TY - THES

T1 - Mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung von TiAl Rennsportventilen

AU - Burtscher, Michael

N1 - gesperrt bis 05-11-2020

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Im Zuge dieser Diplomarbeit wurden Ventile für Racing und High-Performance Applikationen aus einer intermetallischen γ-TiAl Legierung untersucht. Dabei wurden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Ventile aus zwei verschiedenen Herstellungsrouten untereinander verglichen. Die neu entwickelte Skull-Melter-Route zur Erschmelzung der Ausgangsmaterialien stellt eine Möglichkeit dar, die Homogenität des Gefüges hingegen der herkömmlichen Ingot-Route zu verbessern. Bei der untersuchten Legierung handelt es sich um eine TiAl-Legierung der 3. Generation. Die Besonderheit dieser intermetallischen Legierung ist die gute Umformbarkeit bei Schmiedetemperaturen, mit welcher sich endkonturnahe Halbprodukte fertigen lassen. Die mechanische Charakterisierung der Ventile erfolgte mittels Biegeumlaufprüfung bei Raumtemperatur sowie Kriechversuchen bei Temperaturen und Spannungen, welche den Einsatzbedingungen der Ventile entsprechen. Die Charakterisierung der Mikrostruktur wurde im Lichtmikroskop und auch im Rasterelektronenmikroskop durchgeführt. Die Phasenfraktionen der bei Raumtemperatur auftretenden γ-TiAl, βo-TiAl und α2-Ti3Al Phasen wurde an den verschiedenen Zuständen mittels Röntgendiffraktion bestimmt und verglichen. Zusätzlich wurden die Bruchflächen der Biegeumlaufversuche stereo- und rasterelektronenmikroskopisch untersucht und durch eine Abschätzung Aussagen über die auftretenden Defektgrößen getätigt. Zur Charakterisierung des Materialzustandes während des Umformvorganges bei der Herstellung der Ventile wurden Wärmebehandlungsversuche bei Umformtemperatur mit anschließender Wasserabschreckung durchgeführt. Anhand der aus diesen Untersuchungen erlangten Ergebnisse konnten die Spezifika der jeweiligen Herstellungsrouten aufgezeigt werden. Die Einführung der Skull-Melter-Variante stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, die bisherige Ingot-Route zu ersetzen. Darüber hinaus können aufgrund der erreichbaren Homogenität die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

AB - Im Zuge dieser Diplomarbeit wurden Ventile für Racing und High-Performance Applikationen aus einer intermetallischen γ-TiAl Legierung untersucht. Dabei wurden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Ventile aus zwei verschiedenen Herstellungsrouten untereinander verglichen. Die neu entwickelte Skull-Melter-Route zur Erschmelzung der Ausgangsmaterialien stellt eine Möglichkeit dar, die Homogenität des Gefüges hingegen der herkömmlichen Ingot-Route zu verbessern. Bei der untersuchten Legierung handelt es sich um eine TiAl-Legierung der 3. Generation. Die Besonderheit dieser intermetallischen Legierung ist die gute Umformbarkeit bei Schmiedetemperaturen, mit welcher sich endkonturnahe Halbprodukte fertigen lassen. Die mechanische Charakterisierung der Ventile erfolgte mittels Biegeumlaufprüfung bei Raumtemperatur sowie Kriechversuchen bei Temperaturen und Spannungen, welche den Einsatzbedingungen der Ventile entsprechen. Die Charakterisierung der Mikrostruktur wurde im Lichtmikroskop und auch im Rasterelektronenmikroskop durchgeführt. Die Phasenfraktionen der bei Raumtemperatur auftretenden γ-TiAl, βo-TiAl und α2-Ti3Al Phasen wurde an den verschiedenen Zuständen mittels Röntgendiffraktion bestimmt und verglichen. Zusätzlich wurden die Bruchflächen der Biegeumlaufversuche stereo- und rasterelektronenmikroskopisch untersucht und durch eine Abschätzung Aussagen über die auftretenden Defektgrößen getätigt. Zur Charakterisierung des Materialzustandes während des Umformvorganges bei der Herstellung der Ventile wurden Wärmebehandlungsversuche bei Umformtemperatur mit anschließender Wasserabschreckung durchgeführt. Anhand der aus diesen Untersuchungen erlangten Ergebnisse konnten die Spezifika der jeweiligen Herstellungsrouten aufgezeigt werden. Die Einführung der Skull-Melter-Variante stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, die bisherige Ingot-Route zu ersetzen. Darüber hinaus können aufgrund der erreichbaren Homogenität die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

KW - TiAl

KW - TNM

KW - Ventil

KW - Rennsport

KW - Gefügecharakterisierung

KW - mechanische Eigenschaften

KW - Prozessentwicklung

KW - TiAl

KW - valve

KW - motor sports

KW - microstructure

KW - mechanical properties

KW - process development

M3 - Diplomarbeit

ER -