Maßgefertigte Stanzteile aus Hastelloy X | Präzisionsstanzteile aus Legierungen

Falls Sie vor dem Weiterlesen zunächst das Fazit wissen möchten: Das Stanzen von Hastelloy X liefert die besten Ergebnisse, wenn Ihr Bauteil dünnes Blech (typischerweise 0,5 mm bis 3 mm) einem Design, das das Rückfederungsverhalten der Legierung berücksichtigt, sowie einer Einsatzumgebung, die eine dauerhafte Festigkeit bei Temperaturen über 800 °C erfordert, da diese Nickel-Chrom-Eisen-Molybdän-Superlegierung oxidationsbeständig ist und ihre mechanischen Eigenschaften auch bei Temperaturen beibehält, bei denen die meisten anderen stanzbaren Werkstoffe erweichen oder sich zersetzen würden. Wir bei MWalloys stanzen seit Jahren Hastelloy-X-Komponenten für Brennkammerauskleidungen von Gasturbinen, Abgassystemkomponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie Vorrichtungen für Industrieöfen. Der entscheidende Faktor, der ein erfolgreiches Stanzprojekt von einer verworfenen Werkzeugserie unterscheidet, hängt fast immer davon ab, ob bei der Konstruktion der Stanzform die hohe Kaltverfestigungsrate dieser Legierung berücksichtigt wurde, noch bevor das erste Bauteil in die Presse gelangte.

Was ist Hastelloy X und warum wird es gestanzt statt gegossen oder bearbeitet?

Hastelloy X, registriert unter der Bezeichnung UNS N06002, ist eine nickelbasierte Superlegierung, die von Haynes International speziell für Anwendungen entwickelt wurde, die eine hohe Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen erfordern, typischerweise im Bereich von 760 °C bis 1200 °C. Ihre Zusammensetzung basiert auf Nickel mit einem erheblichen Anteil an Chrom, Eisen und Molybdän sowie geringeren Zusätzen von Kobalt und Wolfram, die zur Festigkeitssteigerung durch Festlösungsverstärkung beitragen.

Die Blechbearbeitung durch Stanzen wird zum bevorzugten Fertigungsverfahren für eine bestimmte Kategorie von Hastelloy-X-Bauteilen: dünnwandige Teile wie Brennkammerauskleidungen, Übergangskanäle, Hitzeschilde und Abgassystemplatten, deren Geometrie flache Tiefzüge, Flansche, Lamellen oder Lochmuster über relativ große Flächen umfasst. Das Gießen birgt das Risiko von Porosität, was für druckführende oder ermüdungskritische dünne Abschnitte inakzeptabel ist, während die Bearbeitung großer, dünner Platten aus Vollmaterial teures Legierungsmaterial verschwendet und es schwierig macht, eine gleichmäßige Wandstärke über komplexe gekrümmte Oberflächen hinweg zu erzielen.

Beim Stanzen hingegen wird mit gewalztem Blech oder Band begonnen, das bereits aus dem Walzwerk eine kontrollierte Kornstruktur und eine gleichmäßige Dicke aufweist, und durch Folgeverbund- oder einstufige Stanzvorgänge in die Endform gebracht. Dieser Ansatz gewährleistet eine hohe Materialeffizienz, da bei einer gestanzten Brennkammerauskleidung nahezu das gesamte Materialvolumen des fertigen Teils genutzt wird, anstatt das Vielfache an Verschnitt zu erzeugen, das bei der spanenden Bearbeitung einer gleichwertigen Form aus Stangen oder Blechen anfällt.

Wir werden häufig gefragt, warum gerade Hastelloy X und nicht eine kostengünstigere Hochtemperaturlegierung für diese Stanzteile vorgeschrieben wird. Die Antwort liegt in der ungewöhnlichen Kombination aus Oxidationsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit bei erhöhten Temperaturen – eine Kombination, die bei Legierungen mit höherer Grundfestigkeit oft zugunsten einer geringeren Formbarkeit geopfert wird.

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Welche chemische Zusammensetzung und welche Eigenschaften zeichnen Hastelloy X aus?

Ein Verständnis der chemischen Zusammensetzung der Legierung hilft dabei, sowohl ihr Verhalten bei hohen Temperaturen als auch ihr Stanzverhalten zu erklären, da dieselben Legierungselemente, die für die Oxidationsbeständigkeit sorgen, auch zur Kaltverfestigung beitragen, wodurch die Umformung dieses Werkstoffs anspruchsvoller ist als das Stanzen von Edelstahl.

Der Chromgehalt bildet die primäre schützende Oxidschicht, die für die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verantwortlich ist, während Molybdän und Wolfram für eine Festigkeitssteigerung durch Festlösenzusätze sorgen, wodurch die Legierung auch weit jenseits des Temperaturbereichs, in dem die meisten rostfreien Stähle ihre nutzbare Festigkeit verlieren, strukturell stabil bleibt. Der Eisengehalt ist deutlich höher als in Legierungen wie Inconel 625, trägt dazu bei, die Rohstoffkosten in Grenzen zu halten und bietet dennoch das Leistungsprofil, für das die Legierung bekannt ist.

Der Dehnungswert im geglühten Zustand, der über dem von 40% liegt, ist der Grund dafür, dass Hastelloy X trotz seiner Festigkeit überhaupt gestanzt werden kann. Diese Duktilität ermöglicht es dem Werkstoff, sich in gezogene Formen zu verformen, ohne dass es sofort zu Rissen kommt. Wie wir jedoch im folgenden Abschnitt zur Umformung erläutern, nimmt diese Duktilität mit jedem Umformdurchgang ab, sofern kein Zwischenglühen in den Prozess integriert ist.

Wie schneidet Hastelloy X im Vergleich zu anderen Hochtemperatur-Stanzlegierungen ab?

Kunden entscheiden sich oft für Hastelloy X, nachdem sie bereits Inconel 625, Inconel 617 oder Haynes 230 für dieselbe Anwendung in Betracht gezogen haben; daher halten wir diesen Vergleich bei technischen Gesprächen bereit.

Hastelloy X wird in der Regel bevorzugt, wenn die Anwendung eine optimale Kombination aus Formbarkeit und Hochtemperaturfestigkeit erfordert, ohne dass der Aufpreis gezahlt werden muss, den Haynes 230 oder Inconel 617 mit sich bringen. Inconel 625 ist zwar besser verformbar und etwas kostengünstiger, hat jedoch eine deutlich niedrigere maximale Betriebstemperatur, was es für die heißesten Brennkammer- und Abgasanwendungen ausschließt – Bereiche, in denen sich Hastelloy X über Jahrzehnte hinweg durch den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie in industriellen Gasturbinen einen Namen gemacht hat.

Mit welchem Umform- und Stanzverhalten sollten Ingenieure rechnen?

Hier weicht unsere Erfahrung in der Fertigung am stärksten von dem ab, was ein Datenblatt allein vermuten lassen würde. Hastelloy X verfestigt sich bei der Kaltumformung deutlich schneller als austenitischer Edelstahl, was bedeutet, dass der Widerstand des Materials gegen weitere Verformung mit jedem Stanz- oder Ziehvorgang zunimmt. Wird diese Kaltverfestigung nicht kontrolliert, führt sie in nachfolgenden Umformschritten zu Rissen, gerissenen Flanschen oder übermäßigem Rückfederungseffekt, der die Geometrie des Endteils beeinträchtigt.

Wir integrieren in nahezu jedes mehrstufige Hastelloy-X-Stanzprogramm Zwischenglühschritte, in der Regel nach einer kumulativen Reduktion von 15–20% in einem Ziehvorgang, um die Duktilität wiederherzustellen, bevor wir mit der nächsten Umformstufe fortfahren. Das Überspringen dieses Schritts zur Einsparung von Zykluszeit ist der häufigste Fehler, den wir feststellen, wenn wir fehlgeschlagene Werkzeugversuche anderer Betriebe oder von Kunden überprüfen, die versucht haben, die Umformung intern durchzuführen, bevor sie das Projekt an uns weitergaben.

Bei Hastelloy X ist die Rückfederung stärker ausgeprägt als bei Weichstahl oder sogar bei handelsüblichen Edelstahlsorten, was auf die im Verhältnis zum Elastizitätsmodul höhere Streckgrenze zurückzuführen ist. Um dies auszugleichen, muss die Formkonstruktion bewusst eine Überbiegung vorsehen, und die genaue Überbiegungstoleranz erfordert in der Regel Versuchsreihen an Erstmusterwerkzeugen und lässt sich nicht rein rechnerisch bestimmen, da Schwankungen der Streckgrenze innerhalb einer Blechcharge (selbst bei gleicher Spezifikation) das Rückfederungsverhalten von Rolle zu Rolle leicht verändern.

Auch bei Stanz- und Lochvorgängen muss auf das Spiel zwischen Stempel und Matrize geachtet werden, da die Zähigkeit von Hastelloy X bei identischen Spiel-Einstellungen zu anderen Gratbildungseigenschaften führt als bei Edelstahl. In der Regel wählen wir ein Spiel von 8–10% der Materialdicke pro Seite, das wir auf der Grundlage der tatsächlichen Testergebnisse mit der jeweiligen Blechcharge in der Produktion anpassen, anstatt uns auf die Standardwerte für das Werkzeugspiel bei Edelstahl zu verlassen.

Welche Werkzeughaltematerialien eignen sich am besten für das Stanzen von Hastelloy X?

Die Wahl des Materials für Stanzwerkzeuge wirkt sich beim Stanzen von Hastelloy X direkt auf die Standzeit aus, da die Festigkeit und die Kaltverfestigung der Legierung den Verschleiß der Werkzeuge im Vergleich zu weicheren Werkstoffen beschleunigen. Wir schreiben Werkzeugstahlsorten mit hoher Verschleißfestigkeit vor und setzen bei Programmen mit höheren Stückzahlen Hartmetall-Einsätze an stark verschleißanfälligen Stellen wie Stanzkanten und Ziehradien ein.

Die Oberflächenbeschaffenheit von Formwerkzeugen spielt bei Hastelloy X eine größere Rolle als bei Weichstahl, da die Legierung dazu neigt, an Werkzeugoberflächen, die nicht ausreichend poliert oder beschichtet sind, zu verkratzen. Wir versehen Ziehmatrizen gezielt mit einer Hartverchromung oder speziellen Beschichtungen, um die Reibung zu verringern und einen Materialtransfer auf die Werkzeugoberfläche zu verhindern – ein Problem, das andernfalls sichtbare Schleifspuren am Fertigteil hinterlässt und den Verschleiß des Werkzeugs beschleunigt.

Auch bei der Auswahl der Schmiermittel weichen wir von der üblichen Praxis beim Stanzen von Standardstahl ab. Wir verwenden Schmiermittel, die speziell für die Umformung von Nickellegierungen entwickelt wurden, da herkömmliche Stanzöle für Kohlenstoffstahl nicht immer eine ausreichende Filmfestigkeit bieten, um ein Festfressen unter den höheren Umformdrücken zu verhindern, die bei Hastelloy X erforderlich sind.

Welche Wärmebehandlung und welches Glühen sind für Hastelloy X-Stanzteile erforderlich?

Das Lösungsglühen ist die Standardwärmebehandlung für Hastelloy X, sowohl als Ausgangszustand für eingehendes Blechmaterial als auch als Zwischenschritt bei der mehrstufigen Umformung. Der typische Temperaturbereich für das Lösungsglühen liegt zwischen 1150 °C und 1200 °C, gefolgt von einer schnellen Abkühlung (Luftkühlung oder Wasserabschreckung je nach Querschnittsdicke), um die Legierung in ihrem lösungsgeglühten, am besten umformbaren Zustand zu erhalten.

Wir arbeiten eng mit unseren Wärmebehandlungspartnern zusammen, um die Atmosphäre während des Glühens zu kontrollieren, da Hastelloy X anfällig für Oberflächenoxidation und eine mögliche Kohlenstoffaufnahme oder -abgabe ist, wenn die Ofenatmosphäre nicht ordnungsgemäß geregelt wird. Teile, die für kritische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder in Gasturbinen vorgesehen sind, erfordern in der Regel ein Glühen unter Vakuum oder in einer kontrollierten Inertgasatmosphäre, um eine Oberflächenverunreinigung zu verhindern, die nachfolgende Schweiß- oder Beschichtungsvorgänge im weiteren Montageprozess des Kunden beeinträchtigen könnte.

Die Alterungswärmebehandlung, durch die bestimmte andere Superlegierungen ausscheidungsgehärtet werden, wird bei Hastelloy X in der Regel nicht angewendet, da diese Legierung ihre Hochtemperatureigenschaften in erster Linie der Festlösungsverfestigung und nicht der Ausscheidungshärtung verdankt. Dies vereinfacht die Wärmebehandlung im Vergleich zu ausscheidungsgehärteten Legierungen zwar, bedeutet jedoch, dass Hastelloy X nicht die allerhöchsten Festigkeitswerte erreichen kann, die manche gealterten Legierungen aufweisen – ein Kompromiss, den der Vorteil der Formbarkeit dieser Legierung bei Anwendungen mit Stanzblechen im Allgemeinen rechtfertigt.

In welchen Branchen und Anwendungsbereichen kommen maßgefertigte, gestanzte Hastelloy-X-Teile zum Einsatz?

Der Großteil der Nachfrage nach Hastelloy X-Stanzteilen entfällt auf die Luft- und Raumfahrt sowie den Gasturbinenbau, doch die Eigenschaften dieser Legierung kommen auch in zahlreichen anderen Branchen zum Tragen, in denen extreme thermische Bedingungen herrschen.

In Gasturbinentriebwerken wird Hastelloy X in großem Umfang für Brennkammerauskleidungen, Übergangskanäle und Nachverbrennungskomponenten verwendet – also in Umgebungen, in denen das Material sowohl extremen Temperaturen als auch thermischen Zyklen ausgesetzt ist, da die Triebwerke während ihrer Lebensdauer wiederholt gestartet, betrieben und abgeschaltet werden. Industrielle Gasturbinen zur Stromerzeugung verwenden dieselben Brennkammer- und Kanalkomponenten, wenn auch in der Regel in größerem Maßstab als bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Hersteller von Öfen und Wärmebehandlungsanlagen verwenden gestanztes Hastelloy X für Muffeln, Retorten und Vorrichtungskomponenten, die einer direkten Einwirkung der Ofenatmosphäre bei anhaltend hohen Temperaturen standhalten müssen. In der chemischen Prozesstechnik wird diese Legierung gelegentlich für gestanzte Bauteile spezifiziert, die gleichzeitig hohen Temperaturen und mäßig korrosiven Prozessströmen ausgesetzt sind. In der Raumfahrt und im Verteidigungsbereich kommen gestanzte Halterungen und Hitzeschilde aus Hastelloy X zum Einsatz, bei denen Gewichtsersparnisse durch dünne Stanzbleche ebenso wichtig sind wie die Hochtemperaturbeständigkeit.

Wir haben gestanzte Hastelloy-X-Teile für die Überholung von Gasturbinenbrennkammern geliefert, bei denen der Kunde eine exakte Nachbildung der Geometrie der Altteile benötigte, einschließlich spezifischer Lamellenmuster, die zur Steuerung des Kühlluftstroms in die Auskleidung gestanzt wurden. Um diese Muster präzise nachzubilden, war eine enge Abstimmung bei der Konstruktion der Stanzwerkzeuge erforderlich, da bereits geringfügige Abweichungen bei Lochgröße oder -abstand die von den ursprünglichen Konstrukteuren berechnete aerodynamische Kühlleistung beeinträchtigen.

Wie sollten Einkäufer bei der Beschaffung und Rückverfolgbarkeit von Blechmaterial vorgehen?

Die Qualität des Blechmaterials, das in den Stanzprozess gelangt, entscheidet unmittelbar darüber, ob das Fertigteil den Spezifikationen entspricht. Daher nehmen wir die Prüfung des eingehenden Materials genauso ernst wie den Umformprozess selbst. Hastelloy X-Bleche müssen mit einem Werkszertifikat geliefert werden, das bestätigt, dass die chemische Zusammensetzung den Anforderungen von UNS N06002 entspricht, sowie mit Prüfberichten zu den mechanischen Eigenschaften der tatsächlich gelieferten Coil- oder Blechcharge.

Eine gleichmäßige Korngröße innerhalb einer Blechcharge ist für die Stanzleistung von Bedeutung, da Schwankungen der Korngröße zwischen verschiedenen Bereichen einer Coil zu einem uneinheitlichen Umformverhalten führen können: Während sich manche Abschnitte sauber umformen lassen, reißt angrenzendes Material aus derselben Nenncharge bei denselben Umformparametern. Wir verlangen Korngrößenberichte und unterziehen bei kritischen Luft- und Raumfahrtprogrammen eingehendes Material manchmal zusätzlichen internen Prüfungen, bevor wir eine teure Coil-Lieferung für die Produktionswerkzeuge freigeben.

Die lückenlose Rückverfolgbarkeit des Materials von der Walzwerk-Chargennummer bis hin zum fertigen Stanzteil ist eine Standardanforderung für Luft- und Raumfahrtprogramme im Rahmen von AS9100-Qualitätsmanagementsystemen. Wir halten diese Dokumentationskette auch bei Aufträgen außerhalb der Luft- und Raumfahrtbranche routinemäßig ein, da die Rückverfolgbarkeit sowohl uns als auch den Kunden schützt, falls nach der Inbetriebnahme des Teils Fragen zur Materialleistung auftreten sollten.

Welche Qualitätsprüfungen und Tests werden bei fertigen Stanzteilen durchgeführt?

Die Maßprüfung an gestanzten Hastelloy-X-Teilen erfolgt nach den üblichen Verfahren für die Blechprüfung; aufgrund der hohen Anforderungen, die an die meisten Anwendungen dieser Legierung gestellt werden, ist die Prüfung jedoch in der Regel strenger als bei einer handelsüblichen gestanzten Stahlhalterung.

Die Prüfung mittels Koordinatenmessgerät (CMM) oder optischem Scannen dient dem Abgleich kritischer Maße mit der Bauteilzeichnung, insbesondere bei komplexen gezogenen Formen wie Brennkammerauskleidungen, bei denen die Profilgenauigkeit die Luftstromleistung in der fertigen Baugruppe beeinflusst. Die Dickenmessung am geformten Bauteil stellt sicher, dass das Material in Bereichen mit hoher Beanspruchung, wie Ziehradien oder tiefen Flanschen, nicht übermäßig dünner geworden ist, da eine übermäßige Ausdünnung die Ermüdungslebensdauer und die Druckfestigkeit des Bauteils im Betrieb verringert. Bei der Sichtprüfung und der Farbeindringprüfung wird auf Oberflächenrisse geprüft, insbesondere an Biegeradien und an den Kanten von Durchgangsbohrungen, wo sich die Umformspannungen konzentrieren. Härteprüfungen an mehreren Stellen bestätigen, dass das Bauteil nicht versehentlich ohne entsprechendes Glühen über die zulässigen Grenzen hinaus kaltverfestigt wurde, was sowohl die Umformbarkeit für nachfolgende Arbeitsschritte als auch die langfristige Duktilität des Bauteils im Betrieb beeinträchtigen würde.

Für Kunden aus der Luft- und Raumfahrt sowie aus dem Bereich der Gasturbinen erstellen wir in der Regel auch Erstmusterprüfberichte, in denen alle Maße der Zeichnung mit den tatsächlichen Messwerten abgeglichen werden, bevor wir die Serienfertigung freigeben. Auf diese Weise lassen sich Abweichungen bei den Werkzeugen oder im Fertigungsprozess erkennen, bevor sie sich auf eine große Charge teuren Materials auswirken.

Was haben wir im Laufe der Jahre bei der Herstellung von gestanzten Bauteilen aus Hastelloy X gelernt?

Eine Handvoll praktischer Erkenntnisse aus tatsächlichen Produktionsläufen tauchen in Kundengesprächen so häufig auf, dass ihre direkte Weitergabe dazu beiträgt, realistische Erwartungen bei allen zu wecken, die diese Legierung zum ersten Mal spezifizieren.

Die Abweichungen zwischen einzelnen Coils sind größer, als die meisten Erstkäufer erwarten. Selbst Bleche, die nach derselben Spezifikation zertifiziert sind und aus demselben Werk stammen, können je nach Produktionscharge leichte Unterschiede in der Streckgrenze und der Kornstruktur aufweisen. Diese Unterschiede äußern sich in Veränderungen des Umformverhaltens, die geringfügige Anpassungen der Stanzwerkzeuge oder des Glühprogramms erfordern. Wir empfehlen, neue Coil-Chargen vor dem Start der Serienproduktion durch einen kurzen Testlauf zu qualifizieren, insbesondere bei Bauteilen mit engen Formungstoleranzen.

Die Investitionen in Werkzeuge für Hastelloy-X-Programme fallen höher aus als bei entsprechenden Edelstahlprogrammen, da härtere Werkzeugstahlsorten und Beschichtungen erforderlich sind, um eine angemessene Standzeit zu erreichen. Käufer, die ein neues Stanzprogramm planen, sollten dies in den Vergleich der Gesamtkosten des Programms einbeziehen, anstatt lediglich die Rohstoffkosten mit denen alternativer Legierungen zu vergleichen.

Die Atmosphärenregelung im Glühofen ist bei kritischen Bauteilen kein Detail, bei dem Kompromisse eingegangen werden dürfen. Wir haben erlebt, dass Oberflächenverfärbungen und geringfügige chemische Veränderungen der Oberfläche aufgrund einer unzureichenden Atmosphärenregelung zu Ausschuss bei der Wareneingangskontrolle beim Kunden führten, selbst wenn die zugrunde liegende Bauteilgeometrie und die mechanischen Eigenschaften vollkommen akzeptabel waren. Die Investition in geeignete Anlagen zum Glühen unter kontrollierter Atmosphäre – sei es im eigenen Haus oder durch einen qualifizierten Zulieferer – verhindert diese völlig vermeidbare Ausschussart.

Die frühzeitige Klärung von Tiefziehgrenzen in der Konstruktionsphase erspart später erhebliche Nacharbeiten. Wir hatten bereits Kunden, die Bauteile so konstruierten, dass sie davon ausgingen, Hastelloy X lasse sich in einem einzigen Arbeitsgang genauso tief ziehen wie ein vergleichbares Edelstahlbauteil – nur um dann bei den Werkzeugversuchen festzustellen, dass die Konstruktion einen zusätzlichen Ziehschritt mit Zwischenglühen erforderte. Die Überprüfung der Bauteilgeometrie anhand der bekannten Umformgrenzen von Hastelloy X bereits in der Entwurfsprüfungsphase – noch bevor die Werkzeuge gefertigt werden – verhindert diese kostspielige Erkenntnis in einer späten Projektphase.

Häufig gestellte Fragen

Welchen Temperaturbereich können gestanzte Teile aus Hastelloy X im Einsatz aushalten?
Hastelloy X behält im Dauerbetrieb bis zu etwa 1200 °C (2200 °F) seine nützlichen mechanischen Eigenschaften und seine Oxidationsbeständigkeit bei, wodurch es sich für Brennkammerauskleidungen in Gasturbinen und ähnliche Umgebungen mit extremen thermischen Belastungen eignet. Die tatsächlichen Betriebstemperaturgrenzen hängen von den spezifischen Belastungsbedingungen und der geforderten Lebensdauer ab, da höhere Temperaturen innerhalb dieses Bereichs langfristige mikrostrukturelle Veränderungen beschleunigen. Wir empfehlen, die spezifischen Anwendungsbedingungen anhand der von Haynes International veröffentlichten Daten zu überprüfen, um die genaue Kombination aus Temperatur und Beanspruchung für eine bestimmte Konstruktion zu ermitteln.

Warum muss Hastelloy X beim mehrstufigen Stanzen zwischendurch geglüht werden?
Hastelloy X verfestigt sich beim Kaltumformen schneller als herkömmlicher Edelstahl, was bedeutet, dass jeder Stanz- oder Ziehvorgang die verbleibende Duktilität des Werkstoffs verringert. Ohne ein Zwischenglühen zur Wiederherstellung dieser Duktilität besteht bei nachfolgenden Umformvorgängen die Gefahr von Rissbildungen, insbesondere an Ziehradien und Flanschkanten, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. In der Regel planen wir ein Glühen nach jeweils 15–20% kumulativer Materialabnahme bei Tiefziehvorgängen ein, um das Material während des gesamten Prozesses innerhalb eines sicheren Umformbereichs zu halten.

Wie schneidet Hastelloy X im Vergleich zu Inconel 625 bei gestanzten Hochtemperaturbauteilen ab?
Hastelloy X bietet eine höhere maximale Betriebstemperatur (1200 °C gegenüber etwa 980 °C bei Inconel 625) und eine vergleichbare Umformbarkeit, was es zur bevorzugten Wahl für Anwendungen in den heißesten Bereichen von Brennkammern und Abgassystemen macht. Inconel 625 ist nach wie vor etwas besser umformbar und in der Regel etwas kostengünstiger; zudem bietet es eine hervorragende Schweißbarkeit, was es zur besseren Wahl macht, wenn die Betriebstemperatur unter seiner Leistungsgrenze bleibt und die Komplexität der Schweißarbeiten ein wesentlicher Projektfaktor ist.

Welcher Blechdickenbereich ist für gestanzte Bauteile aus Hastelloy X typisch?
Die meisten aus Hastelloy X gestanzten Bauteile für die Luft- und Raumfahrt sowie für Gasturbinenanwendungen weisen eine Blechdicke zwischen 0,5 mm und 3 mm auf, wobei je nach Funktion des Bauteils und Komplexität der Umformung auch dünnere oder dickere Bleche hergestellt werden können. Dünneres Material lässt sich leichter umformen, erfordert jedoch eine strengere Prozesskontrolle, um Risse zu vermeiden, während dickeres Blech Pressen mit höherer Presskraft erfordert und ein stärkeres Rückfedern verursacht, das bei der Werkzeugkonstruktion ausgeglichen werden muss.

Sind für die Stanzbearbeitung von Hastelloy X im Vergleich zur Stanzbearbeitung von Edelstahl spezielle Werkzeuge erforderlich?
Ja, bei Werkzeugen für Hastelloy X kommen in der Regel härtere Werkzeugstahlsorten oder Hartmetalleinsätze an stark verschleißanfälligen Stellen zum Einsatz, zusammen mit polierten oder hartverchromten Oberflächen an den Ziehmatrizen, um ein Festfressen zu verringern. Standard-Stanzwerkzeuge aus Edelstahl verschleißen bei der Bearbeitung von Hastelloy X oft vorzeitig oder führen zu einer schlechten Oberflächengüte, da diese Legierung eine höhere Festigkeit und eine höhere Kaltverfestigungsrate aufweist. Daher sorgen speziell für diese Legierungsfamilie entwickelte Werkzeuge für eine bessere Teilequalität und eine längere Standzeit.

Können Hastelloy X-Stanzteile nach dem Umformen geschweißt werden?
Ja, Hastelloy X lässt sich unter Verwendung eines geeigneten Schweißzusatzwerkstoffs und gängiger WIG- oder Laserschweißverfahren, wie sie in der Luft- und Raumfahrtfertigung üblich sind, gut schweißen. Je nach spezifischer Anwendung und eventuell erforderlichen nachfolgenden Umform- oder Bearbeitungsvorgängen wird manchmal eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt. Wir empfehlen, die Schweißverfahrensanweisungen mit Fachleuten abzustimmen, die über spezifische Erfahrung mit dieser Legierung verfügen, da die Steuerung der Wärmezufuhr die Oxidationsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Schweißzone in ähnlicher Weise beeinflusst wie das Grundmaterial bei Umformvorgängen.

Welche Zertifizierungen sollte ein Lieferant von Hastelloy X-Stanzteilen für den Luft- und Raumfahrtbereich vorweisen können?
Luft- und Raumfahrtprogramme erfordern in der Regel mindestens eine Zertifizierung nach dem Qualitätsmanagementsystem AS9100 sowie spezielle Prozesszulassungen (Nadcap) für Wärmebehandlungs- und zerstörungsfreie Prüfverfahren, sofern diese Prozesse im eigenen Haus durchgeführt werden. Einkäufer sollten sich zudem vergewissern, dass der Lieferant eine lückenlose Rückverfolgbarkeit der Materialien dokumentiert – von der Walzcharge bis zum fertigen Bauteil. Dies ist eine Standardanforderung bei der Beschaffung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie für Gasturbinen, die nicht jeder allgemeine Blechbearbeiter erfüllen kann.

Wie viel kostet eine Hastelloy X-Platte im Vergleich zu Edelstahl?
Hastelloy X-Bleche kosten pro Kilogramm in der Regel sechs- bis achtmal so viel wie 316L-Edelstahlbleche, was auf den hohen Nickel- und Molybdängehalt zurückzuführen ist. Dieser Aufpreis ist insbesondere bei Anwendungen gerechtfertigt, die eine dauerhafte Leistungsfähigkeit jenseits des Temperaturbereichs erfordern, in dem Edelstahl oxidieren oder an mechanischer Festigkeit verlieren würde. Daher ist ein direkter Kostenvergleich nur dann aussagekräftig, wenn beide Werkstoffe tatsächlich als Optionen für die thermischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung in Frage kommen.

Was sind die Ursachen für Risse in gestanzten Hastelloy-X-Teilen und wie lassen sich diese verhindern?
Risse entstehen meist dadurch, dass die verbleibende Duktilität des Materials durch übermäßige Umformung ohne Zwischenglühen, zu enge Biegeradien unterhalb des empfohlenen Mindestwerts oder unzureichenden Werkzeugabstand beim Stanzen und Lochen überschritten wird. Zur Vermeidung sollten die festgelegten Richtlinien für den Mindestradius (in der Regel das 2- bis 3-fache der Materialdicke) eingehalten, bei mehrstufigen Umformvorgängen in geeigneten Abständen ein Prozessglühen eingeplant und die Einstellungen des Werkzeugabstands durch Probelaufversuche speziell für die jeweilige Blechcharge in der Produktion überprüft werden.

Eignet sich Hastelloy X für Bauteile, die sowohl Umform- als auch Zerspanungsvorgänge erfordern?
Ja, bei vielen Hastelloy X-Bauteilen wird die Geometrie des Hauptkörpers durch Stanzen von Blechen hergestellt, ergänzt durch sekundäre Bearbeitungsvorgänge für Präzisionsmerkmale wie Befestigungslöcher oder Passflächen, die engere Toleranzen erfordern, als sie durch das Stanzen allein erreicht werden können. Die Abstimmung der Reihenfolge zwischen Umformung, Wärmebehandlung und Bearbeitung ist wichtig, da die Bearbeitung nach dem abschließenden Glühen in der Regel das stabilste Maßergebnis liefert, wobei die konkrete Reihenfolge von der jeweiligen Bauteilkonstruktion und den Toleranzanforderungen abhängt.

Quellen

• Technisches Datenblatt von Haynes International zur Legierung Hastelloy X.
• ASTM B435 – Norm für Bleche, Bänder und Platten aus UNS N06002.
• AMS 5536/5754 – Werkstoffspezifikationen für die Luft- und Raumfahrt für Hastelloy X.
• ASM International Handbook, Band 14B: Metallbearbeitung, Blechumformung.
• Datenbank mit SAE-Spezifikationen für Luft- und Raumfahrtwerkstoffe.
• Interne Prozessprotokolle und Qualitätsunterlagen von MWalloys zum Stanzverfahren (2016–2026).

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