Turbinenmaterialien

Turbinenmaterialien umfassen die Werkstoffe, die in Turbinen unterschiedlicher Bauart eingesetzt werden, etwa in Gasturbinen, Dampfturbinen oder Windturbinen. Sie müssen extremen Temperaturen, hohen mechanischen Beanspruchungen, zyklischen Lasten und aggressiven Umgebungen standhalten. Zentrale Anforderungen sind Festigkeit und Kriechfestigkeit bei hohem Temperatureinfluss, geringe Wärmeausdehnung, Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit sowie Herstellbarkeit, Reparierbarkeit und Kosten.

Im Hochtemperaturbereich dominieren nickelbasierte Superlegierungen (Ni-Base) für heiße Abschnitte wie Schaufeln und Leitradplatten. Sie bieten ausgezeichnete Festigkeit und Kriechfestigkeit bis nahe an 1000–1100°C. Typische Verarbeitung erfolgt als Einzelkristall- oder richtungsgerichtet erstarrte Legierungen. Oberflächen- und Umweltverhalten verbessern sich durch Thermal Barrier Coatings (TBCs) auf Ni-basierten Legierungen sowie Schutzschichten wie MCrAlY. In einigen Anwendungen kommen keramische Matrixkomposites (CMCs) zum Einsatz, um Gewicht zu senken.

Für niedrigere Temperaturbereiche kommen Stähle zum Einsatz: martensitische und ferritische Legierungen, sowie creep-resistente Cr-Mo-V-Nb-Stähle. Dampfturbinen verwenden häufig creep-resistente Stähle und hochtemperaturbeständige Legierungen; Windturbinen verwenden meist Leichtbauwerkstoffe, insbesondere Rotorblätter aus Glasfaser- oder Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen.

Herstellung und Lebensdauer: Gieß-, Pulvermetallurgie oder Richtungsguss ermöglichen komplexe Geometrien; additive Fertigung wird zunehmend genutzt. Oberflächenbehandlung, Beschichtungen und funktionale Schichten verlängern Lebensdauer. Zukünftige Entwicklungen zielen auf fortschrittliche Legierungen, verbesserte Beschichtungen und funktionsgradientische Systeme, um Effizienz und Zuverlässigkeit von Turbinen zu erhöhen.