Elektronenstrahlfügen von Titan-Aluminiden mit hohem Niob-Anteil
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für die Weiterentwicklung moderner Flugzeugtriebwerke und Verbrennungsmotoren bestehen sehr anspruchsvolle Zielsetzungen hinsichtlich Wirkungsgradverbesserung und Verminderung von Schadstoffemissionen. Intermetallische Titanaluminid-Legierungen (TiAl) weisen attraktive Eigenschaften auf, wie hohen Schmelzpunkt, geringe Dichte, hohen spezifischen Elastizitätsmodul sowie gutes Kriech- und Oxidationsverhalten im Temperaturbereich von 600 bis 750° C. Sie besitzen das Potenzial, in einigen Anwendungsbereichen die doppelt so schweren Nickelbasislegierungen zu verdrängen. In diesem Forschungsprojekt wurde die TiAl-Legierung TNB-V5 mit dem Elektronenstrahl rissfrei geschweißt und gelötet. Dies stellt einen wesentlichen Fortschritt dar. Die benötigte geringe Abkühlrate kann durch langsames Schweißen und einer Probenvorwärmung erzeugt werden. Die Festigkeit der Schweißverbindungen liegt in der Größenordnung des Grundwerkstoffs. Die Hochtemperaturfestigkeit ist gegeben. Fügeverbindungen von Titanaluminid mit Vergütungsstahl und Nickel wurden mit unterschiedlichen Loten hergestellt und untersucht. Die Festigkeit der Lotverbindungen ist in Abhängigkeit der Fügepartner, Lotwerkstoffe und Prozessbedingungen gut. In makroskopischen, mikroskopischen und technologisch-mechanischen Untersuchungen wurden mit dem Lichtmikroskop, Rasterelektronenmikroskop, Energiedispersive Röntgenspektroskopie, Röntgenstrahlbeugungsanalysen (EBSD-Analysen), Eigenspannungsmessung und Zugversuche die Schweiß- und Lötnähte qualifiziert. Zum Erreichen der Anwendungsreife sind weitere Arbeiten auf dem Gebiet der Fügetechnik von Titanaluminiden notwendig. In den letzten Jahren wurden TiAl-Legierung weiterentwickelt (z.B. die Molybdän legierte TNMTM Legierung), welche bisher nicht schweißtechnisch untersucht wurden. Außerdem sollten unterschiedliche Schweißverfahren wie Elektronenstrahl, Laser und Reibschweißen für TiAl qualifiziert werden. Ziele sollten hier neben den erzielbaren mechanisch-technologischen Werten vor allem Methoden zur Minimierung von Eigenspannungen und zur Reduzierung von Kerbwirkung sein. Ein weiterer Forschungsfokus sollte auf dem Fügen von Titanaluminid an Stahl und Nickel gerichtet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 17.11.2009: 1st International Electron Beam Welding Conference in Chicago: “Electron Beam Welding of Titanium Aluminides”
U. Reisgen, S. Olschok, J. Holk
- 23.09.2009: 6th Beam Technologies & Laser Application in St. Petersburg: “Electron Beam Welding of Special Materials”
U. Reisgen, S. Olschok, J. Holk, B. Balashov
- “Electron beam welding of titanium aluminides” Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2009, 40, No. 11, S. 820-823
U. Reisgen, S. Olschok, J.Holk
- “Electron beam welding of titanium aluminides – Influence of the welding parameters on the weld seam and microstructure” Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2010, 41, No. 11, S. 897-907
U. Reisgen, S. Olschok, A. Backhaus
- „Elektronenstrahlschweißen und -löten von Titanaluminiden mit hohem Niobanteil“ 8. Internationale Konferenz Strahltechnik, GSI SLV Proceedings, 2010, pp. 22ff
U. Reisgen, S. Olschok, J. Holk, A. Backhaus
- “Microstructure Analysis of Electron-Beam Brazed γ-Titanium Aluminide” Mat. Science Forum, 2011, Vol. 690, S. 153-156
U. Reisgen, S. Olschok, A. Backhaus
