Schlussbericht - Dechema Forschungsinstitut

Während Aluminium und Molybdän das Erstarrungsintervall nur geringfügig beeinflussen
(ΔT = 13..15 K), haben Eisen und Kupfer einen großen Einfluss darauf. Die fortschreitende
Segregation von Eisen und Kupfer in der Schmelze führt zu einer kontinuierlichen
Absenkung der Liquidustemperatur der Restschmelze. Die Zugabe von 2% Eisen führt zu
einer Vergrößerung des Erstarrungsintervalls auf ΔT = 433 K, während die Kombination von
2% Eisen und 0,5% Kupfer zu ΔT = 703 K führt. Diese Werte sind relativ groß und resultieren
in der Seigerung von bis zu 20% Eisen in der Restschmelze. Es wurden mit EDX-
Messungen und EPMA-Mappings jedoch keine derart starken Schwankungen in den
Gehalten der Legierungselemente gemessen, weil offensichtlich Festkörperdiffusion
stattgefunden hat.
Ausgehend von diesen Simulationen wurden Gussexperimente zur Einschätzung der
Heißrissneigung verschiedener Titanlegierungen auf Basis von Ti-FM durchgeführt. Diese
sind in Kapitel 4.3.2 erläutert.
Des Weiteren wurde nach Alternativen für den Einsatz von Eisen und Kupfer gesucht.
Nach einer Recherche wurden Mangan und Chrom für alternative Versuchslegierungen
ausgewählt. Die Kriterien für die Auswahl und die Mikrostrukturen der Mn- und Cr-haltigen
Legierungen werden in Kapitel 4.3.3 beschrieben.
Neben der Heißrissbildung kommt eine zweite Ursache für die Rissbildung in Frage. Im
Rahmen der Synchrotronuntersuchungen stellte sich heraus, dass die Partikel in den
Legierungen Ti-FM und Ti-FMS nicht ausschließlich aus Lanthan bestehen. Dies wurde mit
EDX- und EPMA-Messungen bestätigt (siehe Abbildung 70). Durch die Anwesenheit von
Kupfer und Aluminium in den Partikeln kommt es zur Bildung intermetallischer Phasen in den
Partikeln. Es wurden an den Partikeln in allen kupferhaltigen Legierungen schon im
Gusszustand kleine Anrisse gefunden, die bei der dynamischen Umformung größer wurden.
Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen metallischem
Lanthan, Titan und den intermetallischen Phasen kommt es im Zuge der Schrumpfung nach
dem Guss zu Spannungen an den Partikeln und zur Anrissbildung. Mikrostrukturbilder der
Anrisse sind in Kapitel 4.3.4 dargestellt.
4.3.2. Untersuchung der Heißrissneigung
Die Heißrissneigung wurde für folgende Legierungen untersucht:
- Ti 6Al 4V 0,9La
- Ti 6Al 2Fe 1Mo 0,9La
- Ti 6Al 2Fe 1Mo 0,5Cu
- Ti 6Al 2Fe 1Mo 0,9La 0,5Cu (Ti-FM)
- Ti 6Al 1Fe 2Mo 0,9La 0,5Cu
- Ti 6Al 1Mo 0,9La 0,5Cu
Von jeder Legierung wurden sechs Stangen hergestellt, davon jeweils drei Stangen mit
10 mm Durchmesser und drei Stangen mit 12 mm Durchmesser. Die Legierung
Ti 6Al 4V 0,9La wurde als Referenzlegierung ausgewählt, da für diese Legierung bekannt
41