Nickelbasis-Superlegierung: Was ist damit gemeint?

Lösung: B. Sie ist Ni₃Al mit geordneter L1₂-Struktur (eine auf dem kfz-Gitter beruhende Ordnungsphase), hat nahezu dieselbe Gitterkonstante wie die Matrix γ und scheidet sich fein mit kohärenten Grenzflächen aus

Die γ'-Phase ist eine geordnete Phase vom L1₂-Typ der Zusammensetzung Ni₃(Al,Ti), in der Al die Ecken und Ni die Flächenmitten des kfz-Gitters besetzt. Ihre Gitterkonstante unterscheidet sich nur wenig von der der Matrix γ (eines kfz-Mischkristalls auf Ni-Basis), die Fehlpassung ist also klein; daher scheiden sich feine würfelförmige Teilchen mit kohärenten Grenzflächen aus, die in Legierungen für einkristalline Schaufeln 60–70 % des Volumens erreichen. Tritt eine Versetzung aus γ in γ' ein, stört sie die geordnete Anordnung und erzeugt eine Antiphasengrenze; die Versetzungen müssen sich daher paarweise bewegen, was einen großen Widerstand bedeutet. γ' ist bis zu hohen Temperaturen stabil und zeigt zudem eine anomale Temperaturabhängigkeit, bei der die Streckgrenze bis etwa 700–800 °C mit der Temperatur steigt. Die Aussage mit krz verwechselt die Kristallstruktur, die Aussage mit Korngrenzencarbiden verwechselt γ' mit einer anderen Phase; filmartige Carbide sind sogar eine Ursache für Versprödung.

Lösung: C. Weil ohne Korngrenzen quer zur Spannung die Ausgangsstellen der Kriechschädigung fehlen und Einkristalle keine Korngrenzenverfestiger brauchen, sodass sie heiß lösungsgeglüht werden können und γ' gleichmäßig fein wird

Turbinenschaufeln werden durch die Fliehkraft in Längsrichtung auf Zug beansprucht, und Korngrenzen senkrecht zur Spannung werden zu Ausgangsstellen von Kriechporen und -rissen. Bei der gerichteten Erstarrung werden die Körner als Stängelkristalle in Spannungsrichtung ausgerichtet, sodass die senkrechten Korngrenzen entfallen. Bei einkristallinen Schaufeln, bei denen nur ein einziger Kristall ausgewählt und gezüchtet wird, gibt es überhaupt keine Korngrenzen. Werden C, B, Zr und andere Elemente zur Korngrenzenverfestigung überflüssig, steigt die Temperatur, bei der die Legierung zu schmelzen beginnt; das Lösungsglühen kann daher bei hoher Temperatur erfolgen, sodass sich γ' zunächst vollständig löst und dann gleichmäßig und fein ausscheidet. Die Aussage, man setze mehr verfestigende Elemente zu, kehrt diesen Zusammenhang um. Auch Einkristalle enthalten Versetzungen, und das Kriechen erfolgt durch deren Bewegung im Kristall.