S. Mayer, D. Schimbäck, R. Wartbichler, D. Wimler, and H. Clemens

Materialographie intermetallischer Titanaluminide – die (additive) Fertigung macht den Unterschied

Metallography of Intermetallic Titanium Aluminides – the (Additive) Manufacturing Makes the Difference

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Global vernetzte Weltwirtschaft, Wohlstand und steigende Mobilität haben einen gravierenden Einfluss auf den Energieverbrauch und die Schädigung der Umwelt, wodurch ein ernsthafter sozialer und politischer Druck auf Klimaschutzfragen sowie eine nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen entsteht. In diesem Zusammenhang werden weltweit eine Vielzahl von Programmen auf politischer sowie wissenschaftlich / technischer Ebene initiiert, um Emissionen aus dem Luft- und Automobilverkehr zu reduzieren. Um diese Vorgaben zu erreichen, spielen, neben neuen und verbesserten Auslegungs- und Leichtbaukonzepten, die Entwicklung und der Einsatz innovativer Hochtemperaturleichtbauwerkstoffe und deren Verarbeitungstechnologien Schlüsselrollen. Intermetallische Titanaluminide haben aufgrund ihrer hohen spezifischen (Kriech-) Festigkeit und ihrer geringen Dichte ein besonders hohes Potential, welches bereits industriell genutzt wird. Während in den letzten Jahrzehnten vorrangig schmelzmetallurgische Prozesse zur Vormaterialherstellung entwickelt wurden, welches in weiterer Folge durch Feinguss bzw. Warmumformung zu Bauteilen verarbeitet wird, können durch die Einführung von pulverbasierten Fertigungsmethoden, wie z. B. der additiven Fertigung, unter Verfügbarkeit hochwertiger Legierungspulver, neue Wege der Werkstoffverarbeitung und Bauteilauslegung beschritten werden. Als Basis in dieser Arbeit dient die am Lehrstuhl für Metallkunde und metallische Werkstoffe entwickelte, prozessadaptierte TNM-Legierung der vierten Generation. Wegen ihrer Reaktivität kommen als Fertigungsverfahren Elektronenstrahl- und Laserschmelzverfahren sowie das Spark-Plasma-Sinterverfahren zum Einsatz. Des Weiteren werden an die Herstellung der Pulver größte Anforderungen gestellt, speziell was deren Reinheit betrifft. Die chemische Zusammensetzung der Projektlegierung wird so ausgelegt bzw. optimiert, dass sie gegenüber der Charakteristik der unterschiedlichen Fertigungsverfahren bzw. deren physikalischen Gegebenheiten „robust“ ist. Die Ausgangspulver sowie die gefertigten Proben werden einer umfangreichen Charakterisierung unterzogen, was sowohl mikrostrukturelle Untersuchungen auf mehreren Längenskalen als auch die Prüfung der mechanischen Eigenschaften betrifft. Um die mechanischen Eigenschaften für den Einsatz bei hohen Temperaturen zu optimieren, ist es darüber hinaus ein wichtiges Ziel, geeignete Wärmebehandlungen zu entwickeln. Die Arbeit soll zeigen, wie man mit Hilfe der konventionellen und hochauflösenden Metallographie innovative Legierungen mit neuen Herstelltechnologien kombinieren kann.

Bibliographie
S. Mayer, D. Schimbäck, R. Wartbichler, D. Wimler, and H. Clemens (2019). Metallography of Intermetallic Titanium Aluminides – the (Additive) Manufacturing Makes the Difference. Practical Metallography: Vol. 56, No. 9, pp. 567-584.
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ISSN 0032-678X