,00001 - 0,1 %

und herstellungsbedingte Verunreinigungen,

wobei gilt:

Ni + Fe + Co 56 - 80 %

Nb + Ta < 6,0 %.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pulverlegierung sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Vorteilhafterweise soll die erfindungsgemäße Pulverlegierung folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) aufweisen:

C max. 0,25 %

S max. 0,03 %

N >0 - 0,15 % Cr 17-28 %, insbesondere 17-24 %

Ni Rest (38 -72 %)

Mn max.2 %, insbesondere max.1 %

Si max.1 ,2 %, insbesondere < 0,5 %

Mo > 0 - 21 , insbesondere 2,5 - 21 %

Ti > 0 - < 3,25 %

Nb > 0 - 5,5 %

Cu max.3 %, insbesondere bis 0,5 %

Fe >0-38 %

P max.0,04 %

AI >0 - 0,8 %

Mg max.0,015%

V max.0,4 %

Zr max.0,1 %

W bis 0,5 %

Co <10 %

B < 0,01 %

Pb max.0,001%, insbesondere max.0,0005%

Se max.0,0005%, insbesondere max.0,0003%

Bi max.0,00005%, insbesondere max.0,00003%

O >0,00001 -0,1%

Nb + Ta >0 - 5,5%

und herstellungsbedingte Verunreinigungen,

wobei gilt:

Ni + Fe + Co 57 - 77 %.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit die Pulverlegierung für konkrete Anwendungsfälle, wie folgt, zusammenzusetzen:

C >0 - 0,1 %, insbesondere >0 - 0,08%

S max.0,015%

N >0 - 0,03 %

Cr 17-24 %

Ni Rest (> 50 - 63 %) Mn max.1 ,0 %, insbesondere max.0,5 %

Si max.0,5 %

Mo 2,8-16,5%

Ti >0-1,15%

Nb > 0 - < 5,5 %

Cu max.0,5 %

Fe >0-25 %

P max.0,015%

AI 0,1 -0,6%

Mg max.0,015%

V max.0,2 %

Zr max.0,1 %

W bis 0,2 % insbesondere >0 - 0,2 %

Co < 2,5 %, insbesondere < 1 ,0 %

B <0,01 %

Pb max.0,001 %, insbesondere max.0,0005 %

Se max.0,0005 %, insbesondere max.0,003 %

Bi max.0,0005 %, insbesondere max.0,0003 %

O >0,00001 -0,1 %

Nb + Ta >0 - 5,5 %

AI + Ti <1,2 %

und herstellungsbedingte Verunreinigungen,

wobei gilt:

Ni + Fe + Co 59 - 72 %.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Fierstellung eines Pulvers aus einer erfindungsgemäßen Nickel-Basislegierung, indem

eine Legierung in einem VIM-Ofen erschmolzen wird,

die flüssige Schmelze für 5 min bis 2 Stunden zur Flomogenisierung gehalten wird,

eine geschlossene Verdüsungsanlage mit einem zugeführten Gas auf einen Taupunkt von -10°C bis 120°C eingestellt wird, die Schmelze durch eine Düse in einen Gasstrom mit einer Gasflussrage von 2 qm ³ /min bis 150 qm ³ geblasen wird,

die erstarrten Pulverpartikel in einem gasdicht verschlossenen Behälter gesammelt werden, wobei

die Partikel eine Partikelgröße von 5 gm bis 250 gm haben,

die Partikel des Pulvers sphärisch sind,

das Pulver Gaseinschlüsse von 0,0 bis 4% Porenfläche (Poren > 1 pm) im Verhältnis zur Gesamtfläche ausgewerteter Objekte aufweist,

das Pulver eine Schüttdichte von 2 bis zur Dichte der Legierung von ca. 8 g/cm ³ hat,

das Pulver unter der Schutzgasatmosphäre mit Argon luftdicht verpackt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.

Folgende Ausgangsfertigungsschritte sind denkbar:

ein Vorlegierungsblock mit definierter chemischer Analyse wird durch

Erschmelzen im VIM-Ofen, VIM/ESU, VIM/ESU/VAR, VIM/VAR, VOD oder

VLF mit bei Bedarf folgender Umschmelzung im ESU und/oder VAR je nach

Reinheitsanforderungen an das Material erzeugt,

ein Vorlegierungs-Block wird durch Sägen in kleine Stücke getrennt.

die Stücke der Vorlegierung werden in einem VIM-Ofen erschmolzen, oder

Legierungselemente einer definierten Einwaage werden entsprechend der chemischen Analyse in einem VIM erschmolzen,

oder

die Kombination zwischen Vorlegierungsmaterial, prozessbedingten Schrotten (inkl. Schrotte von Kunden wie recycelte Pulver sowie Stützstrukturen oder fehlerhafte Bauteile) sowie neue Legierungselemente im Verhältnis von 0 bis 100%. Das genaue Verhältnis wird unter Berücksichtigung von qualitativen, ökonomischen und ökologischen Aspekten in jedem Fall betrachtet. Von Vorteil kann sein, wenn der Vorlegierungsblock vor der Zerteilung einer Bearbeitung der Oberfläche (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen etc.) unterzogen wird. Hier können Fehler entfernt werden, welche durch das weitere Umschmelzen nicht beseitigt werden und für spätere Anwendungen von Schaden sein können. Außerdem führt die Verwendung von möglichen Vorlegierungen zum Einhalten von höchsten Qualitätsansprüchen an die chemische Reinheit des Pulvers, die nur durch vorherige Umschmelzprozesse gewährleistet werden können,

die flüssige Schmelze wird für 5 min bis 2 Stunden zur Homogenisierung gehalten.

An die alternativen Ausgangsfertigungsschritte können sich folgende Weiterverarbeitungsschritte anschließen:

die geschlossene Verdüsungsanlage wird mit Argongas auf einen Taupunkt von -10°C bis -120°C eingestellt, bevorzugt im Bereich von -30°C bis -100°C, die Schmelze wird durch eine Düse in einen Argongasstrom mit einer Gasflussrate von 2qm ³ /min bis 150 m ³ /min geblasen,

die erstarrten Pulverpartikel werden in einem gasdicht verschlossenen Behälter gesammelt,

die Partikel haben eine Partikelgröße von 5pm bis 250 miti, wobei bevorzugte Bereiche zwischen 5 und 150 miti, bzw. 10 und 150 miti liegen,

die Partikel des Pulvers sind sphärisch,

das Pulver weist Gaseinschlüsse von 0,0 bis 4% Porenfläche (Poren > 1 miti) im Verhältnis zur Gesamtfläche ausgewerteter Objekte auf, wobei bevorzugte Bereiche bei 0,0 bis 2% liegen. Die Menge der Gaseinschlüsse des Pulvers ermöglicht eine geringe Restporosität der hergestellten Teile

das Pulver hat eine Schüttdichte von 2 bis zur Dichte der Legierung von ca. 8 g/cm ³ , wobei bevorzugte Bereiche bei Werten von 4 bis 5 g/cm ³ liegen, das Pulver wird unter einer Schutzgasatmosphäre mit Argon luftdicht verpackt.

Das erfindungsgemäße Pulver wird bevorzugt in einer Vakuuminertgasverdüsungsanlage (VIGA) produziert. In dieser Anlage wird die Legierung in einem Vakuuminduktionsschmelzofen (VIM) erschmolzen, in einen Gießtrichter geleitet, der zu einer Gasdüse führt, in der das erschmolzene Metall unter hohem Druck von 5 bis 100 bar mit Inertgas zu Metallpartikeln verdüst wird. Die Schmelze wird im Schmelztiegel bei 5 bis 400 °C über dem Schmelzpunkt erhitzt. Die Metallflussrate bei der Verdüsung beträgt 0,5 bis 80 kg /min und die Gasflussrate 2 bis 150 m ³ / min. Durch die schnelle Abkühlung erstarren die Metallpartikel in Kugelform (sphärische Teilchen). Das bei der Verdüsung verwendete Inertgas kann bedarfsweise 0,01 bis 100 % Stickstoff enthalten. In einem Zyklon wird dann die Gasphase vom Pulver getrennt und anschließend das Pulver verpackt.

Alternativ kann das erfindungsgemäße Pulver statt über VIGA über das sogenannte EIGA Verfahren hergestellt werden. Dabei wird ein vorgefertigter Legierungsblock in Form einer rotierenden Elektrode von einer Induktionsspule berührungslos abgeschmolzen. Die Schmelze tropft von der Elektrode direkt in den Gasstrom einer Gasdüse.

Der Legierungsblock für EIGA kann wiederum durch die Schmelzverfahren VIM, ESU, VAR, VOD bzw. VLF und deren Kombinationen hergestellt werden und optional Warmformprozesse wie Schmieden und Walzen durchlaufen. Von Vorteil ist eine Säuberung der Oberfläche des Blockes durch eine Behandlung wie Schleifen oder / und Schälen vor dem Einsatz im EIGA Verfahren.

Das Inertgas bei der Pulverherstellung kann wahlweise Argon bzw. ein Gemisch aus Argon mit 0,01 bis 100 % Stickstoff sein. Mögliche Einschränkungen des Stickstoffgehaltes können sein:

0,01 bis 80 %

0,01 bis 50 %

0,01 bis 30 %

0,01 bis 20 %

0,01 bis 10 %

0,01 bis 10 %

0,1 bis 5 %

0,5 bis 10 % 1 bis 5 %

2 bis 3 %

Alternativ kann wahlweise das Inertgas Helium sein.

Das Inertgas kann bevorzugt eine Reinheit von mindestens 99,996 Vol.% haben. Insbesondere soll der Stickstoffgehalt von 0,0 bis 10 ppmv, der Sauerstoffgehalt von 0,0 bis 4 ppmv und einen H20 Gehalt von < 5 ppmv haben.

Insbesondere kann das Inertgas bevorzugt eine Reinheit von mindestens 99,999 Vol.% haben. Insbesondere soll der Stickstoffgehalt von 0,0 bis 5 ppmv, der Sauerstoffgehalt von 0,0 bis 2 ppmv und einen H20 Gehalt von < 3 ppmv haben. Der Taupunkt in der Anlage liegt im Bereich von -10 bis -120°C. Er liegt bevorzugt im Bereich von -30 bis -100°C.

Der Druck bei der Pulververdüsung kann bevorzugt 10 bis 80 bar betragen.

Die mittels additiver Fertigung hergestellten Bauteile und Komponenten bzw. Schichten auf Bauteilen und Komponenten werden aus Schichtdicken von 5 bis 500 gm aufgebaut und haben direkt nach der Herstellung ein texturiertes Gefüge mit in Baurichtung gestreckten Körnern einer mittleren Korngröße von 2 gm bis 1000 pm. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 5 pm und 500 pm.

Die mittels additiver Fertigung hergestellten Bauteile und Komponenten bzw. Schichten auf Bauteilen und Komponenten können wahlweise einer

Lösungsglühung im Temperaturbereich von 700°C bis 1250°C für 0,1 min bis 70 h, ggf. unter Schutzgas, wie z. B. Argon oder Wasserstoff, gefolgt von einer Abkühlung an Luft, in der bewegten Glühatmosphäre oder im Wasserbad unterzogen werden. Danach kann wahlweise die Oberfläche durch Beizen, Strahlen, Schleifen, Drehen, Schälen, Fräsen gereinigt oder bearbeitet werden. Eine solche Bearbeitung kann wahlweise teilweise oder ganz auch schon vor der Glühung stattfinden.

Die mittels additiver Fertigung hergestellten Bauteile und Komponenten bzw. Schichten auf Bauteilen und Komponenten können wahlweise einer Homogenisierungs-, Spannungsarm-, Lösungs- und/oder

Ausscheidungshärtungsglühung unterzogen werden. Die Wärmebehandlungen können ggfls. unter Schutzgas, wie z. B. Argon oder Wasserstoff, gefolgt von einer Abkühlung im Ofen ggfls. unter Schutzgas, an Luft, in der bewegten Glühatmosphäre oder im Wasserbad unterzogen werden.

Die mittels additiver Fertigung hergestellten Bauteile und Komponenten bzw. Schichten auf Bauteilen und Komponenten haben nach einer Glühung eine mittlere Korngröße von 2 gm bis 2000 gm. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 20 pm und 500 pm.

Die mittels additiver Fertigung aus dem erfindungsgemäß erzeugten Pulver hergestellten Bauteile und Komponenten, bzw. Schichten auf Bauteilen und Komponenten, sollen bevorzugt in Bereichen eingesetzt werden, in denen auch der Werkstoff als Knet- oder Gusslegierung mit verwandter Analyse eingesetzt wird.

Unter additiver Fertigung werden auch Begriffe wie generative Fertigung, Rapid Technology, Rapid Tooling, Rapid Prototyping oder dergleichen verstanden.

Im Allgemeinen unterschieden werden hier:

3D-Druck mit Pulvern,

Selektives Lasersintern und

Selektives Laserschmelzen

Laserauftragsschweißen

Selektives Elektronenstrahlschweißen.

Die hier verwendeten Abkürzungen werden wie folgt definiert:

VIM Vacuum Induction Melting

VIGA Vacuuminertgasverdüsungsanlage

VAR Vacuum Are Remelting

VOD Vaccum Oxygen Decaburization

VLF Vaccum Ladle Furnace

EIGA Electrode Induction Melting Gas Atomization Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Spreizungsbereich für die Partikelgröße des Pulvers liegt zwischen 5 bis 250 miti, wobei bevorzugte Bereiche zwischen 5 und 150 miti, bzw. 10 und 150 miti, liegen.

Das Pulver hat Gaseinschlüsse von 0,0 bis 4% Porenfläche (Poren > 1 gm) im Verhältnis zur Gesamtfläche ausgewerteter Objekte, wobei bevorzugte Bereiche liegen bei

0,0 bis 2%

0,0 bis 0,5 %

0,0 bis 0,2%

0,0 bis 0,1 %

0,0 bis 0,05%

Das Pulver hat eine Schüttdichte von 2 bis zur Dichte der Legierung von ca. 8 g/cm ³ , wobei bevorzugte Bereiche bei folgenden Werten liegen können.

4-5 g/cm ³

2-8 g/cm ³

2-7 g/cm ³

3-6 g/cm ³

Die Menge der Gaseinschlüsse des Pulvers ermöglicht eine geringe Restporosität der hergestellten Teile.

Gegenüber dem Stand der Technik wird auf das Zentrifugenverfahren verzichtet, hierdurch wird die Betriebszeit der Anlage optimiert. Die anschließenden Veredelungsprozesse optimieren die Qualität des Pulvers für die Additive Fertigung.

Von Vorteil kann sein, wenn der Block vor der Zerteilung einer Bearbeitung der Oberfläche (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen etc.) unterzogen wird. Hier können Fehler entfernt werden, welche durch das weitere Umschmelzen nicht beseitigt werden können und für spätere Anwendungen von Schaden sein können.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf jede Ni- oder Ni-Co-Basislegierung anwenden.

Im Folgenden wird eine Legierungszusammensetzung vorgestellt, die mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensparameter als Pulver erzeugt werden kann. Alle Angaben sind in Gew.-%:

C max. 0,5 %

S max. 0,150 %, insbesondere max. 0,03 %

Cr 17-32 %, insbesondere 17 - 26 %

Ni 45-72 %, insbesondere 45 - 71 %

Mn max. 1 %

Si max. 1 %

Mo > 0-10 %

Ti max.3, 25 %, insbesondere max. 2,7 %

Nb max. 5,5 %

Cu max. 5 %, insbesondere max. 0,5 %

Fe max. 25 %

AI max. 3,15 %, insbesondere max. 2,5 %

V max. 0,6 %

Zr max. 0,12 %, insbesondere max. 0,1 %

Co max. 28 %

O 0,00001 -0,1 %

und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

Darüber hinaus können folgende Elemente gegeben sein (Angaben in Gew.-%): Nb+Ta max. 6 %

B max. 0,02 %, insbesondere max. 0,006 %

Se max. 0,0005 %

Bi max. 0,00005 %

Pb max. 0,002 % P max. 0,03 %, insbesondere max. 0,02 %

Vorteilhaft können nachstehende Elemente wie folgt eingestellt werden (Angaben in Gew.-%):

C 0,015 - 0,5 %; insbesondere 0,015 - 0,2 %

S max. 0,1 %, insbesondere max. 0,02 %

Cr 17-25 %

Ni 45-58 %

Mn max. 0,6 %

Si max. 0,4 %

Mo 0-6,1 %

Ti 0,1 -2,7 %

AI max. 1 ,7 %

Co max. 13 %

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften können die Elemente Bor und Kohlenstoff auch wie folgt eingestellt werden:

C 0,015 - 0,5 %

B 0,006 - 0,125 %

Dabei ist des Weiteren vorteilhaft, wenn die Summe C + B zwischen 0,1875 und 0,530% liegt zwischen 0,156 und 0,625%, insbesondere im Bereich 0,16 und 0,6% speziell im Bereich 0,1875 und 0,530% liegt und das Verhältnis von C/B zwischen 12 und 18 liegt.

Im Folgenden wird ein Beispiel eines Pulvers aus einer Ni-Legierung auf Basis von Alloy 718 vorgestellt (Angaben in Gew.-%):

C max. 0,08 %

S max. 0,015 %

Cr 17-21 %

Ni 50-55 %

Mn max. 0,35 %

Si max. 0,35 % Mo 2, 8-3, 3 %

Ti 0,65-1 ,15 %

Nb 4,75-5,5 %

Cu max. 0,3 %

Fe 6-25 %

P max. 0,015 %

AI 0,2-0, 8 %

Co max. 1 %

B max. 0,006 %

Ta max. 0,05 %

O 0,00001 -0,1 %

Pb max. 0,001 %, insbesondere max. 0,0005 %

Se max. 0,0005 %, insbesondere max. 0,0003 %

Bi max. 0,00005 %, insbesondere max. 0,00003 %

Alternativ kann diese Legierung auch höhere Ni-Gehalte aufweisen (Angaben in Gew.-%).

C max. 0,1 %

S max. 0,03 %, insbesondere max. 0,02 %

Cr 17-32 %, insbesondere 17 - 30 %

Ni 58-79, insbesondere 58 - 72 %

Nb max. 4,1 %, insbesondere max. 0,6 %

Fe max. 18 %

C max. 0,1 %

S max. 0,02 %

Mn max. 1 %

Si max. 1 %

Mo > 0-10 %

Ti max. 3,25 %, insbesondere max. 2,7 %

Cu max. 0,5 %

AI max. 3,15 %

V max. 0,6 %

Zr max. 0,1 % Co max.15%, insbesondere max.7%

O 0,00001-0,1 %

sowie ggf. optional (Angaben in Gew.-%):

B max.0,008 %, insbesondere max.0,006 %

Se max.0,0005 %

Bi max.0,00005 %

Pb max.0,002 %

P max.0,03 %, insbesondere max.0,02 %

Weitere Einschränkungen sind wie folgt denkbar (Angaben in Gew.-%):

C 0,01-0,04%

Mn max.0,5 %

Si max.0,5 %

Cu max.0,2 %

Sowie ggf. optional (Angabe in Gew.-%):

Mo 8-10%

Optional kann der Sauerstoffgehalt der erzeugten Legierung bei 0,00001 - 0,1 %, bei 0,0001 - 0,1 %, bei 0,001 - 0,1 %, bei 0,001 - 0,002 % oder bei 0,0015 - 0,002 % liegen.

Optional kann der Sauerstoffgehalt auch wie folgt eingestellt werden:

0,00001 0,1

0,00002-0,1

0,00005-0,1

0,00008-0,1

0,0001 0,1

0,0002-0,1

0,0005-0,1

0,0008-0,1

0,001 -0,1

0,002-0,1 0,005-0,1

0,008-0,1

0,010-0,1

0,00001 -0,10

0,00001 -0,08

0,00001 -0,05

0,00001 -0,03

0,00001 -0,02

Der Stickstoff muss kleiner gleich 0,100 % sein, um die Herstellbarkeit und Verwendbarkeit der Legierung zu gewährleisten. Zu hoher Stickstoffgehalt führt zur Bildung von Nitriden, die Eigenschaften der Legierung negativ beeinflussen. Ein zu niedriger Stickstoff-Gehalt erhöht die Kosten. Der Stickstoff-Gehalt ist deshalb > 0,00001 %. Folgende Einschränkungen des Stickstoffgehalts sind denkbar:

0,00001 0,1

0,00002-0,1

0,00005-0,1

0,00008-0,1

0,0001 0,1

0,0002-0,1

0,0005-0,1

0,0008-0,1

0,001 -0,1

0,002-0,1

0,005-0,1

0,008-0,1

0,010-0,1

0,00001 0,10

0,00001 -0,08

0,00001 -0,05

0,00001 -0,03

0,00001 0,02 Sowohl im Pulver als auch in gefertigten Komponenten (3D-gedruckte Proben) ist die Partikelgrößen sowohl von Nitriden als auch von Karbiden und /oder Karbonitriden sehr klein (etwa < 8pm). In einigen Fällen können die oben genannten Partikel nicht vorhanden sein oder erst nach Wärmebehandlung sichtbar werden. Kleine Partikelgrößen von N-haltige Ausscheidungen haben positiven Effekt auf Hochtemperatur Eigenschaften und Wechsellastfestigkeit (Low-cycle Fatigue - LCF), da N-haltigen Ausscheidungen in konventionell hergestellten Legierungen als Rissinitiierungsstellen wirken.

Der Argongehalt muss kleiner gleich 0,08 % sein, um die Herstellbarkeit und Verwendbarkeit der Legierung zu gewährleisten. Argon kann nicht in der y-Matrix aufgelöst werden, deswegen kann es die mechanischen Eigenschaften des Bauteils negativ beeinflussen, da Argoneinschlüsse als Rissinitiierungsstelle wirken können. Ein zu niedriger Argon-Gehalt erhöht die Kosten. Der Argon-Gehalt ist deshalb > 0,0000001 % (> 1 ppb). Folgende Einschränkungen des Argongehalts sind denkbar, wobei die Argongehalte aus der Pulverherstellung als auch aus der Bauteilherstellung inbegriffen sind:

0,0000001 - 0,05

0,0000002 - 0,05

0,0000001 - 0,005

0,0000001 0,002

0,0000001 0,001

Das erfindungsgemäße Verfahren soll bevorzugt einsetzbar sein für folgende Legierungen:

• Alloy 601

• Alloy 602 CA und dessen Variante MCA

• Alloy 617 und dessen Varianten 617 B und 617 OCC

• Alloy 625

• Alloy 690

• Alloy 699XA

• Alloy 718 und dessen Varianten

• Alloy 780 • Alloy 788

• Alloy 80A

• Alloy 81

• Alloy X-750

• Alloy C-263

• Alloy K-500

• Waspaloy

• FM 625

• FM 617 sowie

• FM 602

• Alloy 31

• Alloy 31 Plus

• Alloy 25

• Alloy 28

• Alloy 33

• Alloy 59

• Alloy 188

• Alloy 310 L

• Alloy 330

• Alloy 333

• Alloy 400

• Alloy 600 + 600 L

• Ally 800 + 800 H, HP, L

• Alloy 825 + 825 CTP

• Alloy 925

• Alloy 926

• Alloy 2120 MoN

• Alloy B2

• Alloy C 276

• Crofer 22 APU

• Crofer 22 H Tabelle 1 zeigt beispielhafte Analysebereiche der vorgenannten Legierungen.

abelle 1

Erzielt werden Pulver mit einer Partikelgröße von 5miti bis 250 gm.

Eine zu kleine Partikelgröße unterhalb von 5 gm verschlechtert das Fließverhalten und ist deshalb zu vermeiden, eine zu große Partikelgröße oberhalb von 250 gm verschlechtert das Verhalten bei der additiven Fertigung.

Eine zu geringe Schüttdichte von 2 g/cm ² verschlechtert das Verhalten bei der additiven Fertigung. Die größtmögliche Schüttdichte von ca. 8 g/cm ³ ist durch die Dichte der Legierung gegeben.

Der Sauerstoffgehalt muss kleiner gleich 0,100 % sein, um die Fiersteilbarkeit und Verwendbarkeit der Legierung zu gewährleisten. Ein zu niedriger Sauerstoff-Gehalt erhöht die Kosten. Der Sauerstoff-Gehalt ist deshalb > 0,0001 %. Die nach diesem Verfahren gefertigten Pulver können in der additiven Fertigung zum Bau von Komponenten verwendet werden, welche die Eigenschaften der zugrundeliegenden Legierungen aufweisen.

Außerdem kann oben beschriebenes Pulver auch für die Herstellung der Bauteile mittels heißisostatischen Pressens (HIP) oder herkömmlichen Sinter- und Strangpressprozessen verwendet werden. Außerdem ist die Verfahrenskombination aus additiver Fertigung und folgender HIP Behandlung möglich. Dabei sind die unten beschriebenen für die generative Fertigung Nachbearbeitungsschritte für HIP Bauteile möglich anzuwenden.

Das nach diesem Verfahren gefertigten Pulver als auch aus diesem Pulver gefertigten Komponenten (3D-gedruckte Proben) sind frei von Nitriden als auch von Karbiden und / oder Karbonitrieren. Sollten Nitriden als auch von Karbiden doch vorhanden sein, so haben diese eine Partikelgrößen im Durchmesser von < 100nm insbesondere <50nm.

Nach einer Wärmebehandlung von aus diesem Pulver gefertigten Komponenten (3D-gedruckte Proben) zur Homogenisierung, Diffusionsglühung über 900°C speziell über 1000°C idealerweise über 1 100°C für mehr als 1 Stunde können in den gefertigten Komponenten (3D-gedruckte Proben) Nitride als auch von Karbide und /oder Karbonitride auftreten. Diese haben eine Partikelgrößen im Durchmesser von < 8miti, beziehungsweise <5miti, idealerweise < 1 miti, insbesondere <500nm.Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft wie folgt erläutert:

Es wurden nachstehende Schmelzen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt und als Pulver gefertigt (Angaben in Gew.-%):

Tabelle 2

In Tabelle 2 sind chemische Zusammensetzungen der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pulver angegeben:

Sowohl Pulver als auch in gefertigten Komponenten (3D-gedruckte Proben) waren frei von Nitriden als auch von Karbiden.

Nach einer Glühung bei einer Temperatur von 1 100°C für 1 Stunde gefolgt von einer Abschreckung im Wasser waren in gefertigten Komponenten (3D-gedruckte Proben) Partikel wie Nitride als auch Karbide und /oder Karbonitride vorhanden. Diese hatten eine Partikelgrößen im Durchmesser von unter < 1 pm.