Hastelloy B-Legierungspulver und seine Anwendung in der additiven Fertigung
Einführung
Hastelloy B ist eine typische, durch Festlösungsverstärkung charakterisierte, korrosionsbeständige Nickelbasislegierung vom Ni–Mo-Typ, die für ihre herausragende Beständigkeit in stark reduzierenden korrosiven Umgebungen bekannt ist. Diese Legierung weist einen hohen Molybdänanteil auf und zeichnet sich durch eine extrem hohe Korrosionsbeständigkeit in Salzsäure, Flusssäure und chloridhaltigen Systemen aus.
Daher findet es breite Anwendung in den Bereichen Chemieingenieurwesen, Erdölindustrie, Energieanlagenbau und Oberflächentechnik. Dank fortschrittlicher Fertigungstechnologien hat sich das Hastelloy-B-Legierungspulver nach und nach zu einem der wichtigsten Werkstoffe für das Laserauftragschweißen, die additive Fertigung (LPBF/DED) und die pulvermetallurgische Fertigung entwickelt.
Cchemische Zusammensetzung
Los-Nr. TRUER 20241209-02
Hastelloy B ist eine Nickel-Molybdän-Legierung, die speziell für extrem reduzierende und saure Umgebungen entwickelt wurde. Ihr Hauptmerkmal besteht darin, dass sie durch ihren extrem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff (C) und Silizium (Si) die Beständigkeit der vom Schweißprozess betroffenen Zone gegen interkristalline Korrosion erheblich verbessert, sodass sie direkt nach dem Schweißen eingesetzt werden kann.
Unter diesen ist Mo das wichtigste verstärkende Element. Etwa 30% des Molybdäns bildet in der Ni-Matrix eine stabile Mischkristallstruktur, wodurch das Material in reduzierenden Säuren wie Salzsäure eine extrem niedrige Korrosionsrate aufweist. Gleichzeitig lässt sich durch strenge Kontrolle des Gehalts an Verunreinigungen wie Kohlenstoff und Silizium die Bildung spröder Ausscheidungsphasen wirksam verhindern, wodurch die Stabilität und die Schweißbarkeit des Werkstoffs verbessert werden.
PHerstellung und Eigenschaften von Pulver
Hastelloy-B-Legierungspulver wird in der Regel durch Vakuumzerstäubung (VIGA) oder Inertgaszerstäubung (GA) hergestellt. Mit diesen Verfahren lässt sich Metallpulver mit hoher Reinheit, hoher Rundheit und gleichmäßiger Partikelgrößenverteilung herstellen.
Zu den typischen Eigenschaften von Pulver zählen die Pulvermorphologie, die Partikelgröße, die Fließfähigkeit und die Dichte.
Los-Nr. TRUER 20241209-02
Eine gute Rundheit und Partikelgrößenverteilung können die Fließfähigkeit und die Stabilität des Pulvers beim Auftragen erheblich verbessern. Bei der Laserbearbeitung lässt sich leichter ein stabiles Schmelzbad bilden, wodurch eine hochdichte und fehlerarme Struktur erzielt wird.
REM-Foto
Mikroskopische Merkmale
Die Matrixstruktur von Hastelloy B ist eine einphasige γ-Ni-Austenit-Mischkristallstruktur (FCC). Das Element Mo ist in Form einer Mischkristalllösung in der Nickelmatrix verteilt und bildet ein stabiles Mischkristall-Verfestigungssystem.
Unter den Bedingungen der traditionellen Metallurgie und der additiven Fertigung weist die Mikrostruktur folgende Merkmale auf:
• Die einphasige austenitische Struktur ist stabil
• Das Mo-Element ist gleichmäßig gelöst
• Es gibt weniger an Korngrenzen ausgefällte Phasen.
• Die Körner werden unter den Bedingungen einer schnellen Erstarrung deutlich verfeinert
Diese stabile Mischkristallstruktur gewährleistet nicht nur die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs, sondern verleiht ihm auch eine hervorragende Zähigkeit und hervorragende Verarbeitungseigenschaften.
Mechanische und physikalische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften von Hastelloy B zeichnen sich durch eine Kombination aus mäßiger Festigkeit und hoher Zähigkeit aus. Die typischen Eigenschaften bei Raumtemperatur sind wie folgt:
• Zugfestigkeit: ≥ 760 MPa (110 ksi)
• Streckgrenze (0,2%): ≥ 345 MPa (50 ksi)
• Dehnung: ≥ 40%
• Dichte: ca. 9,22 g/cm³
• Schmelzpunktbereich: ca. 1370 °C
Im Vergleich zu vielen hochfesten Legierungen liegt der Vorteil von Hastelloy B nicht in seiner extrem hohen Festigkeit, sondern in seiner Fähigkeit, in einer stark korrosiven Umgebung langfristig stabile mechanische Eigenschaften beizubehalten.
Korrosionsbeständigkeit
Das herausragendste Merkmal von Hastelloy B ist seine extrem hohe Korrosionsbeständigkeit in stark reduzierenden Medien.
Zu den typischen korrosionsbeständigen Umgebungen gehören:
• Salzsäure (HCl)
• Flusssäure (HF)
• Umgebung mit feuchtem Chlorgas
• System zur Reduktion von Schwefelsäure
• Chloridsystem
In Umgebungen mit Salzsäure in verschiedenen Konzentrationen und bei unterschiedlichen Temperaturen liegt die Korrosionsrate der Hastelloy-B-Legierung in der Regel unter 0,1 mm/Jahr, was deutlich besser ist als bei herkömmlichem Edelstahl und vielen nickelbasierten Legierungen. Daher gilt Hastelloy B unter Salzsäurebedingungen oft als einer der zuverlässigsten Werkstoffe für den Maschinenbau.
Anwendungen im Bereich Laserauftragschweißen und additive Fertigung
Mit der Entwicklung fortschrittlicher Fertigungstechnologien nimmt der Einsatz von Hastelloy-B-Legierungspulver in der Oberflächentechnik und der additiven Fertigung von Tag zu Tag zu.
- Laserplattieren
Hastelloy B-Pulver zeichnet sich beim Laserauftragschweißen durch eine hervorragende Stabilität im Schmelzbad und ein ausgezeichnetes metallurgisches Haftvermögen aus, wodurch die Bildung einer dichten, korrosionsbeständigen Beschichtung ermöglicht wird.
Typische Eigenschaften der Deckschicht:
• Härte: 220–260 HV
• Porosität: < 1%
• Schichtdicke: 0,5–3 mm
Zu den gängigen Anwendungsbereichen gehören:
• Korrosionsschutzbeschichtung an der Innenwand des Chemiereaktors
• Ventildichtfläche
• Pumpengehäuse und Wellenhülse
• Rohrleitung für saure Medien
- Additive Fertigung
Auch bei additiven Fertigungsverfahren wie LPBF und DED zeichnet sich Hastelloy B durch eine hervorragende Verarbeitbarkeit aus. Dank seiner stabilen Mischkristallstruktur und seiner geringen Rissanfälligkeit ermöglicht es eine Formgebung mit hoher Dichte.
Die typische Dichte von Bauteilen aus der additiven Fertigung kann bis zu 99,51 TP3T betragen. Dadurch eignet sich Hastelloy B für die Herstellung komplexer korrosionsbeständiger Strukturbauteile und Schlüsselkomponenten für chemische Anlagen.
