TY - THES

T1 - Auswirkungen ternärer Legierungselemente auf die eutektoide Ti-6.4Ni-Legierung für additive Fertigung

AU - Pfaffinger, Verena Maria

N1 - gesperrt bis 28-02-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Titan und dessen Legierungen werden für die additive Fertigung und insbesondere für den Leichtbausektor immer beliebter, da sie die Eigenschaft geringe Dichte mit guter mechanischer Festigkeit verbinden. Aufgrund dessen wird die Entwicklung neuer Titanlegierungen immer mehr zu einem wesentlichen Thema. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von ternär beigemengten Legierungselementen auf das eutektoide Ti-6.4(Gew.-%)Ni-System untersucht. Ziel ist es, einen hohen spezifischen E-Modul und eine hohe spezifische Steifigkeit zu erreichen, um die Legierungen attraktiv für den Leichtbau in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu machen. Dies sollte erreicht werden durch eine optimierte Einstellung der intermetallischen Phasen durch Wärmebehandlungen. Dazu wird vorrangig das Verhalten des eutektoiden Systems Titan-Nickel durch Zulegieren sogenannter träger Eutektoide, wie Eisen und Chrom, betrachtet. Während Ni zu den aktiven eutektoidbildenden Elementen zählt und ein schnelles Umwandlungsverhalten zeigt. Zusätzlich wird auch der Einfluss der Zulegierung des alpha-stabilisiernden Aluminiums und des neutralen Elements Lanthan untersucht. Beginnend mit thermodynamischen Berechnungen werden erste thermische Analysen wie Dilatometrie und Differenzkalorimetrie unterstützt durch Mikrostrukturanalysen wie Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenbeugung durchgeführt, um Einblicke in die auftretenden Phasenumwandlungen zu bekommen. Ergänzend werden spezifische mechanische Eigenschaften, wie Mikrohärte, spezifischer E-Modul via Ultraschall, spezifische Steifigkeit und das Verhalten bei Stauchversuchen ermittelt. Im Zuge der Untersuchungen zeigte sich, dass bei den Ternärlegierungen Ti-6.4Ni-2Fe und Ti-6.4Ni-2Cr durch Lösungsglühen und Auslagern oberhalb der eutektoiden Temperatur oder beta-Transustemperatur ein beachtlicher Mikrohärteanstieg durch Bildung intermetallischer Phasen oder Ordnungsphasen erzielt werden konnte, jedoch die Plastizität der Werkstoffe aufgrund der auftretenden omega-Phase unbrauchbar wurde. Bei Durchführung des Auslagerungsprozesses unterhalb der beta-Starttemperatur, konnte die Sprödigkeit der Werkstoffe gesenkt und die spezifische Steifigkeit in einen akzeptablen Bereich erhöht werden. Zusätzlich konnte eine spinodale Entmischung der alpha-Phasen inllen Legierungen nach dem Auslagern entdeckt werden. In weiterführenden Untersuchungen muss geklärt werden, wie gut sich diese ternären Systeme (Ti-6.4Ni-2Cr und Ti-6.4Ni-2Fe) durch Pulverstrangpressen in einen Draht umformen lassen, um damit erste Schweißversuche durchführen zu können. Die Legierung Ti-6.4Ni-9Al zeigte nach Homogenisieren und Warmauslagern attraktive Mikrohärte-Werte für weitere Veruche. Zu guter Letzt konnte bei den Mikrostrukturanalysen eine begrenzte Löslichkeit von Lanthan im Ti-Ni-System abhängig vom Ni-Gehalt beobachtet werden.

AB - Titan und dessen Legierungen werden für die additive Fertigung und insbesondere für den Leichtbausektor immer beliebter, da sie die Eigenschaft geringe Dichte mit guter mechanischer Festigkeit verbinden. Aufgrund dessen wird die Entwicklung neuer Titanlegierungen immer mehr zu einem wesentlichen Thema. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von ternär beigemengten Legierungselementen auf das eutektoide Ti-6.4(Gew.-%)Ni-System untersucht. Ziel ist es, einen hohen spezifischen E-Modul und eine hohe spezifische Steifigkeit zu erreichen, um die Legierungen attraktiv für den Leichtbau in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu machen. Dies sollte erreicht werden durch eine optimierte Einstellung der intermetallischen Phasen durch Wärmebehandlungen. Dazu wird vorrangig das Verhalten des eutektoiden Systems Titan-Nickel durch Zulegieren sogenannter träger Eutektoide, wie Eisen und Chrom, betrachtet. Während Ni zu den aktiven eutektoidbildenden Elementen zählt und ein schnelles Umwandlungsverhalten zeigt. Zusätzlich wird auch der Einfluss der Zulegierung des alpha-stabilisiernden Aluminiums und des neutralen Elements Lanthan untersucht. Beginnend mit thermodynamischen Berechnungen werden erste thermische Analysen wie Dilatometrie und Differenzkalorimetrie unterstützt durch Mikrostrukturanalysen wie Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenbeugung durchgeführt, um Einblicke in die auftretenden Phasenumwandlungen zu bekommen. Ergänzend werden spezifische mechanische Eigenschaften, wie Mikrohärte, spezifischer E-Modul via Ultraschall, spezifische Steifigkeit und das Verhalten bei Stauchversuchen ermittelt. Im Zuge der Untersuchungen zeigte sich, dass bei den Ternärlegierungen Ti-6.4Ni-2Fe und Ti-6.4Ni-2Cr durch Lösungsglühen und Auslagern oberhalb der eutektoiden Temperatur oder beta-Transustemperatur ein beachtlicher Mikrohärteanstieg durch Bildung intermetallischer Phasen oder Ordnungsphasen erzielt werden konnte, jedoch die Plastizität der Werkstoffe aufgrund der auftretenden omega-Phase unbrauchbar wurde. Bei Durchführung des Auslagerungsprozesses unterhalb der beta-Starttemperatur, konnte die Sprödigkeit der Werkstoffe gesenkt und die spezifische Steifigkeit in einen akzeptablen Bereich erhöht werden. Zusätzlich konnte eine spinodale Entmischung der alpha-Phasen inllen Legierungen nach dem Auslagern entdeckt werden. In weiterführenden Untersuchungen muss geklärt werden, wie gut sich diese ternären Systeme (Ti-6.4Ni-2Cr und Ti-6.4Ni-2Fe) durch Pulverstrangpressen in einen Draht umformen lassen, um damit erste Schweißversuche durchführen zu können. Die Legierung Ti-6.4Ni-9Al zeigte nach Homogenisieren und Warmauslagern attraktive Mikrohärte-Werte für weitere Veruche. Zu guter Letzt konnte bei den Mikrostrukturanalysen eine begrenzte Löslichkeit von Lanthan im Ti-Ni-System abhängig vom Ni-Gehalt beobachtet werden.

KW - Titanlegierungen

KW - Phasenumwandlungen

KW - Mikrostrukturcharakterisierung

KW - spezifische Steifigkeit

KW - Additive Fertigung

KW - Titanium alloys

KW - Phase transformations

KW - Microstructure characterization

KW - Mechanical properties

KW - Additive manufacturing

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.44

DO - 10.34901/mul.pub.2023.44

M3 - Masterarbeit

ER -