Schlussbericht - Dechema Forschungsinstitut

4. Ergebnisse und Auswertung
4.1. Legierungsentwicklung und Analyse verschiedener Ti-Al-Fe-Mo-Cu-La-
Legierungen
Zu Beginn der Legierungsentwicklung stand der Austausch des relativ teuren
Legierungselementes Vanadium durch Eisen und Molybdän. Molybdän, welches einen
ähnlichen Rohstoffpreis wie Vanadium hat, wird in Verbindung mit Eisen (ca. 0,40 €/kg) in
geringerer Menge eingesetzt [43, 44]. Die Elemente Eisen und Molybdän haben laut
Molybdänäquivalent [10] einen stärker β-stabilisierenden Charakter, weshalb insgesamt
weniger als 4% β-Stabilisatoren eingesetzt werden müssen. Die beiden Elemente können
auch als Ferromolybdän mit einem Gehalt von 60-70% Molybdän (ca. 29€/kg) eingesetzt
werden. Diese Vorlegierung ist für die Stahlherstellung gebräuchlich und die Homogenität
der hier erzeugten Legierungen können verbessert werden, da das hochschmelzende
Molybdän nicht elementar, sondern mittels einer Vorlegierung zum Titan zugefügt wird. Es
kommt demnach nicht zur Bildung von sogenannten High Density Inclusions (HDI).
Für die während der Projektlaufzeit hergestellten Legierungen wurde kein Ferromolybdän
verwendet. Die Elemente wurden einzeln zugegeben, da zu viele unterschiedliche
Zusammensetzungen getestet wurden.
Zunächst wurden folgende Legierungsvarianten untersucht:
- Ti 6Al 1Fe 1Mo
- Ti 6Al 2Fe 1Mo
- Ti 6Al 1Fe 2Mo
- Ti 6Al 2Fe 2Mo
Die β-Transus-Temperaturen dieser Legierungen wurden experimentell und mittels
ThermoCalc ® -Simulationen bestimmt. Die Ergebnisse der Simulationen der β-Phasenanteile
im Temperaturbereich von 650°C bis 1050°C (siehe Abbildung 7) zeigen, dass die
Umwandlung bei allen 4 Versuchslegierungen im Vergleich zur Standardlegierung Ti 6Al 4V
bei höheren Temperaturen beginnt. Der β-Phasenanteil sinkt jedoch weniger schnell ab, was
eine Umformung im α+β-Phasengebiet erleichtern würde und einen höheren Anteil an β-
Phase bei Raumtemperatur ergibt.
Die sich ergebenden β-Transus-Temperaturen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Vergleicht
man die Temperaturen, die sich bei DSC-Messungen ergeben mit Werten aus der
Simulation, so fällt auf, dass die absoluten Werte zwischen 5 K und 37 K voneinander
abweichen. Es ist davon auszugehen, dass die Simulationen die reale Situation nur
annähernd erfasst. Weiterhin wurde bei der Simulation ein Sauerstoffanteil von 0,2 % in den
Legierungen angenommen. Diese eher konservative Annahme (laut Hersteller [45] max.
Sauerstoffgehalt in Titan Grad 2: 0,14 %) führt zu einer Erhöhung der β-Transus-
Temperatur, da Sauerstoff die α-Phase stabilisiert. Fehler, die durch die Auswertung der
DSC-Ergebnisse entstehen, bewegen sich im Bereich von ±3 K.
Die Reihenfolge der β-Transus-Temperaturen in Abhängigkeit der Zusammensetzung der
Legierungen ist für beide Methoden jedoch gleich. In beiden Fällen ergibt sich, dass durch
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