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Influence of calcium and fluorine on the performance of g-titanium aluminide - Impact of a new recycling procedure

Subject Area Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
Term from 2013 to 2016
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 237091967
 
Final Report Year 2017

Final Report Abstract

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.

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