Einfluss von Kalzium und Fluor auf die Eigenschaften von g-Titanaluminiden - Auswirkungen eines neuen Recyclingverfahrens

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich; Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens; Professor Dr.-Ing. Michael Schütze
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237091967

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Abschließend kann zusammengefasst werden, dass über eine Variation der Schlackenkomposition sowie der Prozessparameter zwar ein geringfügiger Einfluss auf die Fluoraufnahme während des Elektroschlackeumschmelzens von Titanaluminiden vorliegt, allerdings kann kein ausreichender Fluorgehalt erreicht werden, der einen signifikant positiven Einfluss auf die Oxidationsbeständigkeit hätte. Dessen ungeachtet liegt schon bei geringen Fluorgehalten eine starke Tendenz zur Ausbildung schützender Oxidschichten vor. Demnach ist festzuhalten, dass das am IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling entwickelte Recycling-Verfahren zwar nicht zur Bulk-Fluoridierung von Titanaluminiden geeignet ist. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass durch die Variation der Prozessparameter und der Verwendung von Schlackensubstituten keine Fluorgehalte oberhalb von 1 ppm erreicht werden können. Ebenso wenig wurde die Legierung durch den Elektroschlackeumschmelzprozess mit Begleitelementen angereichert, sodass sich kein negativer Einfluss auf die Materialeigenschaften ergibt. Dadurch bestätigt die vorliegende Arbeit das große industrielle Potential des Recyclingprozesses. Zudem haben die Untersuchungen ergeben, dass durch gezielte Auswahl des Schlackensystems und der Prozessparameter das Aufkommen nichtmetallische Einschlüsse reduziert und diese in ihrer Größe auf unkritische Dimensionen verkleinert werden können. Die Ergebnisse der Dechema zeigen, dass beim TiAl-Recycling kein F-Effekt eingestellt werden kann. Der Grund dafür liegt im viel zu geringen F-Gehalt in der Legierung. Als innovativer Oxidationsschutz für Gamma-TiAl-Legierungen empfiehlt es sich, den F-Effekt mittels Oberflächenmodifizierung einzustellen. Zusammengefasst zeigen die gegossenen Ingots trotz Variation der Fertigungsparameter und Schlackenzusammensetzung homogene Gefüge mit -Gefüge. Die Gussporosität ist gering. Dennoch sind die Lamellenbreiten sehr unterschiedlich und die Korngröße variiert. Die Durchführung der Zugversuche gestaltet sich schwierig, da das Bruchverhalten dieser vollständig lamellaren Ingots vermutlich zu einer Rissverzweigung führt, wodurch die Proben teilweise nicht komplett brechen. Da die geringe Fluoraufnahme bei Titanaluminiden auf das Vorhandensein von Aluminium und der daraus folgenden Ermangelung von Ti6-Oktaederlücken zurückzuführen ist, sollten sich nachfolgende Arbeiten mit dem quantitativen Einfluss des Aluminiumgehalts auf die Fluorabsorption befassen. Dabei ist allerdings zu beachten, dass moderne Titanaluminide einen Aluminiumgehalt von mind. 44 at.-% aufweisen. Weiterhin sollte evaluiert werden, ob eine erfolgreiche Minimierung nichtmetallischer Einschlüsse ebenfalls bei Verwendung industriell relevanter Titanaluminid-Legierungen (bspw. GE4822 oder 45XD) möglich ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Experimental Research on the Absorption of Fluorine in gamma-TiAl during Electroslag Remelting. LMPC 2013, September 22-25, Austin, Texas, pp. 65-70
  Peter Spiess, Bernd Friedrich
  
• Introducing Carbon Nanoparticles in Titanium during Chamber Electroslag Remelting (ChESR). Liquid Metal Processing & Casting 2013, 22-25.09.2013, Austin, USA, pp. 133-136
  Sebastian Radwitz, Peter Spiess, Bernd Friedrich, Anatoliy Ryabtsev, Fedor Leokha, Sergey Ratiev, Olga Snizhko
  
• Experimental research on the recycling potential of precision cast Gamma-TiAl during electroslag remelting. 4th International Symposium on Gamma TiAl Alloys (TMS ISGTA 2014), San Diego, pp. 51-57
  Marek Bartosinski, Peter Spiess, Jan Hecht geb. Reitz, Claus Lochbichler, Bernd Friedrich, Todor Stoyanov, Julio Aguilar
  
• Influence of the Slag Composition on the Fluorine Absorption in Gamma-TiAl during IESR. Proceedings of the 4th International Symposium on Gamma TiAl Alloys (TMS ISGTA 2014), San Diego, pp. 59-64
  Peter Spiess, Bernd Friedrich
  
• A Closed-Loop Recycling Technology for γ-TiAl from Precision Cast Low Pressure Turbine Blades. Chemie Ingenieur Technik, Special Issue: Thermische Prozesstechnik für Metallgewinnung und Recycling, Vol. 87 (2015), No. 11, pp. 1580-1588
  Peter Spiess, Marek Bartosinski, Bernd Friedrich, Todor Stoyanov, Julio Aguilar
  
• Examination of an alternative method for the pyrometallurgical production of copperchromium alloys. Proceedings of the 2015 International Symposium on Liquid Metal Processing & Casting, Leoben, 20.-24.09.2015
  Siran Hassan-Pour, Peter Spiess, Janik Brenk, Bernd Friedrich
  
• A Closed Loop Recycling Technology for γ-TiAl from Precision Cast Low Pressure Turbine Blades. The third European Aircraft Symposium, 16.-17.03.2016, Stuttgart
  Peter Spiess, Björn Rotmann, Marek Bartosinski, Janik Brenk, Bernd Friedrich