Im Rahmen der Projektbearbeitung wurden theoretische und praktische Aufgaben zum Aktivlöten von Materialien mit großen Eigenschaftsdifferenzen bearbeitet. Schwerpunkte lagen in der industrienahen Bearbeitung von Fragen, die der Optimierung des Aktivlötens von Diamant dienen. In enger Zusammenarbeit mit klein- und mittelständischen Unter­neh­men erfolgte die systematische Entwicklung einer Vakuum­löttechnik für monokristalline Dia­manten und die Optimierung von Lotwerkstoffen für die Herstellung von diamantpartikel­hal­tigen Schneidsegmenten. Als optimale Aktivlote erwiesen sich pulverförmige CuSnTi-Basislegierungen. Theoretischen Grundlagen zur Eigenschaftsmodifikation von Aktivloten und Spannungs­berechnung von aktivgelöteten Diamantverbindungen mittels FEM-Berechnung wurden im Rahmen des Projektes erarbeitet und stehen industriellen Anwendern als Hilfsmittel für die Verfahrensent­wicklung zur Verfügung. Mit den entwickelten Lötverfahren werden kleine und mittlere Unternehmen in die Lage ver­setzt, kostengünstig technisch anspruchsvolle Werkzeuge herzustellen. Dabei ist es mög­lich, je nach Anwendungsfall, sowohl kompakte Diamanten (MKD) als auch Diamant­partikel und -pulver einzusetzen.

Im Rahmen der Projektbearbeitung wurden theoretische und praktische Aufgaben zum Aktivlöten von Materialien mit großen Eigenschaftsdifferenzen bearbeitet. Schwerpunkte lagen in der industrienahen Bearbeitung von Fragen, die der Optimierung des Aktivlötens von Diamant dienen. In enger Zusammenarbeit mit klein- und mittelständischen Unter­neh­men erfolgte die systematische Entwicklung einer Vakuum­löttechnik für monokristalline Dia­manten und die Optimierung von Lotwerkstoffen für die Herstellung von diamantpartikel­hal­tigen Schneidsegmenten. Als optimale Aktivlote erwiesen sich pulverförmige CuSnTi-Basislegierungen. Theoretischen Grundlagen zur Eigenschaftsmodifikation von Aktivloten und Spannungs­berechnung von aktivgelöteten Diamantverbindungen mittels FEM-Berechnung wurden im Rahmen des Projektes erarbeitet und stehen industriellen Anwendern als Hilfsmittel für die Verfahrensent­wicklung zur Verfügung. Mit den entwickelten Lötverfahren werden kleine und mittlere Unternehmen in die Lage ver­setzt, kostengünstig technisch anspruchsvolle Werkzeuge herzustellen. Dabei ist es mög­lich, je nach Anwendungsfall, sowohl kompakte Diamanten (MKD) als auch Diamant­partikel und -pulver einzusetzen.

In Gasturbinenbrennern kommen Nickelbasiswerkstoffe für thermisch hoch belastete Komponenten standardmäßig zum Einsatz. Die Bauteile liegen strömungstechnisch vor der stattfindenden Verbrennung, wodurch es zu einer stark einseitigen thermischen Belastung kommt. Ein wirtschaftlich effizienter Einsatz von Nickelbasiswerkstoffen kann daher in Kombination mit kostengünstigen warmfesten Stählen für die weniger stark thermisch belasteten Bauteilbereiche erreicht werden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Prozessentwicklung zum Hochtemperaturlöten von im Brennerbau häufig verwendeten Nickelbasislegierungen und dem niedriglegierten warmfesten Stahl 16Mo3 (1.5415). Im Entwicklungsprozess wurden die Mikrostruktur der Verbunde charakterisiert, die Auswirkungen thermischer Ausdehnungsunterschiede evaluiert und die erreichbare Festigkeit erfasst. An einem Demonstrator wurden die Erkenntnisse im Rahmen der industriellen Fertigung getestet.:1 Einführung 1.1 Einleitung und Motivation 1.2 Stand von Wissenschaft und Technik 1.3 Schlussfolgerungen und Zielsetzung 2 Technologische Grundlagen 2.1 Der Hochtemperaturlötprozess 2.2 Thermische Ausdehnung 2.3 Diffusion 2.4 Metallurgische Prozesse 3 Experimentelle Durchführung 3.1 Grund- und Lotwerkstoffe 3.2 Lötprozesse und Probengeometrien 3.3 Mikrostrukturelle, thermische und mechanische Charakterisierung 4 Ergebnisse und Diskussion 4.1 Mikrostrukturcharakterisierung 4.1.1 Grundwerkstoffe 4.1.2 Lötsystem 16Mo3 – INCONEL 625 4.1.3 Lötsystem 16Mo3 – Nimonic 75 4.1.4 Lötsystem 16Mo3 – Hastelloy X 4.1.5 Lötsystem 16Mo3 – INCONEL 718 4.1.6 Normalisierungsgefüge von 16Mo3 4.1.7 Zusammenfassung der Mikrostrukturcharakterisierung 4.2 Thermische Ausdehnung 4.2.1 Maßänderung 4.2.2 Eigenspannungen 4.3 Mechanische Eigenschaften 4.3.1 Zugversuch 4.3.2 Zugscherversuch 4.3.3 Ermittlung der kritischen Überlapplänge 4.4 Demonstrator 5 Zusammenfassung und Ausblick / Nickel-base alloys for thermally high loaded components are widely used for gas turbine burner parts. By means of flow direction burner parts are located prior to the combustion. They are therefore one-sided thermally loaded. An economical efficient use of nickel based alloys can be achieved in combination with low alloyed steels for thermally less loaded components. The aim of this work is the development of brazing processes for GT-burner manufacturing related nickel based alloys and the low alloyed steel 16Mo3 (1.5415) using nickel based filler materials. The development includes a microstructural characterization of the brazed compounds, the evaluation of thermal expansion behavior and the maximum strength. A final test examines the feasibility by means of industrial manufacturing.:1 Einführung 1.1 Einleitung und Motivation 1.2 Stand von Wissenschaft und Technik 1.3 Schlussfolgerungen und Zielsetzung 2 Technologische Grundlagen 2.1 Der Hochtemperaturlötprozess 2.2 Thermische Ausdehnung 2.3 Diffusion 2.4 Metallurgische Prozesse 3 Experimentelle Durchführung 3.1 Grund- und Lotwerkstoffe 3.2 Lötprozesse und Probengeometrien 3.3 Mikrostrukturelle, thermische und mechanische Charakterisierung 4 Ergebnisse und Diskussion 4.1 Mikrostrukturcharakterisierung 4.1.1 Grundwerkstoffe 4.1.2 Lötsystem 16Mo3 – INCONEL 625 4.1.3 Lötsystem 16Mo3 – Nimonic 75 4.1.4 Lötsystem 16Mo3 – Hastelloy X 4.1.5 Lötsystem 16Mo3 – INCONEL 718 4.1.6 Normalisierungsgefüge von 16Mo3 4.1.7 Zusammenfassung der Mikrostrukturcharakterisierung 4.2 Thermische Ausdehnung 4.2.1 Maßänderung 4.2.2 Eigenspannungen 4.3 Mechanische Eigenschaften 4.3.1 Zugversuch 4.3.2 Zugscherversuch 4.3.3 Ermittlung der kritischen Überlapplänge 4.4 Demonstrator 5 Zusammenfassung und Ausblick