TY - THES

T1 - Mikrostrukturelle Charakterisierung und Untersuchung des Hochtemperatur-Umformverhaltens einer mit Bor modifizierten (α+β)-Titanlegierung

AU - Taucher, Lorenz

N1 - gesperrt bis 21-08-2027

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Das Zulegieren von B in Titanlegierungen führt zur Reduktion von Korn- und α-Koloniegröße sowie zu einer Abschwächung der Textur im Gusszustand, wodurch energie- und kostenintensive Warmumformschritte teilweise oder zur Gänze entfallen können. Da diese Prozessschritte überdies zur Verzunderung und zur sogenannten α-case-Bildung führen, können durch die mikrostrukturelle Modifikation mit B Material und Zeit eingespart werden. Die Reduktion der Herstellkosten hat eine Erweiterung des Einsatzspektrums zur Folge, indem konkurrierende Werkstoffe durch Titanlegierungen ersetzt werden könnten.Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde die Mikrostruktur einer B-modifizierten (α+β)-Titanlegierung charakterisiert und das Hochtemperatur-Umformverhalten untersucht. Die Legierung liegt mit drei unterschiedlichen hypoeutektischen B-Gehalten vor, wobei alle Legierungsvarianten mit denselben experimentellen Methoden untersucht wurden. Als Referenzmaterial dient die am häufigsten verwendeten (α+β)-Legierung Ti-6Al-4V. Die Werkstoffcharakterisierung beinhaltet die Untersuchung der Mikrostrukturen, die Bestimmung der β-Transustemperatur mithilfe von dynamischer Differenzkalorimetrie und Hochtemperatur Laser-Scanning-Konfokal-Mikroskopie, eine Phasenanalyse per Rückstreuelektronenbeugungsanalyse, Kontrastanalyse und Röntgendiffraktometrie und die Verifizierung der beobachteten Kornfeinung mittels hochenergetischer Röntgendiffraktometrie. Des Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Hochtemperatur-Umformverhalten. Im Zuge dessen wurden Stufenstauchversuche an einem Umformdilatometer durchgeführt, wobei Umformgrad und -temperatur einer typischen Walzung im (α+β)-Zweiphasengebiet nachempfunden waren. Um die Entwicklung von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften mit steigendem Umformgrad zu untersuchen, wurde jede Legierungsvariante in drei- und fünffach gestauchtem Zustand charakterisiert. Die Auswertung umfasst außerdem die Interpretation der Fließkurven, eine Texturanalyse und Härtemessungen im Bereich der Umformzone.Durch die B-modifikation wird die β-Primärkorngröße signifikant reduziert, was zu einer homogenen Verteilung der kristallographischen Orientierungen im Gusszustand führt. Es konnten alle Legierungsvarianten, welche mit B legiert wurden, ohne verformungsbedingte Schädigung und deutlich homogener als die B-freien Legierungen umgeformt werden.

AB - Das Zulegieren von B in Titanlegierungen führt zur Reduktion von Korn- und α-Koloniegröße sowie zu einer Abschwächung der Textur im Gusszustand, wodurch energie- und kostenintensive Warmumformschritte teilweise oder zur Gänze entfallen können. Da diese Prozessschritte überdies zur Verzunderung und zur sogenannten α-case-Bildung führen, können durch die mikrostrukturelle Modifikation mit B Material und Zeit eingespart werden. Die Reduktion der Herstellkosten hat eine Erweiterung des Einsatzspektrums zur Folge, indem konkurrierende Werkstoffe durch Titanlegierungen ersetzt werden könnten.Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde die Mikrostruktur einer B-modifizierten (α+β)-Titanlegierung charakterisiert und das Hochtemperatur-Umformverhalten untersucht. Die Legierung liegt mit drei unterschiedlichen hypoeutektischen B-Gehalten vor, wobei alle Legierungsvarianten mit denselben experimentellen Methoden untersucht wurden. Als Referenzmaterial dient die am häufigsten verwendeten (α+β)-Legierung Ti-6Al-4V. Die Werkstoffcharakterisierung beinhaltet die Untersuchung der Mikrostrukturen, die Bestimmung der β-Transustemperatur mithilfe von dynamischer Differenzkalorimetrie und Hochtemperatur Laser-Scanning-Konfokal-Mikroskopie, eine Phasenanalyse per Rückstreuelektronenbeugungsanalyse, Kontrastanalyse und Röntgendiffraktometrie und die Verifizierung der beobachteten Kornfeinung mittels hochenergetischer Röntgendiffraktometrie. Des Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Hochtemperatur-Umformverhalten. Im Zuge dessen wurden Stufenstauchversuche an einem Umformdilatometer durchgeführt, wobei Umformgrad und -temperatur einer typischen Walzung im (α+β)-Zweiphasengebiet nachempfunden waren. Um die Entwicklung von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften mit steigendem Umformgrad zu untersuchen, wurde jede Legierungsvariante in drei- und fünffach gestauchtem Zustand charakterisiert. Die Auswertung umfasst außerdem die Interpretation der Fließkurven, eine Texturanalyse und Härtemessungen im Bereich der Umformzone.Durch die B-modifikation wird die β-Primärkorngröße signifikant reduziert, was zu einer homogenen Verteilung der kristallographischen Orientierungen im Gusszustand führt. Es konnten alle Legierungsvarianten, welche mit B legiert wurden, ohne verformungsbedingte Schädigung und deutlich homogener als die B-freien Legierungen umgeformt werden.

KW - Mikrostrukturelle Charakterisierung

KW - Hochtemperatur-Umformverhaltens

KW - Bor modifizierte Titanlegierung

KW - (¿+ß)-Titanlegierung

KW - TiB

KW - microstructural characterization

KW - high-temperature forming behavior

KW - Boron modified titanium alloy

KW - (¿+ß) titanium alloy

KW - TiB

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.174

DO - 10.34901/mul.pub.2023.174

M3 - Masterarbeit

ER -