Investigation of gamma-TiAl alloys by means of diffraction methods

Titel in Übersetzung: Untersuchung von gamma-TiAl Legierungen mit Beugungsmethoden

Thomas Schmölzer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Intermetallische Titanaluminide sind Werkstoffe welche ausgezeichnete Kriechfestigkeit, Beständigkeit gegenüber Titanfeuer sowie eine geringe Dichte besitzen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird angestrebt, Ni-Basis Legierungen mit hoher spezifischer Masse in den letzten Turbinenstufen von Flugtriebwerken und in Turbinenlaufrädern von Abgasturboladern durch TiAl Legierungen zu ersetzen. Im Vergleich zu Gusslegierungen versprechen Knetlegierungen wie die in dieser Dissertation untersuchte TNM™ Legierung eine deutliche Verbesserung von Festigkeit und Zähigkeit der daraus hergestellten Bauteile. Zuverlässige und kostengünstige Verarbeitungsrouten sind Voraussetzungen für die erfolgreiche Einführung von TiAl Knetlegierungen in industriellen Anwendungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vorwiegend Streumethoden verwendet um diese Materialklasse zu charakterisieren. Die erhaltenen Ergebnisse wurden mittels abbildender und kalorimetrischer Methoden sowie durch Dilatometrie verifiziert und zu ergänzt. Beugungsexperimente wurden mit zwei unterschiedlichen Typen von Strahlungsquellen durchgeführt. Wird eine Röntgenquelle eingesetzt, so weisen die Beugungsreflexe der im TiAl System vorkommenden Phasen hohe Intensitäten auf. Überstruktur Reflexe besitzen hingegen eine geringe Intensität, weshalb die Einstellung einer Überstruktur mit Röntgenstrahlung nur schwer festzustellen ist. Im Gegensatz dazu sind die Intensitäten der Überstrukturpeaks hoch und jene von normalen Reflexen sehr niedrig wenn Neutronen gebeugt werden. Daraus folgt, dass Ordnungsreaktionen bevorzugt mit Neutronenbeugung untersucht werden während der Phasenanteils-Verlauf mittels Röntgenbeugung bestimmt wird. In-situ Versuche mit hochenergetischer Röntgenstrahlung können im Transmissions-Modus durchgeführt werden. Dies ermöglicht einerseits den Einfluss der sich bei hohen Temperaturen entwickelnden Al-armen Oberflächenschicht zu vermindern, andererseits werden durch die kleinen Streuwinkel aufwändige und Volumen intensive Probenumgebungen wie Öfen und Zugprüfeinrichtungen ermöglicht. Mit Hilfe dieser Methoden war es auch möglich die mikrostrukturellen Prozesse während der Warmumformung zu untersuchen. Hierzu wurde ein schneller Flächendetektor mit einer Bildrate von ca. 2 Hz verwendet. Der Verlauf der Phasenanteile über die Temperatur und die genaue Bestimmung der Temperaturen bei welchen die Ordnungsreaktionen ablaufen tragen zu der Entwicklung von industriellen Prozessrouten für die untersuchten Legierungen bei. Des Weiteren wurde der Einfluss von Molybdän auf das Phasendiagramm untersucht. Es wurde festgestellt, dass in einer Ti-45 Al-3 Mo (in at%) eine Übergangsphase des B19 Typs bei der Umwandlung von übersättigtem α<sub>2</sub> zu γ gebildet wird. Die Erkenntnisse welche die mikrostrukturelle Entwicklung während des Umformens betreffen sind für die Optimierung von Prozessparametern für die Warmumformung von hoher Relevanz und tragen damit zur Entwicklung einer prozesssicheren und kostengünstigen Herstellroute bei.
Titel in ÜbersetzungUntersuchung von gamma-TiAl Legierungen mit Beugungsmethoden
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Clemens, Helmut, Betreuer (intern)
  • Dehm, Gerhard, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 10 Mai 2012

Schlagwörter

  • Röntgenbeugung
  • TiAl
  • XRD
  • Synchrotron

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