Kriechverhalten einer TiAl-Legierung für Anwendungen in Abgasturboladern

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Die Werkstoffklasse der intermetallischen Titanaluminidlegierungen ist aufgrund einer hohen spezifischen Dehngrenze und Steifigkeit, der guten Oxidationsbeständigkeit, dem Widerstand gegen „Titanfeuer“ sowie der Kriechbeständigkeit bis zu hohen Temperaturen ein aussichtsreicher Kandidat um die etwa doppelt so schweren Nickelbasislegierungen in Laufrädern oder Turbinenrädern von Abgasturboladern zu ersetzen. In dieser Arbeit wurde das Kriechverhalten einer geschmiedeten TNM-Legierung mit der nominellen Zusammensetzung Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B (at.%) und einer nahezu lamellaren Mikrostruktur im maximalen Last- und Temperaturbereich von Turbinenrädern in Dieselverbrennungsmotoren untersucht. Aus der Bestimmung von Spannungsexponent und Aktivierungsenergie konnte die minimale Kriechrate über einen weiten Temperatur- und Spannungsbereich beschrieben werden. Durch mikrostrukturelle Untersuchungen des Ausgangsmaterials im Raster- (REM) und Transmissionselektronenmikroskop (TEM) wurden die Auswirkungen verschiedener Gefügebestandteile, wie Anteil der βo-Phase oder Lamellenbreite, auf das Kriechverhalten diskutiert und mit vergleichenden Härtemessungen korreliert. Untersuchungen zur Gefügeentwicklung nach den Kriechversuchen zeigten im REM eine stabile Mikrostruktur bis hin zur minimalen Kriechrate. In TEM-Aufnahmen an ausgewählten Kriechproben konnten erstmals temperaturinduzierte Ausscheidungen der βo-Phase in den α2-Lamellen in einer TNM-Legierung nachgewiesen werden. Abschließende Untersuchungen der Mikrostruktur eines am Heißgasprüfstand getesteten Turbinenrades zeigten eine grundsätzliche Vergleichbarkeit mit dem Referenzmaterial, jedoch konnten leichte Abweichungen in der Phasenzusammensetzung festgestellt werden. Mit den Ergebnissen der durchgeführten Kriechversuche steht nun eine breite Datenbasis für eine auf die applikationsspezifischen Randbedingungen optimierte Auslegung von Turboladerlaufrädern in einer frühen Phase der Entwicklung zur Verfügung.

Details

Titel in ÜbersetzungCreep behavior of a TiAl alloy for applications in exhaust turbochargers
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung21 Okt. 2016
StatusVeröffentlicht - 2016