TY - THES

T1 - Untersuchung der mechanischen Eigenschaften einer Ti-6Al-4V-Legierung durch gezieltes Einstellen des Gefüges beim thermomechanischen Walzen von Blechen

AU - Pretterhofer, Stefan

N1 - gesperrt bis 25-06-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Um am umkämpften Weltmarkt konkurrenzfähig bleiben zu können, ist eine ständige Weiterentwicklung der Produktqualität wie auch eine Anpassung des Produktportfolios erforderlich. Das Unternehmen voestalpine Böhler Bleche GmbH & Co KG setzt in Zukunft unter anderem auf das Walzen von Blechen aus Titanlegierung, nämlich Ti-6Al-4V, um seine Rolle als Qualitätsproduzent im Bereich der Luftfahrt auszubauen. Aufgrund des neuen Werkstoffes und der damit erforderlichen Anpassungen im Produktionsprozess gilt es optimierte Herstellparameter für diesen zu definieren, um in Folge die angestrebte Airbus Spezifikation AIMS 03-18-001 erfüllen zu können. Zur Erreichung dieses Zieles wurden sowohl Experimente im Labormaßstab, nämlich am Umformsimulator des Lehrstuhles für Umformtechnik und in den Laboröfen der Abteilung Qualitätswesen, wie auch betriebsinterne Versuche am TRIO-Walzgerüst und an den Wärmebehandlungsaggregaten durchgeführt. Diese praktischen Ziele erfordern eine umfangreiche Literaturstudie, welche den generellen Zusammenhang zwischen Gefüge und mechanischer Eigenschaften des Werkstoffes eingehend betrachtet. Diese ermöglicht ein weitreichendes Verständnis von stabilen Umformbedingungen mit Hilfe sogenannter „Processing Maps“ sowie geeigneter Temperatur-Zeit-Verläufe und bildet die Basis für die gezielte Einstellung eines Duplexgefüges. Stabile Bereiche zeichnen sich durch das Auftreten von Entfestigungsmechanismen, wie Erholung und Rekristallisation, welche sich anhand einer konstanten Umformspannung über dem Umformgrad (φ) erkennen lassen, aus. Aus den Experimenten im Labormaßstab ließ sich ableiten, dass Temperaturen über 850 °C bei Umformgeschwindigkeiten von 1 und 3 1/s bzw. 875 °C bei φ ̇ = 10 1/s zum erwünschten Ergebnis führen. Das optimale Temperaturintervall wird dabei durch die Umwandlungstemperatur des Werkstoffes, welche von der chemischen Zusammensetzung abhängt, beschränkt. Die in dieser Masterarbeit behandelte Ti64-Legierung wandelt bei 1.000°C aus dem zweiphasigen (α+β)- in das einphasige β-Gebiet um. Ein Temperaturintervall von 800 bis 970 °C bei einer Umformgeschwindigkeit von 3 1/s hat sich am Walzgerüst als optimal erwiesen. Um die geforderten Eigenschaften im Blech zu erreichen, ist eine Optimierung des Gefüges nach der Umformung in Form einer Wärmebehandlung erforderlich. Dazu wurden im Labormaßstab drei Hochtemperaturglühungen sowie eine reine Spannungsarmglühung durchgeführt. Hierbei erwiesen sich alle vier Varianten als geeignet um die geforderte Spezifikation zu erfüllen. Um auch den ökonomischen Aspekt zu berücksichtigen wurde daher das so genannte „mill annealing“, welche in Folge auch großtechnisch die Luftfahrtanforderung erfüllte, als Methode der Wahl für das industrielle Experiment gewählt.

AB - Um am umkämpften Weltmarkt konkurrenzfähig bleiben zu können, ist eine ständige Weiterentwicklung der Produktqualität wie auch eine Anpassung des Produktportfolios erforderlich. Das Unternehmen voestalpine Böhler Bleche GmbH & Co KG setzt in Zukunft unter anderem auf das Walzen von Blechen aus Titanlegierung, nämlich Ti-6Al-4V, um seine Rolle als Qualitätsproduzent im Bereich der Luftfahrt auszubauen. Aufgrund des neuen Werkstoffes und der damit erforderlichen Anpassungen im Produktionsprozess gilt es optimierte Herstellparameter für diesen zu definieren, um in Folge die angestrebte Airbus Spezifikation AIMS 03-18-001 erfüllen zu können. Zur Erreichung dieses Zieles wurden sowohl Experimente im Labormaßstab, nämlich am Umformsimulator des Lehrstuhles für Umformtechnik und in den Laboröfen der Abteilung Qualitätswesen, wie auch betriebsinterne Versuche am TRIO-Walzgerüst und an den Wärmebehandlungsaggregaten durchgeführt. Diese praktischen Ziele erfordern eine umfangreiche Literaturstudie, welche den generellen Zusammenhang zwischen Gefüge und mechanischer Eigenschaften des Werkstoffes eingehend betrachtet. Diese ermöglicht ein weitreichendes Verständnis von stabilen Umformbedingungen mit Hilfe sogenannter „Processing Maps“ sowie geeigneter Temperatur-Zeit-Verläufe und bildet die Basis für die gezielte Einstellung eines Duplexgefüges. Stabile Bereiche zeichnen sich durch das Auftreten von Entfestigungsmechanismen, wie Erholung und Rekristallisation, welche sich anhand einer konstanten Umformspannung über dem Umformgrad (φ) erkennen lassen, aus. Aus den Experimenten im Labormaßstab ließ sich ableiten, dass Temperaturen über 850 °C bei Umformgeschwindigkeiten von 1 und 3 1/s bzw. 875 °C bei φ ̇ = 10 1/s zum erwünschten Ergebnis führen. Das optimale Temperaturintervall wird dabei durch die Umwandlungstemperatur des Werkstoffes, welche von der chemischen Zusammensetzung abhängt, beschränkt. Die in dieser Masterarbeit behandelte Ti64-Legierung wandelt bei 1.000°C aus dem zweiphasigen (α+β)- in das einphasige β-Gebiet um. Ein Temperaturintervall von 800 bis 970 °C bei einer Umformgeschwindigkeit von 3 1/s hat sich am Walzgerüst als optimal erwiesen. Um die geforderten Eigenschaften im Blech zu erreichen, ist eine Optimierung des Gefüges nach der Umformung in Form einer Wärmebehandlung erforderlich. Dazu wurden im Labormaßstab drei Hochtemperaturglühungen sowie eine reine Spannungsarmglühung durchgeführt. Hierbei erwiesen sich alle vier Varianten als geeignet um die geforderte Spezifikation zu erfüllen. Um auch den ökonomischen Aspekt zu berücksichtigen wurde daher das so genannte „mill annealing“, welche in Folge auch großtechnisch die Luftfahrtanforderung erfüllte, als Methode der Wahl für das industrielle Experiment gewählt.

KW - Luftfahrt

KW - Blech

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KW - Wärmebehandlung

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KW - Ti6Al4V

KW - thermomechanical rolling

KW - thermomechanical processing

KW - mechanical properties

M3 - Masterarbeit

ER -