Auslegung, Bau und Erprobung von #gamma#-TiAl Hohlschaufeln. Teilprojekt: Einsatzorientierte Werkstoffdatenentwicklung fuer #gamma#-TiAl Hohlschaufeln

This technical report is simultaneous the final report of the subproject 'Development of specific materials data for TiAl hollow blades for aeroengines' of the BMBF funded project 'Design, construction and testing of #gamma#-TiAl hollow turbine blades'. Within the project (duration: 01.07.1995-31.12.1998) the #gamma#-TAB TiAl semi-products (sheets and bulk material), produced by a powder metallurgical route, has been mechanically characterized with respect to operation conditions in aeroengine turbines. In detail the most relevant properties have been fatigue (low cycle and high cycle fatigue) at room temperature and 700 C; yield strength, ultimate tensile strength and ductility at RT and 700 C; creep at 700 C. Furthermore, investigations has been performed to develop a microstructural design criteria for heat treatments in order to determine a microstructure with optimized balance of the relevant mechanical properties. It turned out that fine grained, fully lamellar #gamma#-TiAl fulfills the requirements at best. Additionally, this microstructure type shows favourable fracture toughness properties compared to other microstructures, which has been approved through impact damage investigations. Besides the investigation of the influence on mechanical properties of extrinsic implemented defects the intrinsic defects, which have their origin in the powder metallurgical process (argonizing, HIP, rolling, heat-treatment, SPF, welding), have been characterized by metallographical methods in detail. Critical defects have been found from 50 #mu#m in diameter upwards for fine grained, globular microstructures and 100 #mu#m upwards for fully lamellar materials. Additionally, the mechanical properties of flat specimens out of super plastic formed (SPF) sheets and lasers beam welded TiAl materials have been characterized at RT and 700 C. It turned out that the decrease of the strength and fatigue properties of the SPF- and welded sheets were about 20-30% compared to the original material, although pores with sizes up to 200 #mu#m have been found in the critical region of the specimen. In general the investigations confirmed that #gamma#-TAB TiAl semi-products are suitable for the construction of TiAl hollow blades, whereas the optimized microstructure should be fine grained, fully lamellar. The accompanying heat treatment has been determined in first approximation as annealing at 1400 C for 1 h with subsequent fast cooling in air. (orig.)Der vorliegende technische Bericht gleichzeitig Abschlussbericht des Teilprojektes 'Einsatzorientierte Werkstoffdatenentwicklung fuer TiAl-Hohlschaufeln' des vom BMBF gefoerderten Verbundprojektes 'Auslegung, Bau und Erprobung von #gamma#-TiAl Hohlschaufeln'. Im Rahmen des Vorhabens (Laufzeit: 01.07.1995-31.12.1998) wurden an TiAl-Halbzeugen der #gamma#-TAB Legierung (Blech- und Vollmaterialform), welches auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt wurde, die einsatzrelevanten Materialeigenschaften charakterisiert. Dazu gehoerten: Ermuedung (LCF und HCF) bei RT und 700 C; Streckgrenze, Zugfestigkeit und Duktilitaet bei RT und 700 C; Kriechen bei 700 C. Weiterhin wurden Untersuchungen zum mikrostrukturellen Design durchgefuehrt, um durch eine bestimmte Gefuegeeinstellung eine optimale Balance der verschiedenen mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Es zeigte sich, dass feinkoernig, vollamellares TiAl die Anforderungen an den Werkstoff am besten erfuellt. Darueber hinaus erzeugt diese Mikrostruktur vergleichsweise guenstige Bruchzaehigkeitswerte, welches sich durch Impact-Damage-Untersuchungen bestaetigte. Neben den kontrolliert eingebrachten Defekten wurden auch intrinsische Defekte, die waehrend des Herstellungsprozesses (Verduesung, HIP, Walzen, Waermbehandlung, SPF, Schweissen) eingebracht wurden, untersucht. Vor allem der Einfluss auf die Langzeitermuedungseigenschaften stand im Vordergrund und zeigte einen kritischen Defekteinfluss erst ab 50 #mu#m Durchmessern bei feinkoernig, globularen Gefuegen und ab etwa 100 #mu#m bei vollamellaren Gefuegezustaenden. Sowohl an SPF-umgeformten als auch an laserstrahlgeschweissten Flachproben wurden Ermuedungs- und Festigkeitsuntersuchungen durchgefuehrt. Diese modifizierten Proben zeigten dabei einen unkritischen Abfall der Emuedungsfestigkeiten, trotz entstandener Poren im Probeninnern. Insgesamt werden TiAl-Halbzeuge aus der #gamma#-TAB Legierung fuer den Bau einer TiAl-Hohlschaufel als geeignet bewertet, wobei das optimale Gefuege ein feinkoernig, vollamellares Gefuege ist. Die notwendige Waermebehandlung besteht aus einer 1h-Gluehung bei 1400 C und anschliessender Schnellabkuehlung an Luft. (orig.)Available from TIB Hannover: F00B487+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung (BMBF), Bonn (Germany)DEGerman