A tailored TiAl alloy for the powder bed based laser additive manufacturing

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

Abstract

Moderne Antriebssysteme auf Verbrennungsbasis für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, aber auch Strahltriebwerke in der Luftfahrtanwendung, sind auf innovative Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe und modernste Fertigungsverfahren angewiesen. Legierungen auf Basis der intermetallischen Titanaluminide haben, aufgrund ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer geringen Dichte, ein besonders hohes Potential, was bereits industriell genutzt wird. Durch die Entwicklung von pulverbasierten additiven Fertigungsverfahren, wurden in den letzten Jahren die Voraussetzungen geschaffen, die einen Paradigmenwechsel für die künftige Bauteilherstellung sowie deren Eigenschaften und Gestaltung bedeuten. Dafür wurden Proben aus einer intermetallischen γ-Titanaluminid-Legierung, der sogenannten TNM Legierung, über die pulverbettbasierte, laseradditive Fertigungsroute (engl. Selective Laser Melting) hergestellt und einer umfangreichen, metallkundlichen Charakterisierung mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenstrahlmikroanalyse, dynamischer Differenzkalorimetrie und Röntgenbeugung unterzogen. Um eine Mikrokerbwirkung durch erhöhte Porosität zu vermeiden, die sich im Falle von hochfesten Werkstoffen negativ auf die Ermüdungs- und (Bruch-)Zähigkeitseigenschaften auswirkt, erfolgte als erster Wärmebehandlungsschritt ein heiß-isostatisches Pressen. Anschließend wurde eine Wärmebehandlung zum Einstellen einer Mikrostruktur mit ausgewogenen Eigenschaften für den Einsatz bei hohen Temperaturen entwickelt, vor dem Hintergrund eine ausreichende Bruchdehnung und Bruchzähigkeit bei Raumtemperatur zu gewährleisten. Die mikrostrukturellen Untersuchungen hatten dabei das Ziel, den Ausgangszustand des Pulvers zu charakterisieren, auftretende Porosität aufzuzeichnen, chemische Anisotropien zu untersuchen und daraus das Gefüge für den Hochtemperatureinsatz zu adaptieren. Mittels der Ergebnisse aus den angewandten Methoden konnte die Dichte des as-SLM Materials auf 99.9% gesteigert werden. Weiters wurde eine geeignete Wärmebehandlung für die vorliegende Legierung entwickelt, die ein homogenes, nahezu lamellares Gefüge mit globularer γ-Phase (NLγ), als auch ein volllamellares Gefüge (FL) ergab. Des Weiteren wurde eine Prüfung der mechanischen Eigenschaften des Materials über Kriechversuche und Dreipunktbiegeversuche durchgeführt.

Details

Titel in ÜbersetzungEine maßgeschneiderte TiAl-Legierung für die pulverbettbasierte laseradditive Fertigung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mayer, Svea, Betreuer (intern)
  • Leichtfried, Gerhard, Mitbetreuer (extern), Externe Person
Datum der Bewilligung12 Apr 2019
StatusVeröffentlicht - 2019