Hauptbestandteil von Nickel-Basislegierungen ist das Element Nickel. Hauptanwendung finden Nickelbasislegierungen als Hochtemperaturwerkstoffe und als chemisch beständige Werkstoffe , wobei die Beständigkeit gegenüber den hohen Einsatztemperaturen sowie den Umgebungsbedingungen u.a. besonders von den Legierungselementen Chrom, Molybdän, Kobalt, Wolfram und Aluminium bestimmt wird. Die Legierungselemente sind einerseits für die Mischkristallhärtung des austenitischen Ni-Mischkristalls verantwortlich, werden andererseits aber auch für Ausscheidungshärtung und Teilchenverfestigung genutzt. Abhängig von den geforderten Eigenschaften enthalten Nickelbasislegierungen oft über zehn unterschiedliche Legierungselemente.
Die dauerhaften Einsatztemperaturen von Nickelbasislegierungen liegen bis etwa 1.100 °C.
Verwendet werden insbesondere Nickel-Eisen-, Nickel-Eisen-Chrom-, Nickel-Chrom-, Nickel-Molybdän-Chrom-, Nickel-Chrom-Kobalt- Legierungen. Die meisten Nickellegierungen sind nach internationalen Normen klassifiziert.
Nickelwerkstoffe finden vielseitige Verwendung, insbesondere in
• in der chemischen Industrie für verfahrenstechnische
Anlagen wie Kondensatorrohre, Kessel, Wärmetauscher,
Ventile und Pumpen
• Luftfahrt (z. B. Triebwerke, Turbinen, Befestigungsteile)
• Automobilindustrie (z. B. Ventiltechnik, Katalysatoren)
• Seewasserfeste Komponenten für Entsalzungsanlagen
sowie im Schiffbau
• Energieerzeugung (z. B. Kraftwerksgeneratoren)
• Öl- und Gasförderung (z. B. Bohrwerkzeuge)
• Umweltschutz und Abfallwirtschaft (z. B. Rauchgas-
entschwefelungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen,
Meerwasserentsalzungsanlagen u.v.a.
Superlegierungen auf der Basis von Nickel bezeichnen Legierungen mit einer besonderen Zusammensetzung, die speziell für Hochtemperaturanwendungen (z. B. im Triebwerksbau) produziert werden.
Der Hauptvorteil der Nickelbasis-Superlegierungen besteht in ihren Kriech- und Ermüdungsfestigkeiten bei hohen Temperaturen. Ab etwa 550 °C sind sie diesbezüglich den hochwarmfesten Stählen überlegen. Ausscheidungshärtung durch intermetallische Phasen bewirkt, dass Nickelbasis-Superlegierungen bis zu Temperaturen von 1.100°C eingesetzt werden können. Die Eigenschaften werden dabei in der Regel durch Legieren mit Aluminium und/oder Titan und Niob erreicht. Die entstehenden Ni3[Al,Ti, Nb]-Ausscheidungen nehmen bei höheren Legierungsgehalten eine charakteristische blockförmige Struktur an. Zusätzlich wird das Kriechen durch thermodynamisch kontrollierte Korngrenzen-Netzwerke von M23C6-Karbiden und anderen Phasen verhindert.
Da außerdem die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen durch Bildung einer sehr dichten Oxidschicht sehr hoch ist, sind diese Werkstoffe die erste Wahl für Konstruktionswerkstoffe in Gasturbinen von Kraftwerken und in Flugzeug-turbinen.
Nickellegierungen werden je nach Anforderung und Legierungslage bevorzugt offen (an Luft) im Elektrolichtbogenofen erschmolzen, teilweise auch im Vakuum-Induktionsschmelzverfahren, besonders wenn diese hohe Gehalte an sauerstoffaffinen Elementen wie z.B. Ti und Al enthalten. Es schließt sich meist eine Umschmelzung nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren (ESU) oder dem Vakuumlichtbogenofenverfahren (VLBO) zur Verbesserung der Homogenität und des Reinheitsgrades an. Die Legierungslage allgemein verlangt oft enge Temperaturfenster für die Warmumformung und die Wärmebehandlung.
