TY - THES

T1 - Untersuchungen zum Ausscheidungsverhalten von H-Karbiden in einer TiAl-Legierung

AU - Kirchheimer, Katharina

N1 - gesperrt bis null

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Struktur sowie das Ausscheidungs- und Auflösungsverhalten der hexagonalen Ti2AlC-Phase, der sogenannten H-Karbide, in einer TNM-Legierung mit der Zusammensetzung Ti-43.5Al-4Nb-1.5Mo-0.5C (Angaben in at.%) untersucht. Titanaluminide konkurrieren mit herkömmlichen Hochtemperaturwerkstoffen, wie Nickelbasis-Superlegierungen oder Stahl, die in Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken und Turboladerläufrädern in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Zum Eigenschaftsprofil gehören neben einer geringen Dichte, gute mechanische Hochtemperatureigenschaften, eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und die Resistenz gegen Titanfeuer. Der untersuchte Werkstoff zählt zur Gruppe der TNM Legierungen, deren wichtigste Legierungselemente neben Titan und Aluminium, Niob und Molybdän sind. Die bei Raumtemperatur auftretenden geordneten intermetallischen Phasen sind die γ-Phase mit einer L10 Struktur, die α2-Phase mit einer hexagonalen D019 Struktur und die kubische βo-Phase mit einer geordneten B2 Struktur. Die Erhöhung der Einsatztemperaturen erfordert eine Steigerung der Festigkeit und der Kriechbeständigkeit, was gegenüber der herkömmlichen TNM-Legierung durch die Zugabe von Kohlenstoff erreicht werden kann. Dieser trägt schon in geringem Maße deutlich zur Mischkristall- und Ausscheidungshärtung bei. Wird die Löslichkeitsgrenze überschritten, scheiden sich unterschiedliche Karbidphasen aus, welche Gegenstand dieser Untersuchung waren. Mittels dynamischer Differenzkalorimetrie wurden die Umwandlungstemperaturen der vorliegenden Phasen bestimmt und in darauffolgenden gezielten Wärmbehandlungsstudien verifiziert. Im Fokus stehen in-situ Untersuchungen mittels Hochtemperatur-Laserkonfokalmikroskop, welche korreliert mit einer Elektronenrückstreubeugungsmessung, die Orientierungsbeziehung der Karbide zur vorliegenden Matrix aufzeigen. Es wurden grundlegende Erkenntnisse über die Entstehung und das Verhalten von H Karbiden in der verwendeten TNM-Legierung gefunden und dadurch das Verständnis für dieses Legierungskonzept vertieft.

AB - Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Struktur sowie das Ausscheidungs- und Auflösungsverhalten der hexagonalen Ti2AlC-Phase, der sogenannten H-Karbide, in einer TNM-Legierung mit der Zusammensetzung Ti-43.5Al-4Nb-1.5Mo-0.5C (Angaben in at.%) untersucht. Titanaluminide konkurrieren mit herkömmlichen Hochtemperaturwerkstoffen, wie Nickelbasis-Superlegierungen oder Stahl, die in Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken und Turboladerläufrädern in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Zum Eigenschaftsprofil gehören neben einer geringen Dichte, gute mechanische Hochtemperatureigenschaften, eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und die Resistenz gegen Titanfeuer. Der untersuchte Werkstoff zählt zur Gruppe der TNM Legierungen, deren wichtigste Legierungselemente neben Titan und Aluminium, Niob und Molybdän sind. Die bei Raumtemperatur auftretenden geordneten intermetallischen Phasen sind die γ-Phase mit einer L10 Struktur, die α2-Phase mit einer hexagonalen D019 Struktur und die kubische βo-Phase mit einer geordneten B2 Struktur. Die Erhöhung der Einsatztemperaturen erfordert eine Steigerung der Festigkeit und der Kriechbeständigkeit, was gegenüber der herkömmlichen TNM-Legierung durch die Zugabe von Kohlenstoff erreicht werden kann. Dieser trägt schon in geringem Maße deutlich zur Mischkristall- und Ausscheidungshärtung bei. Wird die Löslichkeitsgrenze überschritten, scheiden sich unterschiedliche Karbidphasen aus, welche Gegenstand dieser Untersuchung waren. Mittels dynamischer Differenzkalorimetrie wurden die Umwandlungstemperaturen der vorliegenden Phasen bestimmt und in darauffolgenden gezielten Wärmbehandlungsstudien verifiziert. Im Fokus stehen in-situ Untersuchungen mittels Hochtemperatur-Laserkonfokalmikroskop, welche korreliert mit einer Elektronenrückstreubeugungsmessung, die Orientierungsbeziehung der Karbide zur vorliegenden Matrix aufzeigen. Es wurden grundlegende Erkenntnisse über die Entstehung und das Verhalten von H Karbiden in der verwendeten TNM-Legierung gefunden und dadurch das Verständnis für dieses Legierungskonzept vertieft.

KW - TiAl

KW - TNM

KW - Ti2AlC

KW - H-Karbide

KW - Hochtemperatur-Laserkonfokalmikroskop

KW - Elektronenrückstreubeugungsmessung

KW - Orientierungsbeziehung

KW - TiAl

KW - TNM

KW - Ti2AlC

KW - H-type carbides

KW - high temperature laser scanning confocal microscopy

KW - electron backscatter diffraction

KW - orientation relationship

M3 - Masterarbeit

ER -