TY - BOOK

T1 - Optimierung von intermetallischen TiAl Legierungen in Hinblick auf die Erhöhung der Anwendungstemperatur

AU - Burtscher, Michael

N1 - gesperrt bis 15-01-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Intermetallische γ-TiAl Legierungen werden als Konstruktionswerkstoffe für Turbinenschaufeln in der neuesten Generation von Triebwerken verwendet. Um deren Anwendungsgebiet und Einsatzfähigkeit zu erweitern, ist eine Erhöhung der Anwendungstemperatur notwendig. Dies kann durch ein geändertes Legierungskonzept, eine Optimierung der Wärmebehandlung oder eine Anpassung der Mikrostruktur erfolgen. In dieser Arbeit wurde der Effekt von zusätzlichen Legierungselementen auf das bereits etablierte TNM System untersucht. Dabei ist bekannt, dass Al, C und Si zu einer Stabilisierung der α-Phase, zu einer Erhöhung der Hochtemperaturfestigkeit und zu einer Verbesserung der Kriecheigenschaften führen. Dies kann durch eine Mischkristallverfestigung und Ausscheidung von p Ti2AC Karbiden sowie ζ-Ti5Si3 Siliziden erreicht werden. Zusätzlich wurde der Einfluss der Elemente Zr und W, welche als Mischkristallverfestiger der γ-Phase gelten und einen Einfluss auf den Phasenanteil der βo-Phase besitzen, untersucht. Das Vorliegen eines genügend großen α-Einphasenfeldes ermöglicht eine einfache zweistufige Wärmebehandlung um eine vorteilhafte voll-lamellare Mikrostruktur einzustellen. In dieser Mikrostruktur, bestehend aus Kolonien mit α2 und γ Lamellen, wird die Versetzungsbewegung durch die Anwesenheit von zahlreichen α2/γ und γ/γ Grenzflächen behindert. Dies führt neben der erhöhten thermischen Mikrostrukturstabilität zu verbesserten Kriecheigenschaften. Um den Einfluss der Lamellenabstände, der unterschiedlichen Ausscheidungen sowie die Interaktion von Versetzungen mit den Gefügebestandteilen zu evaluieren, wurden die mechanischen Eigenschaften anhand von Kriech- sowie Zugversuchen bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht. Zusätzlich wurden transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss der Grenzflächen und Ausscheidungen zu evaluieren. Basierend auf dieser grundlegenden Arbeit konnte die Anwendungstemperatur der modifizierten TiAl Legierungen erhöht und die thermische Stabilität des Gefüges verbessert werden.

AB - Intermetallische γ-TiAl Legierungen werden als Konstruktionswerkstoffe für Turbinenschaufeln in der neuesten Generation von Triebwerken verwendet. Um deren Anwendungsgebiet und Einsatzfähigkeit zu erweitern, ist eine Erhöhung der Anwendungstemperatur notwendig. Dies kann durch ein geändertes Legierungskonzept, eine Optimierung der Wärmebehandlung oder eine Anpassung der Mikrostruktur erfolgen. In dieser Arbeit wurde der Effekt von zusätzlichen Legierungselementen auf das bereits etablierte TNM System untersucht. Dabei ist bekannt, dass Al, C und Si zu einer Stabilisierung der α-Phase, zu einer Erhöhung der Hochtemperaturfestigkeit und zu einer Verbesserung der Kriecheigenschaften führen. Dies kann durch eine Mischkristallverfestigung und Ausscheidung von p Ti2AC Karbiden sowie ζ-Ti5Si3 Siliziden erreicht werden. Zusätzlich wurde der Einfluss der Elemente Zr und W, welche als Mischkristallverfestiger der γ-Phase gelten und einen Einfluss auf den Phasenanteil der βo-Phase besitzen, untersucht. Das Vorliegen eines genügend großen α-Einphasenfeldes ermöglicht eine einfache zweistufige Wärmebehandlung um eine vorteilhafte voll-lamellare Mikrostruktur einzustellen. In dieser Mikrostruktur, bestehend aus Kolonien mit α2 und γ Lamellen, wird die Versetzungsbewegung durch die Anwesenheit von zahlreichen α2/γ und γ/γ Grenzflächen behindert. Dies führt neben der erhöhten thermischen Mikrostrukturstabilität zu verbesserten Kriecheigenschaften. Um den Einfluss der Lamellenabstände, der unterschiedlichen Ausscheidungen sowie die Interaktion von Versetzungen mit den Gefügebestandteilen zu evaluieren, wurden die mechanischen Eigenschaften anhand von Kriech- sowie Zugversuchen bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht. Zusätzlich wurden transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss der Grenzflächen und Ausscheidungen zu evaluieren. Basierend auf dieser grundlegenden Arbeit konnte die Anwendungstemperatur der modifizierten TiAl Legierungen erhöht und die thermische Stabilität des Gefüges verbessert werden.

KW - intermetallics

KW - TiAl

KW - alloying design

KW - mechanical properties

KW - Intermetallische Werkstoffe

KW - TiAl

KW - Legierungsdesign

KW - mechanische Eigenschaften

M3 - Dissertation

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