20 Prakt. Met. Sonderband 47 (2015)
2 Legierungskonzept
Um eine Titanaluminid-Legierung zu entwickeln, die bei hohen Temperaturen (> 1000°C) nicht nur
unter isothermen Bedingungen umformbar, sondern auch mittels konventioneller Verfahren
verarbeitbar ist und bei Einsatztemperaturen im Bereich von 600 - 800°C ausgewogene
mechanische Eigenschaften aufweist, wurden mit europäischen Partnern im Rahmen eines
langfristigen Projektes grundlegende Untersuchungen zu intermetallischen Titanaluminid-
Legierungen durchgeführt [7, 12,13]. Das Ergebnis war eine Legierung, die eine sehr gute
Verarbeitbarkeit zeigt sowie ausgewogene mechanische Eigenschaften aufweist, die durch eine
geeignete Wärmebehandlung eingestellt werden können. Auf Grund der Legierungsbestandteile
wird dieser Legierungstyp als TNM-Legierung bezeichnet, wobei T für TiAl, N fiir Nb und M für
Mo steht. Die Zusammensetzung dieser Legierungsfamilie kann wie folgt zusammengefasst
werden: Ti-(42-44)at%Al-(3-5)at%Nb-(0.1-2)at%Mo-(0.1-1)at%B. Über die Wirkung der
gewählten Legierungselemente bezüglich Erstarrungsverhalten, Gefügefeinung und mechanischer
Eigenschaften wird in den beiden Übersichtsartikel der Autoren [7,9] sowie im Fachbuch von F.
Appel et al. [6] eingegangen, welches dem Leser einen umfassenden Einblick in die y-TiAI-
Basislegierungen vermittelt.
Im Folgenden wird das grundlegende Konzept der TNM-Legierung und auszugsweise die dabei
ermittelten Ergebnisse stark vereinfacht wiedergegeben. Für eine umfassende Information und
fachliche Vertiefung wird an dieser Stelle auf die folgenden Veröffentlichungen hingewiesen
[7,12,13,14,15]. Die Umformbarkeit bei hohen Temperaturen wird durch das Auftreten einer
duktilen, d.h. leicht verformbaren kubisch-raumzentrierten (krz) Phase erreicht. Um den
Existenzbereich der einzelnen Phasen als Funktion der Legierungszusammensetzung und Bild 1:
Temperatur vorhersagen zu können, wurden eingangs thermodynamische Berechnungen Gta
durchgeführt. Dazu musste eine kommerziell verfügbare Datenbank [16] entsprechend modifiziert Mn A
werden [17,18]. Bild la zeigt einen Ausschnitt des pseudobindren Phasendiagramms Ti-(30- oil
55)at%Al-4at%Nb-1at%Mo, welches mit der Software ThermoCalc und der Datenbank von 75D
Saunders [16] berechnet wurde. Der Sauerstoffgehalt wurde mit 450 Masse-ppm gewählt, was einen di
typischen Wert eines gegossenen Ingots entspricht [19]. Aus dem Phasendiagramm ist klar air
ersichtlich, dass fiir einen Al-Gehalt < 44 at% die Erstarrung iiber die ungeordnete krz B-Ti(Al) Tai
Phase erfolgt. Bild 1b zeigt das Phasenfraktionsdiagramm fiir eine TNM-Legierung der iG
Zusammensetzung Ti-43at%Al-4at%Nb-1at%Mo-0.1at%B [12, 20 ]. Dargestellt ist dabei die a
Temperaturabhängigkeit der auftretenden Phasen. Bei Raumtemperatur besteht die Legierung aus y-
TiAl (geordnete tetragonal-flächenzentrierte L1o-Kristallstruktur), a2-Ti3Al (geordnete hexagonale Dic Le
DO019-Kristallstruktur) und einen geringen Anteil an Po-Phase (geordnete krz B2-Kristallstruktur). dik
Der B-Phase, die abhingig von der Legierungszusammensetzung und Temperatur eine ungeordnete Wer
krz-Hochtemperaturphase aufweist, kommt die Rolle der oben genannten duktilen Phase zu v -
[7.12,13]. Man erkennt, dass bei Temperaturen über (aber auch unter) 1250°C der Anteil an ß-Phase ‘
zunimmt, was eine bessere Verarbeitbarkeit zur Folge hat [13,15,21,22]. Der in Bild 1b dargestellte ie
Verlauf der ß-Phase wurde durch gezielte Wirmebehandlungsstudien mit anschließender x
quantitativer Metallographie sowie in-situ-Experimenten mit hochenergetischer Rontgenstrahlung a N
verifiziert [23]. An dieser Stelle sei auf die Übersichtsartikel [24,25,26] hingewiesen. Darüber ots
hinaus wurde bei in-situ-Experimenten mittels Neutronenbeugung die <> Bo Ordnungsreaktion re
untersucht. Fiir die oben angefiihrte Legierungszusammensetzung tritt die Ordnungseinstellung bei ag
ca. 1210°C auf. Eine Zusammenfassung dieser grundlegenden Untersuchungen kann in [27] —
nachgelesen werden. oo
