Prakt. Met. Sonderband 38 (2006) 315
HeiBriBbildung in der WarmeeinfluBzone lasergebohrter Turbi-
nenschaufeln aus der Nickelbasis-Superlegierung René 80
A. Neidel*, S. Krause*, S. Riesenbeck*, Th. Ullrich*, J. Vélker*, S. Wallich*, W. Osterle**
> Siemens Power Generation AG, Berlin und Mülheim
> Bundesanstalt fur Materialforschung und -priifung, Berlin
Zusammenfassung
Moderne Filmkihltechnologien fiir HeiRgasteile von Gasturbinen mit nach wie vor steigen-
den Eintrittstemperaturen erfordern spezialisierte Fertigungsverfahren. Inzwischen ist der
Laser das bevorzugte Werkzeug zum Herstellen einer großen Anzahl kleiner Filmkühlboh-
rungen in Turbinenteilen aus Nickelbasis-Superlegierungen. Die meisten dieser Werkstoffe
sind allerdings in der sich an die umgeschmolzene Schicht anschließenden Wärmeeinfluß-
zone recht heißrißempfindlich. Umfangreiche metallographische Untersuchungen, die zur
Parameteroptimierung durchgeführt wurden, zeigten für den Werkstoff Rene 80 einen aus-
geprägten Gefügeeinfluß auf die Heißrißempfindlichkeit, d.h. gleiche Laserparameter kön-
nen je nach lokaler Gefügeausbildung in unmittelbarer Bohrungsumgebung zu unterschied-
lichen Heißrißlängen führen. Korngröße, Korngrenzenform und -lage sowie die Ausbildung
der Primärcarbide scheinen eine wesentliche Rolle zu spielen. Diese Zusammenhänge soll-
ten bei der Festlegung zulässiger Heißrißlängen berücksichtigt werden, da eine Einfluß-
nahme auf die lokalen Gefügeparameter bei konventionellen Feingußprozessen mit wirt-
schaftlich vertretbarem Aufwand nicht realistisch erscheint.
1. Einführung
Gasturbinen sind als Turbomaschinen vielseitig verwendbar und werden seit Jahrzehnten
für eine große Anzahl von Anwendungsfällen eingesetzt. Neben der wohl wichtigsten Ver-
wendung als Flugtriebwerk sind Gasturbinen seit vielen Jahren auch aus der Energieer-
zeugung nicht mehr wegzudenken (Bild 1). Um den thermischen Wirkungsgrad als ent-
scheidenden Faktor für die Brennstoffökonomie dieser Maschinen weiter zu steigern, wird
eine stetige Erhöhung der sog. Turbineneintrittstemperatur der HeiRgase angestrebt. Bei
Industriegasturbinen für Kraftwerksanwendungen sind inzwischen Wirkungsgrade von mehr
als 39 % bei Gastemperaturen von deutlich über 1500 °C möglich [1] - [4], [8].
Es stehen verschiedene konstruktive Möglichkeiten zur Verfügung, um die Heißgasteile
dieser Maschinen beständig gegen die hohen Temperaturen und mechanischen Beanspru-
chungen zu machen. Neben entsprechender Werkstoffauswahl, die zur Nutzung von Su-
perlegierungen wie Rene 80 geführt hat, sind hier komplexe Beschichtungssysteme und
hochentwickelte Kühlsysteme zu nennen [1]- [8]. Seit ungefähr 15 Jahren nutzen auch sta-
tionäre Gasturbinen solche zuerst für Flugtriebwerke konstruierten modernen Kühlkonzep-
te, vor allem auch die Filmkühlung (Bilder 1 u. 2). Bei dieser Technologie wird aus dem
Verdichter entnommene Kühlluft wie ein Film um die Schaufeloberfläche gelegt, um die
HeiRßgase an einer direkten Berührung dieser Oberfläche zu hindern. Dazu muß die Kühlluft
