Mikrostrukturelle Entwicklung von EBM-gefertigtem Gamma Titanaluminide (TNM-B1)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406109547

Das Forschungsinteresse an generativen Fertigungsprozessen hat über das letzte Jahrzehnt deutlich zugenommen. Die maßgeschneiderte Fertigung von Einzelteilen ist für ein breites Anwendungsspektrum interessant. Wichtige Industriezweige sind u.a. die Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik. Pulverbettbasierte Methoden, wie das Elektronenstrahlschmelzen (EBM), bei denen ein Bauteil durch Aufschmelzung einzelner übereinander geschichteter Pulverlagen aufgebaut wird, ermöglichen durch hohe Prozesstemperaturen und die prozessimmanente langsame Abkühlung die Bauteilfertigung aus schwer zu verarbeitenden Werkstoffen. Titanaluminide, Werkstoffe die aufgrund geringer Dichte und ausgezeichneten Hochtemperatur-eigenschaften großes Potential für Werkstoffsubstitutionen erwarten lassen, zeigen bei Temperaturen oberhalb von 700°C einen Spröd-Duktil Übergang. Dadurch ist die Herstellung von Komponenten z.B. über den Gußprozess oder das generative Fertigen mittels Selektiv Laser Melting (SLM) anfällig für thermisch induzierte Risse. Der EBM-Prozess könnte hier eine Alternative bieten, um komplexe Bauteile endkonturnah zu fertigen. In diesem Projekt soll die Fertigung von TNM-B1 – eine weiterentwickelte TNM-Legierung – entlang einer üblichen EBM-Fertigungsroute untersucht werden. TNM-Legierungen sind Titanaluminde, die hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit über eine verringerte Seigerungsneigung und Texturbildung gegenüber herkömmlichen gamma-Titanaluminiden verbessert wurden. Für diese Legierungen ist die Mikrostruktur, die über eine Wärmebehandlung eingestellt wird, von signifikanter Bedeutung für die Bauteileigenschaften. Der Fokus der Untersuchungen liegt hierbei auf der entstehenden Mikrostruktur infolge der EBM-Fertigung sowie der Wärmebehandlung. Eine mögliche Abdampfung von Elementen während des EBM-Prozesses könnte die Zusammensetzung der Bauteile verändern und in Kombination mit einer von der üblichen schmelzmetallurgischen Route abweichenden Mikrostruktur das nach der Wärmebehandlung entstehende Gefüge signifikant beeinflussen. Kritisch ist hierbei vor allem die Abdampfung von Aluminium, da diese mit der Erhöhung des Gehaltes einer spröden alpha2-TiAl-Phase verbunden ist. Durch das Abschrecken nach dem Lösungsglühen ist die Entstehung thermisch induzierte Risse als folge hoher Eigenspannungen gegeben. Aus diesem Grund soll neben der ausführlichen Untersuchung der mikrostrukturellen Entwicklung während der EBM-Prozessroute der entstehende Eigenspannungszustand sowie dessen Stabilität tiefenaufgelöst und in situ untersucht werden. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen wird auf die Wärmebehandlung gelegt.Die beschriebenen Untersuchungen sollen der Beurteilung des EBM-Prozesses als Prozess für die Fertigung von Bauteilen aus TNM-B1 bzw. TNM-Legierungen dienen sowie die Bewertung von kritischen und relevante Prozessschritten bzw. Prozessparametern entlang einer herkömmlichen EBM-Prozessroute ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen