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Mikrostruktur- und Phasenanalyse einer additiv gefertigten intermetallischen TiAl Legierung mittels metallographischer Methoden und hochenergetischer Röntgenstrahlung

Sunday (01.01.2040)
00:00 - 13:21 Uhr Halle 2

Die hohe spezifische Festigkeit sowie die gute Oxidations- und Kriechbeständigkeit machen γ-TiAl basierte Titanaluminid-Legierungen zu einem innovativen Leichtbaustrukturwerkstoff für Hochtemperaturanwendungen bis 800 °C. Im Vergleich zu anderen Hochtemperaturlegierungen zeichnen sich Titanaluminide durch eine geringe Dichte von etwa 4 g⋅cm-3 aus und sind somit insbesondere für Bauteile in der Luftfahrt eine gewichtsparende Alternative zu konventionellen Ni-Basislegierungen. Für die Herstellung solcher Bauteile bietet die additive Fertigung, und mit ihr das Elektronenstrahlschmelzen, ein erhöhtes Leichtbaupotential, ein großes Maß an Designfreiheit sowie die Möglichkeit zur Funktionsintegration und erlaubt zudem einen nahezu porenfreien, schichtweisen Aufbau von Bauteilen komplexer Geometrie aus einem Pulverbett. Während der additiven Fertigung einer TiAl Legierung mittels Elektronenstrahlschmelzen entsteht im Werkstoff eine zeilige und anisotrope Mikrostruktur. Da die mechanischen Eigenschaften dieser innovativen Werkstoffgruppe stark von den Fraktionen, der Verteilung und der Beschaffenheit der vorliegenden Phasen abhängig sind, ist eine umfangreiche Charakterisierung der vorliegenden Phasenmorphologie in mittels Elektronenstrahl erschmolzenen Titanaluminiden unverzichtbar. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine mittels Elektronenstrahlschmelzen gefertigte TiAl Legierung der so genannten zweiten Generation mit Hilfe von Licht- und Rasterelektronenmikroskopie hinsichtlich Morphologie und Phasenverteilung untersucht und das Gefüge durch unterschiedlich orientierte Anschliffe zur Bauorientierung des Fertigungsprozesses in Form von dreidimensionalen Gefügewürfel dargestellt. In weiterer Folge wurde, ergänzend zu den angewandten Methoden der klassischen Metallographie, eine positionsabhängige, quantitative Phasenanalyse mittels hochenergetischer Röntgenstrahlung durchgeführt. Die vorliegenden Phasenfraktionen für die TiAl und Ti3Al Phase konnten als Funktion der Bauhöhe quantifiziert werden und es konnte bewiesen werden, dass die inhomogene Verteilung der Gefügebestandteile trotz der Herstellung als Schichtsystem ein dreidimensionales Phänomen darstellt. Abschließend werden die Ergebnisse der Röntgenbeugungsexperimente mit den Erkenntnissen der Mikrostrukturanalyse korreliert.

Sprecher/Referent:
Weitere Autoren/Referenten:
  • Malina Jop
    Montanuniversität Leoben
  • Reinhold Wartbichler
    Montanuniversität Leoben
  • Prof. Dr. Svea Mayer
    Montanuniversität Leoben
  • Dr. Emad Maawad
    Helmholtz-Zentrum Geesthacht
  • Dr. Peter Staron
    Helmholtz-Zentrum Geesthacht