TY - THES

T1 - Entwicklung einer γ-TiAl-Basislegierung für die Herstellung von Turboladerlaufrädern mittels Metallpulverspritzgießen

AU - Zechmann, Nicole

N1 - gesperrt bis 02-03-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Steigende CO2- und NOx-Emissionen und die damit verbundene Erderwärmung bzw. die strikteren gesetzlichen Vorschriften erzwingen die weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauches in der Fahrzeugindustrie. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Entwicklung effizienterer Verbrennungsmotoren notwendig, da alternative Technologien, wie Elektromobilität, noch nicht ausgereift sind. Hierbei spielt vor allem das „Down-Sizing“, in Kombination mit der Verwendung von Abgasturboladern, eine zentrale Rolle, welche einen Teil der erwärmten Abgase für den Antrieb eines Vorverdichters nutzen und somit zur Leistungssteigerung beitragen. Des Weiteren ist es nötig, die Trägheit des Ansprechverhaltens des Turboladers zu reduzieren und somit eine weitere Steigerung des Fahrkomforts und der Effizienz zu erzielen. Aufgrund der geringen Dichte, der hohen spezifischen Hochtemperaturfestigkeit und -steifigkeit sowie der guten Oxidations- und Kriechbeständigkeit bieten Titanaluminid-Legierungen eine hervorragende Basis für den Einsatz als Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe. Die in dieser Arbeit untersuchten γ-TiAl-Legierungen wurden über einen pulvermetallurgischen Prozess und anschließendem Metallpulverspritzgießen (MIM) oder vergleichsweise heißisostatischem Pressen hergestellt. Zu den Vorteilen des MIM-Prozesses zählt die endkonturnahe Herstellungsmöglichkeit komplexer Bauteile in hohen Stückzahlen. Ziel dieser Arbeit war die Ermittlung des Einflusses des durch den MIM Prozess eingebrachten Sauerstoffs sowie die Auswirkungen von legiertem Zirkon auf die Mikrostruktur, den Erstarrungspfad und die Phasenumwandlungstemperaturen und infolgedessen auf die Festigkeit der untersuchten Legierungen. Zu Beginn erfolgte eine Grundcharakterisierung der Proben nach dem jeweiligen Herstellungsprozess mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie röntgendiffraktometrischer Untersuchungen und einer Härtemessung. Anschließend wurden die Auswirkungen des Sauerstoffs und des Zirkons auf die Phasenfelder mit Hilfe kalorimetrischer Messungen gemessen und mit einer Wärmebehandlungsstudie verifiziert. Zusätzlich wurden thermodynamische Berechnungen mit einer TiAl Datenbank durchgeführt.

AB - Steigende CO2- und NOx-Emissionen und die damit verbundene Erderwärmung bzw. die strikteren gesetzlichen Vorschriften erzwingen die weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauches in der Fahrzeugindustrie. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Entwicklung effizienterer Verbrennungsmotoren notwendig, da alternative Technologien, wie Elektromobilität, noch nicht ausgereift sind. Hierbei spielt vor allem das „Down-Sizing“, in Kombination mit der Verwendung von Abgasturboladern, eine zentrale Rolle, welche einen Teil der erwärmten Abgase für den Antrieb eines Vorverdichters nutzen und somit zur Leistungssteigerung beitragen. Des Weiteren ist es nötig, die Trägheit des Ansprechverhaltens des Turboladers zu reduzieren und somit eine weitere Steigerung des Fahrkomforts und der Effizienz zu erzielen. Aufgrund der geringen Dichte, der hohen spezifischen Hochtemperaturfestigkeit und -steifigkeit sowie der guten Oxidations- und Kriechbeständigkeit bieten Titanaluminid-Legierungen eine hervorragende Basis für den Einsatz als Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe. Die in dieser Arbeit untersuchten γ-TiAl-Legierungen wurden über einen pulvermetallurgischen Prozess und anschließendem Metallpulverspritzgießen (MIM) oder vergleichsweise heißisostatischem Pressen hergestellt. Zu den Vorteilen des MIM-Prozesses zählt die endkonturnahe Herstellungsmöglichkeit komplexer Bauteile in hohen Stückzahlen. Ziel dieser Arbeit war die Ermittlung des Einflusses des durch den MIM Prozess eingebrachten Sauerstoffs sowie die Auswirkungen von legiertem Zirkon auf die Mikrostruktur, den Erstarrungspfad und die Phasenumwandlungstemperaturen und infolgedessen auf die Festigkeit der untersuchten Legierungen. Zu Beginn erfolgte eine Grundcharakterisierung der Proben nach dem jeweiligen Herstellungsprozess mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie röntgendiffraktometrischer Untersuchungen und einer Härtemessung. Anschließend wurden die Auswirkungen des Sauerstoffs und des Zirkons auf die Phasenfelder mit Hilfe kalorimetrischer Messungen gemessen und mit einer Wärmebehandlungsstudie verifiziert. Zusätzlich wurden thermodynamische Berechnungen mit einer TiAl Datenbank durchgeführt.

KW - Intermetallische Werkstoffe

KW - Titanaluminide

KW - Pulvermetallurgie

KW - Metallpulverspritzgießen

KW - Charakterisierung

KW - Intermetallic materials

KW - titanium aluminides

KW - powder metallurgy

KW - metal injection moulding

KW - characterization

M3 - Diplomarbeit

ER -