Svea Mayer

Eigenschaftsoptimiertes Warmumformen einer intermetallischen Titanaluminid-Legierung

ZusammenfassungDie steigenden Anforderungen an Werkstoffe in Verbrennungsmotoren führen zum Einsatz innovativer Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe mit geringer Dichte und hoher spezifischer Festigkeit bei hohen Temperaturen. Dieser Werkstoffklasse gehören auch intermetallische Titanaluminide an. Es handelt sich dabei um mehrphasige TiAl-Legierungen, deren komplexer Aufbau aus γ-TiAl, α2-Ti3Al und einem geringen Anteil an βo-TiAl Phase besteht. Durch gezielte Kombination von Wärmebehandlung und Warmumformung werden die mechanischen Eigenschaften optimiert, was vor allem auf den geringeren lamellaren Abstand innerhalb der α2/γ-Kolonien zurückzuführen ist. Die Untersuchungen der mechanischen Kennwerte aus Warmzug- und Kriechversuchen weisen auf das hohe Potential der intermetallischen Titanaluminide hin.AbstractThe demand of advanced light-weight high-temperature materials with a low density and good specific high-temperature strength for the application in advanced combustion engines leads to the implementation of intermetallic titanium aluminides. These TiAl-based alloys are multi-phase alloys consisting of γ-TiAl, α2-Ti3Al and low volume fractions of βo-TiAl phase. In the present work a new processing route was established which comprises a combination of heat-treatment and hot-forging to improve the mechanical properties. The observed increase in strength can be attributed to a small lamellar spacing within the α2/γ-colonies. In order to analyze phase fractions and to determine mechanical properties X-ray diffraction measurements, hardness tests as well as tensile and creep tests were conducted.

In-situ High-energy X-ray Diffraction on an Intermetallic β-stabilised γ-TiAl Based Alloy

In-situ high energy X-ray diffraction is a powerful technique to investigate the structure of a material in a dynamic setup. In the present work, the technique was used to study an intermetallic TNM alloy with an increased content of β-stabilising alloying elements Nb and Mo. In a dilatometer setup placed in the synchrotron beam, heating experiments close to thermodynamic equilibrium conditions were performed on homogenised specimens. The experiments offered a deeper insight into the phase transformation behaviour of the investigated type of multi-phase alloy.ZusammenfassungIn-situ Beugungsexperimente mit hochenergetischer Röntgenstrahlung stellen eine leistungsstarke Technik dar, um den Aufbau eines Materials unter wechselnden Bedingungen zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Methode angewandt, um eine intermetallische TNM Legierung mit erhöhtem Gehalt an β-stabilisierenden Legierungselementen Nb und Mo zu untersuchen. In einem Dilatometeraufbau im Synchrotronstrahlengang wurden Aufheizexperimente nahe dem thermodynamischen Gleichgewicht an homogenisierten Proben durchgeführt. Die Experimente boten einen tieferen Einblick in das Phasenumwandlungsverhalten des untersuchten Multiphasen-Legierungstyps.

Constitutive Analysis of the Flow Curve Behavior of an Intermetallic b-solidifying γ-TiAl-based Alloy and Microstructural Characterization of the Deformed State

In the present study, the high-temperature deformation behavior of a cast and subsequently hot-isostatic pressed (HIPed) b-solidifying γ-TiAl-based alloy with a nominal composition of Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B (in at.%), termed TNM alloy, is investigated. Isothermal compression tests on cylindrical specimens are carried out on a Gleeble 3500 simulator in order to investigate the dynamic recrystallization processes in the three-phase field region (α/α2+b/b0+γ−phase field) of the TNM alloy. The deformed microstructure along with the dynamically recrystallized grain size during hot deformation is examined by scanning electron microscopy (SEM). Two phenomenological-type constitutive models are presented and compared to experimental flow stress data.ZusammenfassungIn der vorliegenden Arbeit wird das Hochtemperatur-Verformungsverhalten einer gegossenen und anschließend heiß-isostatisch gepressten (geHIPten) b-erstarrenden γ-TiAl Legierung, mit einer nominellen Zusammensetzung von Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B (in at.%), der sogenannten TNM-Legierung, untersucht. Isotherme Druckversuche an Zylinderproben erfolgen an einem Gleeble 3500 Simulator, um die dynamischen Rekristallisationsprozesse im drei-Phasengebiet (α/α2+b/b0+γ−Phasengebiet) der TNM-Legierung zu untersuchen. Die verformte Mikrostruktur wird zusammen mit der sich während der Warmumformung einstellenden dynamisch rekristallisierten Korngröße mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht. Zwei phänomenologische Konstitutivmodelle werden vorgestellt und mit den experimentell ermittelten Fließkurvendaten verglichen.

Pulvermetallurgie von intermetallischen Titanaluminiden

ZusammenfassungDie steigenden Anforderungen an Werkstoffe in Flugzeugtriebwerken und Verbrennungsmotoren führen zum Einsatz innovativer Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe mit geringer Dichte und hoher spezifischer Festigkeit bei hohen Temperaturen. Dieser Werkstoffklasse gehören auch intermetallische Titanaluminide an. Dieser Artikel beschreibt die pulvermetallurgische Herstellroute dieser Werkstoffklasse. Ausgehend von der Herstellung der Legierungspulver wird eine Reihe von pulverbasierten Verarbeitungsverfahren beschrieben.AbstractThe demand of advanced light-weight high-temperature materials with a low density and a good specific high-temperature strength for the application in advanced jet and combustion engines leads to the implementation of intermetallic titanium aluminides. The present paper describes the powder metallurgical processing route of this class of materials. Starting from powder production, a variety of powder-based production routes is presented.

Phase Transformations and Grain Growth in β-stabilized TiAl Alloys

Solid-state phase transformations and grain growth of an intermetallic γ-TiAl alloy were investigated in-situ using high-temperature laser scanning confocal microscopy (HTLSCM). During isothermal annealing in the single β-phase region, significant grain coarsening was observed. On cooling beneath the β-transus temperature with different rates, a CCT diagram was evaluated for the initiation of β to α phase transformation and changes in the morphology were observed.ZusammenfassungPhasenumwandlungen und Kornwachstum wurden in einer intermetallischen γ-TiAl Legierung in-situ unter Verwendung eines Hochtemperatur Konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops untersucht. Während isothermer Glühungen im β-Einphasenfeld trat erhebliches Kornwachstum auf. Bei Kühlung unter die β-transus Temperatur mit unterschiedlichen Abkühlraten wurde ein ZTU-Diagramm für die β/α-Phasenumwandlung aufgenommen und die Morphologie der gebildeten α-Phase wurde untersucht.

Gefüge und Eigenschaften einer mehrphasigen intermetallischen Titanaluminidlegierung für innovative Leichtbauanwendungen

ZusammenfassungNeue innovative Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe, die eine geringe Dichte und hohe spezifische Festigkeit aufweisen, kommen aufgrund von Effizienzsteigerung in der Turboladereinheit moderner Verbrennungsmotoren zum Einsatz. Die hier untersuchte intermetallische Titanaluminid-Legierung, die sogenannte TNMTM-Legierung, ist mehrphasig aufgebaut, bestehend aus Kolonien mit abwechselnden g-TiAl und a2-Ti3Al Lamellen, umrandet von einem Saum aus bo-TiAl-Phase. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die wichtigsten thermophysikalischen Eigenschaften der TNMTM-Legierung experimentell ermittelt und mit den Kennwerten anderer Werkstoffe verglichen. Des Weiteren wird das Gefüge nach einem Warmumformprozess sowie nach einem Kriechversuch beschrieben. Das Potential für eine Turboladeranwendung wird durch abschließende statische Zugversuche demonstriert.AbstractNew innovative high-temperature light-weight materials with low density and high specific strength are used in the turbocharger systems of modern combustion engines to achieve higher efficiency. The investigated multi-phase intermetallic titanium aluminide alloy, named TNMTM, consists of colonies with alternating g-TiAl and a2-Ti3Al lamellae, surrounded by bo-TiAl phase. In this paper the most important thermo-physical properties of a TNMTM alloy have been experimentally determined and compared with those of other materials. The microstructure after a hot-forming process as well as after a creep test is described. Finally, the potential for a turbocharger application is demonstrated by static tensile tests.