Schlussbericht - Dechema Forschungsinstitut

5. Zusammenfassung
5.1. „Allgemein“
Legierungsentwicklung, Gefüge und mechanische Kennwerte
Die Legierung Ti 6Al 4V 0,9La enthält 4 Gew.-% des relativ teuren Legierungselements
Vanadium. Dieses sollte durch eine geeignete Kombination anderer β-stabilisierender
Elemente substituiert werden, um die Kosten der Legierung zu verringern. Angestrebt wurde
der Einsatz von Ferro-Legierungen, die im großen Maße bei der Stahlherstellung verwendet
werden und daher günstiger sind als technisch reine Elemente wie zum Beispiel Molybdän.
Simulationen mit ThermoCalc ® , Gefügeuntersuchungen und mechanische Untersuchungen
führten iterativ zu den Legierungen Ti-FM (Ti 6Al 2Fe 1Mo 0,9La 0,5Cu) und Ti-FMS
(Ti 6Al 2Fe 1Mo 0,9La 0,5Cu 0,3Si). Eisen und Molybdän sollte dabei Vanadium ersetzen,
Lanthan die Spanbarkeit verbessern, Kupfer die Duktilität erhöhen und Silizium die
Gießbarkeit verbessern. Erste Untersuchungen an den Legierungen waren vielversprechend.
Die Partikel waren homogen im Gefüge verteilt und beim Zerspanen bildeten sich die
gewünschten kurzbrechenden Segmentspäne. EDX-, EPMA- und Synchrotron-
untersuchungen der Partikel ergaben eine Kombination von Aluminium, Kupfer und Lanthan,
die genaue Zusammensetzung der intermetallischen Phase konnte nicht ermittelt werden.
Schwächen der Legierung offenbarten sich beim Rundkneten. Die meisten der Ti-FM Proben
brachen bereits beim Umformen, die restlichen waren von Rissen durchzogen, die eine
Zugprobenfertigung nahezu unmöglich machten. Die wenigen hergestellten Zugproben
brachen bereits bei der Feindehnungsmessung. Die Legierung Ti-FMS ließ sich etwas
besser umformen, aber auch bei diesen Proben kam es zur Ausbildung von Rissen, die eine
Zugprobenfertigung behinderten bzw. zu einem vorzeitigen Versagen im Zugversuch geführt
haben. Eine Anpassung der Wärmebehandlung brachte nur eine geringfügige Verbesserung.
Nur drei der hergestellten Stangen konnten vollständig im Zugversuch getestet werden. Die
Bruchdehnung lag bei maximal 2,2 Prozent.
Der Versagensmechanismus wurde eingehend untersucht. Vermutet wurde, dass es
durch Heißrisse und Lunker zu einer Vorschädigung des Stangenmaterials kommt, die beim
Rundkneten zur Ausbildung von Rissnetzwerken führt. ThermoCalc ® Simulationen mit dem
Scheil-Modul haben gezeigt, dass Eisen, Kupfer und Silizium das Erstarrungsintervall in
Abhängigkeit von der Menge vergrößern. Es wurden verschiedene Legierungen hergestellt
(Kapitel 4.3.2.) und das Gießverhalten untersucht. Die Heißrissneigung war bei den
Legierungen mit Kupfer und Lanthan am größten. Bei diesen Legierungen wurden außerdem
nach der ersten Wärmebehandlung kleine Anrisse an den Partikeln gefunden. Es zeigte sich
außerdem, dass mit steigendem Eisengehalt weniger Proben Risse an der Oberfläche
aufwiesen.
Das Legierungselement Eisen sorgt für eine homogene Verteilung der Partikel.
Außerdem besitzt es einen starken Einfluss auf das Erstarrungsintervall. Deswegen wurde
nach alternativen Elementen gesucht, die i) eine homogene Verteilung der Partikel bewirken,
ii) nur einen geringen Einfluss auf das Schmelzintervall haben, iii) kostengünstig sind und iv)