Superlegierungen:
garantiert hitze- und korrosionsbeständig
Wo die Ansprüche an die Werkstoffe steigen, wo hohe Einsatztemperaturen vorherrschen, da kommen die so genannten Superlegierungen oder HRSA ins Spiel (HRSA = Heat Resistant Super Alloys). Es handelt sich um Legierungen mit einer komplexen Zusammensetzung. Attraktiv sind sie dank der Eigenschaft, ihre Festigkeit und Härte auch bei hohen Temperaturen beizubehalten und resistent gegen Korrosion zu sein.
Die Charakteristiken
Unterschieden wird bei den Superlegierungen zwischen drei Hauptgruppen:
Fe-basierte Legierungen sind eine Weiterentwicklung der austenitischen rostfreien Stähle und haben von allen Superlegierungen die geringste Hitzebeständigkeit. Sie eignen sich für die Herstellung von Gehäusen, Wellen oder Ringen. Bsp. Incoloy 909, A286, Greek Ascoloy.
Ni-basierte Legierungen bilden die häufigste Gruppe innerhalb der Superlegierungen. Sie werden immer öfter im Flugzeugbau eingesetzt, für Brennkammern und Turbinengehäuse der Triebwerke, oder im Gasturbinenbau. Bsp. Inconel 718, Inconel 625, Waspaloy, Hastelloy.
Co-basierte Legierungen zeichnen sich aus durch eine extrem gute Resistenz gegen Korrosion auch bei hohen Temperaturen. Diese Materialien sind sowohl teuer als auch schwierig zu zerspanen. Der Einsatz beschränkt sich heute auf Anwendungen in einem heissen oder sehr korrosionsanfälligen Umfeld (Kernreaktoren, medizinische Implantate). Bsp. CoCr, Haynes 25, Stellite 31 (siehe spezielles Kapitel CrCo-Legierungen).
- Materialbeispiel: Inconel 625
- Korrosionsschutz: sehr hoch
- Säurebeständigkeit: sehr hoch
- Hitzebeständigkeit: Hoch bis sehr hoch
- Härte hoch, auch bei hohen Temperaturen
- Nicht härtbar (niedriger C-Gehalt ˂ 0.07 %)
- Nicht magnetisch
- Wärmeleitfähigkeit: niedrig
- Wärme- und Kaltumformbarkeit: sehr gut
- Wärmeausdehnungskoeffizient: hoch
- Beibehaltung von Festigkeit und Härte auch bei hohen Temperaturen
- Mechanische Eigenschaften. Sehr Gut (hohe Zugfestigkeit, Bruchdehnung)
- Zähigkeit: hoch auch bei tiefen Temperaturen
- Zerspanbarkeit: sehr anspruchsvoll
- Haupteinsatzgebiete: chemische Industrie, Luftfahrt, Energieerzeugung, Medizintechnik
- Materialkosten: sehr hoch
Die Herausforderung
Die extrem hohe Härte und die geringe Wärmeleitfähigkeit erzeugen bei der Zerspanung hohe Temperaturen. Die Tendenz zur Kaltverfestigung und Oberflächenverhärtung erhöhen den Verschleiss an den Werkzeugschneiden. Diese Materialeigenschaften machen diese hoch belastbaren Legierungen zu einer Herausforderung für den Zerspaner. Dazu kommt eine ausgeprägte Zähigkeit, eine zusätzliche Hürde, wenn es um die Spanbildung und die Abfuhr der Späne geht.
Oft werden deshalb vor allem beim Bohren alternative, verschleissfreie Verfahren bevorzugt (Elektroerosion oder Laser). An die Grenzen kommen diese hingegen in der Luft- und Raumfahrt, wo strenge Vorschriften bestehen in Bezug auf die Randzonenqualität. In dieser Hinsicht ist die Bearbeitung mit Schneidwerkzeugen ein klarer Vorteil, doch müssen die Themen wie Überhitzung der Werkzeuge, Verkleben der Späne, Aufbauschneiden beherrscht werden.
Die Lösung
Es ist durchaus möglich, diese hitzebeständigen Superlegierungen mit Schneidwerkzeugen prozesssicher zu bearbeiten. Mikron Tool hat bei der Suche nach geeigneten Lösungen diese speziellen Eigenschaften berücksichtigt und in die Entwicklung der Werkzeuge einbezogen:
Die Kühlung
Die Kühlung ist wie bei allen hitze- und korrosionsbeständigen Materialien als zentrales Thema behandelt worden. Wenn immer möglich verfügen die Werkzeuge von Mikron Tool (Bohrer und Fräser) über eine interne Kühlung, bei kleinen Dimensionen als Kühlkanäle integriert im Schaft, bei grösseren auch spiralisiert bis an die Spitze des Werkzeuges.
Das Hartmetall
Die von Mikron Tool verwendeten Hartmetalle für die Bearbeitung von Superlegierungen sind resistent gegen Wärmeschock und verfügen gleichzeitig über eine hohe Biegefestigkeit sowie Bruchzähigkeit.
Die Geometrie
Die Geometrie ist so ausgelegt, dass trotz der hohen Zähigkeit des Materials keine hohen Schnittkräfte notwendig sind, das Werkzeug über eine hohe Stabilität verfügt und die Schneiden einen guten Spanbruch garantieren bei gleichzeitig guter Späneausfuhr aus der Zerspanungszone.
Die Beschichtung
Die Beschichtung ist temperatur- und oxidationsresistent mit einem hohen Widerstand gegen Verschleiss sowie einer tiefen Adhäsion zu Metallen.
Der Bearbeitungsprozess
Anspruchsvolle Materialien wie Superlegierungen erfordern neben dem geeigneten Werkzeug auch einen klar definierten Bearbeitungsprozess. Bei den Produkten von Mikron Tool entsprechen die empfohlenen Schnittwerte und die Vorgehensweise den Resultaten, die aufgrund von praktischen Tests erarbeitet wurden. Dabei haben die Werkzeugspezialisten darauf geachtet, die bestmögliche Kombination von hohen Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten, einer guten Kühlung der Schneiden und gleichzeitig einem guten Spänefluss zu finden.
Die Anwendungsbereiche
- Chemische Industrie (Ventile und Pumpen, chemische Reaktoren)
- Luftfahrt (z. B. Triebwerke, Turbinen, Befestigungsteile)
- Medizintechnik (Implantate)
- Automobilindustrie (z. B. Ventiltechnik, Katalysatoren)
- Energieerzeugung (z. B. Kraftwerksgeneratoren)
- Elektronik (elektronische Schaltungen, Computerherstellung)
Anwendungsbeispiele:
Luft- und Raumfahrt
Kugelgelenk (z. B. Schrägbohrung Ø 1.6 mm (.063”) / Bohrtiefe 12.5 mm (.492”) in Alloy 201 mit Nickelgehalt 99.2%. Vorgehend eine schräge Pilotbohrung mit CrazyDrill Crosspilot)
Motorteil, Bohrung für Öldurchfluss (z. B. Zentrieren einer Bohrung von Ø 1.9 mm (.0748”) in Hastelloy X)
Motorteil, Bohrung für Öldurchfluss (z. B. Bohrung Ø 1.9 mm (.0748”) / Bohrtiefe 15 mm (.591”) in Hastelloy X)
Energie
Gas Turbine (z. B. Pilotbohrung und Bohrung Ø 4 mm (.157“) / Bohrtiefe 10 x d, in Inconel 625, 2.4856)
Automotive
Nadelsitz (z. B. Zentrieren einer Bohrung von Ø 1.7 mm (.0669”) in Inconel 625, NiCr22Mo9Nd, 2.4856. Folgebohrung mit CrazyDrill Cool)
- Mit CrazyMill Cool
Zylinderkopf, Motorsport (Fräsen von Taschen Ø 5 mm (.197”) / Tiefe 1 mm (.0393”) und Ø 7 mm (.276”) / Tiefe 1 mm (.0393“) in HRSA Inconel 718, 2.4668)
Die Produkte
Mikron Tool bietet für die Bearbeitung von Superlegierungen, speziell für solche auf Basis von Nickel, eine Reihe von standardisierten Produkten. Die angegebenen Schnittwerte entsprechen den in praktischen Versuchen getesteten Resultaten.
Vielfältig sind auch die Möglichkeiten von kundenspezifischen Werkzeugen wie Bohrer, Stufenbohrer, Fräser, Reiber, Entgratwerkzeuge, Drehwerkzeuge, Formwerkzeuge und kombinierte Werkzeuge.
- Zentrieren im Durchmesserberreich von 0.3 bis 6 mm (.0118" bis .2362"), Zentrierwerkzeug mit Innenkühlung
- Pilot/Kurzbohren im Durchmesserbereich von 0.2 bis 2 mm (.008“ bis .078“), Bohrtiefe 3 x d, Bohrer mit Innenkühlung, mit 90° Senkung
- Pilot/Kurzbohren im Durchmesserbereich von 1 bis 6.35 mm (039“ bis .25“), Bohrtiefe 3 x d, Bohrer mit Innenkühlung, mit 90° Senkung
- Bohren im Durchmesserbereich von 0.2 bis 2 mm (.008" bis .0787"), Bohrtiefe bis 12 x d, Bohrer mit oder ohne Innenkühlung
- Bohren im Durchmesserbereich von 1 bis 6.35 mm (.039“ bis .25“), Bohrtiefe bis 40 x d, Bohrer mit Innenkühlung
- Mikrotieflochbohren im Durchmesserbereich von 0.2 bis 1.2 mm (.008“ bis .047“), Bohrtiefe bis 50 x d, Bohrer mit Innenkühlung
- Nuten-, Taschen und Wandungsfräsen im Durchmesserbereich von 0.3 bis 8 mm (.0118" bis .315"), zylindrisch und torisch, Frästiefen bis
5 x d, Fräser mit Innenkühlung
CrazyMill Cool Zylindrisch & Torisch
- Kopier- und Wandungsfräsen mit Vollradiusfräser im Durchmesserbereich von 0.3 bis 8 mm (.012“ bis .315“), Frästiefe bis 5 x d, Fräser mit Innenkühlung
- Bis 1 x d senkrecht ins Material eintauchen, Bohrfräser im Durchmesserbereich von 1 bis 8 mm (0.039“ - .315“), Frästiefen bis 2.5 x d, Fräser mit Innenkühlung
- Kundenspezifische Werkzeuge im Durchmesserbereich von 0.1 bis 32 mm (.0039" bis 1.2598")
Je nach Anwendung eignen sich auch andere Werkzeuge der CrazyLinie für die Bearbeitung von Super-Legierungen. Kontaktieren Sie uns hier, um mehr über diese Möglichkeiten zu erfahren.