TY - THES

T1 - Einfluss von Wärmebehandlungen auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften gegossener und heißisostatisch gepresster TNM™-Legierungen

AU - Schwaighofer, Emanuel

N1 - gesperrt bis 09-09-2015

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Intermetallische Titanaluminide werden wegen ihrer geringen Dichte und ihrer exzellenten Hochtemperatureigenschaften in Flugzeugturbinen und Automobilmotoren eingesetzt. Ein Beispiel für eine innovative TiAl-Legierung der vierten Generation ist die sogenannte TNM-Legierung, die eine nominelle Zusammensetzung von Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B (in at.%) aufweist. TNM-Legierungen sind komplex aufgebaute, mehrphasige Legierungen, die hauptsächlich aus γ-TiAl, α2-Ti3Al und geringen Anteilen an βo-TiAl Phase bestehen. Bei TNM-Legierungen erfolgt die Erstarrung über die β-Phase, was eine feinkörnige und nahezu seigerungsfreie Mikrostruktur zur Folge hat. Das Gussgefüge enthält jedoch auch gröbere Körner, die bei Raumtemperatur risseinleitend wirken können und die plastische Bruchdehnung im Zugversuch reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Wärmebehandlungsstudien an einem gegossenen und heißisostatisch gepressten Material durchgeführt, deren primäres Ziel eine mikrostrukturelle Homogenisierung war, um die rissauslösenden Gefügebestandteile zu reduzieren und damit die plastische Bruchdehnung bei Raumtemperatur zu erhöhen. In weiteren Wärmebehandlungen wurde versucht Gefügestrukturen mit optimalen mechanischen Eigenschaften einzustellen. Nach jedem Wärmebehandlungsschritt wurde das Gefüge mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie und anhand von Härtemessungen charakterisiert. Für die geplanten Zugversuche wurden optimierte Wärmebehandlungen vorgeschlagen. Versuche mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) dienten zur Verifikation des Phasendiagramms. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine Grunduntersuchung von kohlenstoffhältigen TNM+C-Legierungen durchgeführt. Ziel der Kohlenstoffzugabe ist es die maximale Einsatztemperatur zu steigern und eine Eigenschaftsverbesserung hinsichtlich Festigkeit und Kriechbeständigkeit einzustellen. Die Gefüge der gegossenen und heißisostatisch gepressten TNM+C-Legierungsvarianten wurden im Licht- und Rasterelektronenmikroskop auf Homogenität überprüft. Energiedispersive Röntgenanalyse und Röntgenbeugungsuntersuchungen wurden zur Bestimmung der auftretenden Phasen angewandt. Härteprüfungen dienten zum Nachweis einer erwarteten Härtesteigerung. Mit Hilfe von DSC-Messungen wurden die Umwandlungstemperaturen der Legierungsvarianten bestimmt und eine mögliche Änderung des Erstarrungspfades durch das Zulegieren von Kohlenstoff untersucht.

AB - Intermetallische Titanaluminide werden wegen ihrer geringen Dichte und ihrer exzellenten Hochtemperatureigenschaften in Flugzeugturbinen und Automobilmotoren eingesetzt. Ein Beispiel für eine innovative TiAl-Legierung der vierten Generation ist die sogenannte TNM-Legierung, die eine nominelle Zusammensetzung von Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B (in at.%) aufweist. TNM-Legierungen sind komplex aufgebaute, mehrphasige Legierungen, die hauptsächlich aus γ-TiAl, α2-Ti3Al und geringen Anteilen an βo-TiAl Phase bestehen. Bei TNM-Legierungen erfolgt die Erstarrung über die β-Phase, was eine feinkörnige und nahezu seigerungsfreie Mikrostruktur zur Folge hat. Das Gussgefüge enthält jedoch auch gröbere Körner, die bei Raumtemperatur risseinleitend wirken können und die plastische Bruchdehnung im Zugversuch reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Wärmebehandlungsstudien an einem gegossenen und heißisostatisch gepressten Material durchgeführt, deren primäres Ziel eine mikrostrukturelle Homogenisierung war, um die rissauslösenden Gefügebestandteile zu reduzieren und damit die plastische Bruchdehnung bei Raumtemperatur zu erhöhen. In weiteren Wärmebehandlungen wurde versucht Gefügestrukturen mit optimalen mechanischen Eigenschaften einzustellen. Nach jedem Wärmebehandlungsschritt wurde das Gefüge mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie und anhand von Härtemessungen charakterisiert. Für die geplanten Zugversuche wurden optimierte Wärmebehandlungen vorgeschlagen. Versuche mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) dienten zur Verifikation des Phasendiagramms. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine Grunduntersuchung von kohlenstoffhältigen TNM+C-Legierungen durchgeführt. Ziel der Kohlenstoffzugabe ist es die maximale Einsatztemperatur zu steigern und eine Eigenschaftsverbesserung hinsichtlich Festigkeit und Kriechbeständigkeit einzustellen. Die Gefüge der gegossenen und heißisostatisch gepressten TNM+C-Legierungsvarianten wurden im Licht- und Rasterelektronenmikroskop auf Homogenität überprüft. Energiedispersive Röntgenanalyse und Röntgenbeugungsuntersuchungen wurden zur Bestimmung der auftretenden Phasen angewandt. Härteprüfungen dienten zum Nachweis einer erwarteten Härtesteigerung. Mit Hilfe von DSC-Messungen wurden die Umwandlungstemperaturen der Legierungsvarianten bestimmt und eine mögliche Änderung des Erstarrungspfades durch das Zulegieren von Kohlenstoff untersucht.

KW - TiAl

KW - γ-TiAl

KW - TNM

KW - TNM+C

KW - Kohlenstoff

KW - Härte

KW - Phasendiagramm

KW - TiAl

KW - γ-TiAl

KW - TNM

KW - TNM+C

KW - carbon

KW - hardness

KW - phase diagram

M3 - Diplomarbeit

ER -