Oxidationsverhalten und Kriechwiderstand von gerichtet erstarrten eutektischen Legierungen im System NiAl-Cr-Mo

Trotz ähnlich hoher Kriechwiderstände im Vergleich zu Nickelbasis-Superlegierungen weisen die hier untersuchten eutektischen Legierungen NiAl-34Cr, NiAl-33,5Cr-0,5Mo, NiAl-31Cr-3Mo und NiAl-9Mo eine um ca. 25 % niedrigere mittlere Dichte von 6,25 g/cm³ auf. Diese durch Zonenschmelzen tiegellos gerichtet erstarten in situ Kompo-site bestehen aus einer NiAl-Matrix in der die Verstärkungsphase aus Cr, Mo oder (Cr,Mo) in Form von Fasern oder Lamellen eingebettet ist. Durch die Erstarrungsparame-ter und die Zusammensetzung können die Morphologie, die Durchmesser und die Ab-stände kontrolliert werden. ... mehrDie Erstarrungsgeschwindigkeiten lagen für die faserförmi-gen Morphologien zwischen 20 und 80 mm/h und lieferten mittlere Durchmesser von 670 bis 360 nm mit Abständen von 1150 bis 580 nm und einem Faservolumenanteil von 30 - 40 %. Bei der Legierung NiAl-31Cr-3Mo mit lamellarer Morphologie wurden die bei-den Erstarrungsgeschwindigkeiten 40 und 102 mm/h untersucht. Hierbei zeigten sich mittlere Lamellendicken von 600 bis 350 nm und mittlere Abstände von 1650 bis 700 nm bei einem Lamellenvolumengehalt zwischen 40 und 45 %.
Die Untersuchung des mechanischen Hochtemperaturverhaltens zeigte, dass NiAl-33,5Cr-0,5Mo den höchsten Kriechwiderstand aufweist. Der Widerstand der Legie-rung NiAl-9Mo war etwas geringer. Den niedrigsten lieferte die lamellare Morphologie NiAl-31Cr-3Mo. Hierbei wurde auch der deutliche Einfluss des Winkels zwischen der Wachstumsrichtung und der Belastungsrichtung für 0°, 15°, 45° und 90° untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die minimalen Dehnraten um drei Dekaden niedriger sind (im Vergleich zu 0°) sofern der Winkel zwischen den beiden Richtungen 45° beträgt. Das Werkstoffverhalten konnte durch eine Betrachtung der Schmidfaktoren erklärt werden.
Die Oxidationsversuche zeigten, dass die chromreichen Legierungen tendenziell höhere Widerstände aufweisen, da dort die Bildung einer $\rm Al_2O_3$- bzw. $\rm Cr_2O_3$-Oxidschicht nach-gewiesen wurde. Bei 1000 und 1100 °C wies NiAl-33,5Cr-0,5Mo den höchsten Widerstand auf. Bei 900 °C hat NiAl-31Cr-3Mo bessere Werte. Den niedrigsten Oxidationswiderstand zeigte NiAl-9Mo über alle Versuche, was durch die Bildung von volatilem $\rm MoO_3$ und großvolumigen Oxidverbindungen zu begründen ist.

Despite similar creep resistance compared to Nickelbase superalloys, the here investi-gated eutectic alloys NiAl-34Cr, NiAl-33,5Cr-0,5Mo, NiAl-31Cr-3Mo and NiAl-9Mo pos-sess an approximately 25 % lower average density of 6,25 g/cm³. Those by float-zone method directional solidified in-situ composites consist of a NiAl matrix in which the re-inforcing phase Cr, Mo or (Cr,Mo) in form of fibers or lamellae is embedded. Through the solidification parameters and the composition the morphology, the diameter and the spacing is controllable. The solidification velocities for the fibrous morphologies were be-tween 20 and 80 mm/h and yielded in average diameters of 670 to 360 nm with a spacing of 1150 to 580 nm and a fiber volume fraction of 30 - 40 %. ... mehrFor the lamellar morphology NiAl-31Cr-3Mo two velocities 40 and 102 mm/h were investigated. Here the average la-mellae thickness ranged from 600 to 350 nm and the average spacing was between 1650 and 700 nm with a lamellae volume fraction from 40 to 45 %.
The analysis of the mechanical high temperature behavior showed that NiAl-33,5Cr-0,5Mo possesses the highest creep resistance. The resistance of the alloys NiAl-9Mo was lower. The lowest creep resistance was found for the lamellar morphology NiAl-31Cr-3Mo. Here, the significant influence of the angle between the growth direction and the loading direction was analyzed for 0°, 15°, 45° and 90°. It could be shown that the minimal creep rates are three decades lower (in comparison to 0°) if the angle is 45°. The behavior could be explained by consideration of the Schmid factors.
The oxidation tests showed that chromium-rich alloys possess higher resistance as there the formation of $\rm Al_2O_3$ or $\rm Cr_2O_3$ oxide layer was proven. At 1000 and 1100 °C NiAl-33,5Cr-0,5Mo had the highest resistance. At 900 °C NiAl-31Cr-3Mo showed better values. The lowest oxidation resistance was found in NiAl-9Mo in all tests, which could be explained through formation of volatile $\rm MoO_3$ and large volume oxides.