Schlussbericht - Dechema Forschungsinstitut

4.4.6. Legierungsvarianten mit dem seltenen Erdmetall Neodymium
In Kapitel 4.4.3. wurde bereits erwähnt, dass die Schmelztemperatur von Lanthan
unterhalb der Glüh- und Umformtemperatur beim Rundkneten liegt und es durch die
Ausdehnung großer Lanthanpartikel beim Wechsel des Aggregatzustandes zu Rissen an
den Partikeln kommen kann. Dieser Effekt wurde bisher in größerem Maße nur bei den
Legierungen beobachtet, die Kupfer und Lanthan enthalten.
Das Aufschmelzen bei Temperaturen um 1000°C wird beim Zerspanen ausgenutzt.
Durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Titan kommt es beim Zerspanen lokal zu sehr
hohen Temperaturen, die bewirken, dass Lanthan aufschmilzt und so die Adhäsion zwischen
den einzelnen Segmentspänen herabsetzt. Das Ergebnis sind die gewünschten
kurzbrechenden Späne. Im Rahmen des Projektes wurde untersucht, ob das seltene
Erdmetall Neodymium als Ersatz für Lanthan verwendet werden kann. Neodymium besitzt
mit 1024°C einen etwa 100K höheren Schmelzpunkt als Lanthan. Der Übergang fest-flüssig
liegt im Bereich der Umformtemperatur. Eine Anpassung der verwendeten Temperaturen
muss also in Betracht gezogen werden.
In einem ersten Schritt wurde untersucht, ob die gute Zerspanbarkeit auch mit
Neodymium gegeben ist und welche Mengen benötigt werden. Es wurden Legierungen auf
Basis Ti 6Al 4V mit unterschiedlichem Anteil an Neodymium hergestellt und die
Zerspanbarkeit sowie das Ausscheidungsverhalten von Neodymium untersucht. Auf die
Ergebnisse der Zerspanversuche wird in Kapitel 4.5.3. eingegangen.
Es wurden Legierungen mit 0,5%, 0,9%, 1,5% und 2% Neodymium (Angaben in
Gewichtsprozent) hergestellt und das Gefüge untersucht. Die Partikel sind durchgehend
homogen im Gefüge verteilt. Dabei befinden sich in der Matrix sehr kleine (< 1 µm) fein
verteilte Partikel und auf den Korngrenzen größere Partikel (mittlere Partikelgröße bei
Ti 6Al 4V 0,9Nd liegt bei 1,5 µm). Die mittlere Partikelgröße nimmt mit steigendem Anteil an
Neodymium nur geringfügig zu, allerdings gibt es einzelne sehr große Partikel.
Abbildung 45: Gefüge der Legierungen Ti 6Al 4V 0,5Nd (links) und Ti 6Al 4V 0,9Nd (rechts) im
Gusszustand. Die kleinen dunklen Punkte im Gefüge sind fein verteilte Neodymiumpartikel.
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