Mechanische Eigenschaften und Oxidationsverhalten von TiAl-Basislegierungen

For this thesis, TiAl-base alloys have been prepared and analysed which have been subsequently compared with commercial titanium-base alloys for their mechanical properties and oxidation behaviour. A binary base alloy comprising the two intrinsically brittle phases up to about 700 C has been prepared by a melt-metallurgical process including alloying admixtures of 1 at% of chromium and 0.2 at% of silicon. This alloy has been examined in a tensile test, showing plastic elongation to fracture of #epsilon#_B #approx# 3% at a temperature of 25 C, with fracture toughness data K_I_C (at 25 C - 500 C) of #>=# 30 MPa/m. The alloy's flow stress strength has been measured to be constant up to 800 C and is R_p_0_._2 #approx# 370 MPa. This property together with an approximately 15% lower density of the alloy at temperatures between 600 C and 800 C make it a material offering higher specific strength than the hitherto available titanium-base alloys. These optimized mechanical properties are attributed to the microstructure of the cast structure. For the intended application temperature of 800 C, the area-specific mass increase and the adhesion of the covering layer (TiO_2, TiO_2xAl_2O_3, Al_2O_3) building up have been found to be insufficient. Admixing niobium as an alloying element to a minimum concentration of about 1 at% decisively improves the oxidation properties, due to a lower number of vacancies in the anion sublattice of the rutile and mixed oxides of TiO_2 and Al_2O_3 being formed. Thus there is no need to subsequently deposit a protective coating at additional expense. (orig./RHM)Im Rahmen dieser Arbeit wurden TiAl-Basislegierungen entwickelt, die dann mit ihren Eigenschaften und Oxidationsbestaendigkeiten mit kommerziellen Titanbasislegierungen verglichen wurden. Eine binaere Basislegierung, bestehend aus den beiden bis ca. 700 C intrinsich sproeden Phasen, wurde durch Zulegieren mit 1 at% Chrom und 0,2 at% Silizium schmelzmetallurgisch hergestellt. Sie weist bei 25 C im Zugversuch plastische Bruchdehnungen von #epsilon#_B #approx# 3 % und Bruchzaehigkeiten K_I_C (25 C - 500 C) #>=# 30 MPa #sq root#m auf. Die Fliessspannung ist mit R_p_0_,_2 #approx# 370 MPa bis 800 C konstant und ermoeglicht mit der um ca. 15% geringeren Dichte im Temperaturbereich 600 C -800 C hoehere spezifische Festigkeiten gegenueber den bisher eingesetzten Titanbasislegierungen. Diese optimierten mechanischen Eigenschaften wurden auf die Struktur des Gussgefueges zurueckgefuehrt. Bei der angestrebten Einsatztemperatur (800 C) ist die flaechenbezogene Massenzunahme als auch die Haftung der aufwachsenden Deckschicht (TiO_2, TiO_2xAl_2O_3, Al_2O_3) unzureichend. Das Legierungselement Niob verbessert in einer Mindestkonzentration von ca. 1 at% durch eine erniedrigte Anzahl von Leerstellen im Anionenteilgitter des Rutils und Mischoxide mit TiO_2 und Al_2O_3 entscheident die Oxidationseigenschaften. Damit wird ein nachtraegilches Aufbringen teuerer Schutzschichten vermieden. (orig./RHM)Available from TIB Hannover: DW 9232 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman