Detaillierte Einführung in die Hochtemperaturlegierungsprodukte von Haynes

Die Hochtemperaturlegierungen von Haynes sind eine Reihe von Hochleistungslegierungen, die von Haynes International, Inc. in den USA speziell für extreme Umgebungen entwickelt wurden. Das Unternehmen mit seiner fast hundertjährigen Geschichte hat sich konsequent auf die Entwicklung und Produktion korrosionsbeständiger und  temperaturbeständiger Nickel-Kobalt-Legierungen konzentriert und sich so eine weltweit führende Position im Hochtemperatursektor erarbeitet. Die Hochtemperaturlegierungen von Haynes umfassen im Wesentlichen drei Serien: nickelbasiert, kobaltbasiert und eisenbasiert. Sie sind für anspruchsvolle Bedingungen konzipiert, bei denen hohe Temperaturen, Korrosion und komplexe mechanische Belastungen gleichzeitig auftreten.

Diese  Hochtemperaturlegierungen  erzielen außergewöhnliche Leistungen durch die Einbindung von Elementen wie Chrom, Molybdän, Wolfram und Kobalt in Nickel-, Kobalt- oder Eisenmatrizen. So sorgt beispielsweise ein hoher Chromgehalt für Oxidationsbeständigkeit, Refraktärmetalle wie Wolfram und Molybdän erhöhen die Festigkeit durch Mischkristallverfestigung, während Aluminium und Titan γ'-Ausscheidungsphasen bilden. Der einzigartige Wert der Hochtemperaturlegierungen von Haynes liegt in ihrer ausgewogenen Kombination aus Hochtemperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit, die sie zu unverzichtbaren Werkstoffen in der Luft- und Raumfahrt, der Energie- und der chemischen Industrie macht.

In praktischen technischen Anwendungen hängt die Entscheidung für Haynes-Hochtemperaturlegierungen vom Temperaturbereich und den Umgebungsbedingungen ab. Für Bauteile, die über 800 °C betrieben werden und Formbarkeit erfordern, wie Brennkammern und Übergangsbereiche, eignet sich die Legierung Haynes 263. Für höhere Temperaturen, die eine außergewöhnliche Oxidationsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Hot-End-Komponenten von Gasturbinen, ist Haynes 230 besser geeignet. Für medizinische Implantate und chemische Geräte, die eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit erfordern, ist die Kobaltlegierung Haynes 25 (L-605) die ideale Wahl.

Produktliste der Hochtemperaturlegierungen von Haynes

Leistungsmerkmale von Haynes-Hochtemperaturlegierungen in Luft- und Raumfahrtanwendungen

Bei den Hot-End-Komponenten von Flugzeugtriebwerken bestimmt die Leistung der Hochtemperaturlegierungen von Haynes direkt den Schub und die Lebensdauer des Triebwerks. Ein Beispiel hierfür ist Haynes 263: Es weist bei 815 °C eine Zugfestigkeit von über 550 MPa und eine Streckgrenze von über 400 MPa auf, was für Turbinenkomponenten, die dauerhaft hohen Temperaturen ausgesetzt sind, von entscheidender Bedeutung ist. Unter langfristigen Hochtemperaturbedingungen weist Haynes 263 eine hervorragende Kriechfestigkeit auf und erreicht bei 815 °C und einer Spannung von 170 MPa eine Lebensdauer von über Hunderten von Stunden.

Brennkammerkomponenten von Flugzeugtriebwerken müssen sowohl hohen Temperaturen der Verbrennungsgase als auch mechanischen Belastungen standhalten. Hier zeichnet sich die Legierung Haynes 230 aus. Ihr hoher Chromgehalt (ca. 22 %) bildet eine dichte Chromoxid-Schutzschicht, die für außergewöhnliche Oxidationsbeständigkeit und thermische Korrosionsbeständigkeit sorgt. Während des Flugbetriebs durchlaufen Triebwerke häufige Start-Stopp-Zyklen. Haynes 230 widersteht den Spannungsschwankungen dieser thermischen Zyklen und behält bei Raumtemperatur eine Mindestzugfestigkeit von 795 MPa und eine Streckgrenze von 310 MPa bei. Dadurch wird die strukturelle Integrität während der thermischen Zyklen gewährleistet.

Für Turbinenscheiben und -schaufeln in Flugzeugtriebwerken bietet Haynes 263 Hochtemperaturfestigkeit durch einen Ausscheidungshärtungsmechanismus der γ'-Phase (Ni₃(Al, Ti)). Diese Komponenten werden einer präzisen Lösungsglühung (ca. 1150 °C) und einer Alterungsbehandlung (ca. 800 °C für 8 Stunden) unterzogen, um Menge, Größe und Verteilung der γ'-Phase zu optimieren. Dies ermöglicht stabile mechanische Eigenschaften im Kerntemperaturbereich von 650 °C bis 900 °C. In der Praxis weisen Motor-Hot-End-Komponenten aus Haynes-Hochtemperaturlegierungen deutlich verlängerte Überholungsintervalle auf, was die Gesamtlebenszykluskosten senkt.

Recyclingwert der Hochtemperaturlegierungen von Haynes

Das  Recycling und die Wiederverwendung von Edelmetallen  aus Haynes-Hochtemperaturlegierungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie ist aufgrund des Eigenwerts der Materialien und der Knappheit strategischer Metallressourcen mittlerweile Standard. Haynes-Hochtemperaturlegierungen für Düsentriebwerke und Gasturbinen enthalten auch nach Ablauf ihrer Lebensdauer noch wertvolle Metalle wie  Nickel , Chrom und Kobalt. Diese strategischen Ressourcen können durch spezielle Vakuumschmelzverfahren gewonnen werden.

Der Recyclingwert bestimmter Haynes-Legierungsreihen hängt von Matrixtyp und Legierungszusammensetzung ab. Die kobaltbasierte Legierung Haynes 25 weist aufgrund ihres hohen Kobaltgehalts (ca. 50 %) einen höheren Recyclingwert auf. Der Recyclingwert nickelbasierter Haynes-Legierungen steht in direktem Zusammenhang mit den Schwankungen des LME-Nickelpreises. Auf Grundlage der Notierungen an der London Metal Exchange berechnen Recyclingunternehmen den Schrottwert in der Regel zu einem im Vergleich zum Spotpreis reduzierten Satz. In der Praxis schicken Fluggesellschaften Kernkomponenten wie Turbinenscheiben und -schaufeln bei Triebwerksüberholungen an spezialisierte Recyclingunternehmen. Diese gebrauchten Haynes-Hochtemperaturlegierungen werden einer strengen Prüfung, Sortierung und Vorbehandlung unterzogen, bevor sie speziellen Metallrecyclingprozessen zugeführt werden.

Nach der Raffination können recycelte Haynes-Hochtemperaturlegierungen zur Herstellung neuer Hochtemperaturlegierungen wiederverwendet werden und bilden so eine lückenlose Recyclingkette. Dies senkt nicht nur die Betriebskosten für Fluggesellschaften und Energieunternehmen, sondern bietet auch eine nachhaltige Lösung für das Lebenszyklusmanagement von Haynes-Hochtemperaturlegierungen. In Industriezweigen mit zunehmend strengerer Materialkostenkontrolle ist die Einrichtung effizienter Recyclingkanäle für Haynes-Hochtemperaturlegierungen zu einer wichtigen Strategie zur Senkung der Wartungskosten geworden.