TiAl-basierte Halbzeuge durch Wärmebehandlung feinlaminarer Ti/Al-Kompositbleche

• Antragsteller: Professor Dr. Werner Skrotzki
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321924573

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ein feinlamellarer Verbundwerkstoff aus hochreinem Titan und technisch reinem Aluminium konnte mittels 8 Zyklen ARB hergestellt werden. Es wurde durch eine zweistufige, den Herstellungsprozess anschließende Wärmebehandlung in ein Blech bestehend aus Titanaluminiden umgewandelt. Die während der Verbundwerkstoffherstellung eingebrachten Ti-Al Grenzflächen wirken sich positiv auf die Umwandlung in die Titanaluminide aus. Die Herstellung solcher Bleche auf konventionellem Wege ist mit erhöhtem technischem Aufwand verbunden. Die im Verlauf des Projektes erzielten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: 1) Während der Wärmebehandlung bei 600°C für 12 h ist Al vollständig umgesetzt. TiAl3 ist die dominierende Phase in der ursprünglichen Ti/Al Phasengrenze. Die zusätzlich während der Ti-Al Phasenreaktion gebildeten Poren können mit dem Kirkendall-Effekt und unterschiedlichen molaren Volumen der Reaktionsausgangs- und Endprodukte erklärt werden. Mithilfe des einachsigen Drucks (≥5 MPa) während der Wärmebehandlung lassen sich größere Poren schließen. Die Porosität sinkt von 12 Vol.% auf 1 Vol.%. 2) Die Hochtemperaturwärmebehandlung ohne Druck bei 1100°C, 1200°C und 1300°C führt zur Vergröberung der Poren und Erhöhung der Porosität auf 3,8 Vol.%. 1100°C reichen nicht aus, um restliches TiAl2 umzusetzen und eine homogene Mikrostruktur zu erreichen. Während der Wärmebehandlung bei 1200°C und 1300°C bildet sich ein Duplex-Gefüge aus mit etwas erhöhter Porosität. Die Glühversuche bei 1200°C mit einachsigem Druck (≈100 MPa) erlauben die Porenreduktion auf etwa 0,4 Vol.% sowohl in flachen als auch in Proben mit Profil zu reduzieren. 3) Trotz Einschweißen der Proben in den Quarzglasampullen ist die Oxidation während der 1200°C und 1300°C Hochtemperaturwärmebehandlung erhöht, daher ist eine Verbesserung des Oxidationsschutzes notwendig. 4) Das gezeigte ARB- und Wärmebehandlungsverfahren ist geeignet für die Herstellung von endkonturnahen intermetallischen Titanaluminid-Halbzeugen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• TiAl-based semi-finished material produced by reaction annealing of Ti/Al layered composite sheets. Materials Today Communications, Vol. 30. 2022, 103083.
  A. Pukenas, P. Chekhonin, J. J. Scharnweber, R. Chulist, C.-G. Oertel, J. Freudenberger, W. Skrotzki