Mikrostrukturelle Charakterisierung und Untersuchung des Hochtemperatur-Umformverhaltens einer mit Bor modifizierten (α+β)-Titanlegierung
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Masterarbeit
Standard
2023.
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Masterarbeit
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TY - THES
T1 - Mikrostrukturelle Charakterisierung und Untersuchung des Hochtemperatur-Umformverhaltens einer mit Bor modifizierten (α+β)-Titanlegierung
AU - Taucher, Lorenz
N1 - gesperrt bis 21-08-2027
PY - 2023
Y1 - 2023
N2 - Das Zulegieren von B in Titanlegierungen führt zur Reduktion von Korn- und α-Koloniegröße sowie zu einer Abschwächung der Textur im Gusszustand, wodurch energie- und kostenintensive Warmumformschritte teilweise oder zur Gänze entfallen können. Da diese Prozessschritte überdies zur Verzunderung und zur sogenannten α-case-Bildung führen, können durch die mikrostrukturelle Modifikation mit B Material und Zeit eingespart werden. Die Reduktion der Herstellkosten hat eine Erweiterung des Einsatzspektrums zur Folge, indem konkurrierende Werkstoffe durch Titanlegierungen ersetzt werden könnten.Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde die Mikrostruktur einer B-modifizierten (α+β)-Titanlegierung charakterisiert und das Hochtemperatur-Umformverhalten untersucht. Die Legierung liegt mit drei unterschiedlichen hypoeutektischen B-Gehalten vor, wobei alle Legierungsvarianten mit denselben experimentellen Methoden untersucht wurden. Als Referenzmaterial dient die am häufigsten verwendeten (α+β)-Legierung Ti-6Al-4V. Die Werkstoffcharakterisierung beinhaltet die Untersuchung der Mikrostrukturen, die Bestimmung der β-Transustemperatur mithilfe von dynamischer Differenzkalorimetrie und Hochtemperatur Laser-Scanning-Konfokal-Mikroskopie, eine Phasenanalyse per Rückstreuelektronenbeugungsanalyse, Kontrastanalyse und Röntgendiffraktometrie und die Verifizierung der beobachteten Kornfeinung mittels hochenergetischer Röntgendiffraktometrie. Des Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Hochtemperatur-Umformverhalten. Im Zuge dessen wurden Stufenstauchversuche an einem Umformdilatometer durchgeführt, wobei Umformgrad und -temperatur einer typischen Walzung im (α+β)-Zweiphasengebiet nachempfunden waren. Um die Entwicklung von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften mit steigendem Umformgrad zu untersuchen, wurde jede Legierungsvariante in drei- und fünffach gestauchtem Zustand charakterisiert. Die Auswertung umfasst außerdem die Interpretation der Fließkurven, eine Texturanalyse und Härtemessungen im Bereich der Umformzone.Durch die B-modifikation wird die β-Primärkorngröße signifikant reduziert, was zu einer homogenen Verteilung der kristallographischen Orientierungen im Gusszustand führt. Es konnten alle Legierungsvarianten, welche mit B legiert wurden, ohne verformungsbedingte Schädigung und deutlich homogener als die B-freien Legierungen umgeformt werden.
AB - Das Zulegieren von B in Titanlegierungen führt zur Reduktion von Korn- und α-Koloniegröße sowie zu einer Abschwächung der Textur im Gusszustand, wodurch energie- und kostenintensive Warmumformschritte teilweise oder zur Gänze entfallen können. Da diese Prozessschritte überdies zur Verzunderung und zur sogenannten α-case-Bildung führen, können durch die mikrostrukturelle Modifikation mit B Material und Zeit eingespart werden. Die Reduktion der Herstellkosten hat eine Erweiterung des Einsatzspektrums zur Folge, indem konkurrierende Werkstoffe durch Titanlegierungen ersetzt werden könnten.Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde die Mikrostruktur einer B-modifizierten (α+β)-Titanlegierung charakterisiert und das Hochtemperatur-Umformverhalten untersucht. Die Legierung liegt mit drei unterschiedlichen hypoeutektischen B-Gehalten vor, wobei alle Legierungsvarianten mit denselben experimentellen Methoden untersucht wurden. Als Referenzmaterial dient die am häufigsten verwendeten (α+β)-Legierung Ti-6Al-4V. Die Werkstoffcharakterisierung beinhaltet die Untersuchung der Mikrostrukturen, die Bestimmung der β-Transustemperatur mithilfe von dynamischer Differenzkalorimetrie und Hochtemperatur Laser-Scanning-Konfokal-Mikroskopie, eine Phasenanalyse per Rückstreuelektronenbeugungsanalyse, Kontrastanalyse und Röntgendiffraktometrie und die Verifizierung der beobachteten Kornfeinung mittels hochenergetischer Röntgendiffraktometrie. Des Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Hochtemperatur-Umformverhalten. Im Zuge dessen wurden Stufenstauchversuche an einem Umformdilatometer durchgeführt, wobei Umformgrad und -temperatur einer typischen Walzung im (α+β)-Zweiphasengebiet nachempfunden waren. Um die Entwicklung von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften mit steigendem Umformgrad zu untersuchen, wurde jede Legierungsvariante in drei- und fünffach gestauchtem Zustand charakterisiert. Die Auswertung umfasst außerdem die Interpretation der Fließkurven, eine Texturanalyse und Härtemessungen im Bereich der Umformzone.Durch die B-modifikation wird die β-Primärkorngröße signifikant reduziert, was zu einer homogenen Verteilung der kristallographischen Orientierungen im Gusszustand führt. Es konnten alle Legierungsvarianten, welche mit B legiert wurden, ohne verformungsbedingte Schädigung und deutlich homogener als die B-freien Legierungen umgeformt werden.
KW - Mikrostrukturelle Charakterisierung
KW - Hochtemperatur-Umformverhaltens
KW - Bor modifizierte Titanlegierung
KW - (¿+ß)-Titanlegierung
KW - TiB
KW - microstructural characterization
KW - high-temperature forming behavior
KW - Boron modified titanium alloy
KW - (¿+ß) titanium alloy
KW - TiB
U2 - 10.34901/mul.pub.2023.174
DO - 10.34901/mul.pub.2023.174
M3 - Masterarbeit
ER -