IM FOKUS Bild 3: Rohling (oben) und geschmiedete Schaufel (unten) im Isothermgesenk möglich. Für hochbeanspruchte Schaufeln in schnelllaufenden Hochdruckverdichtern oder Niederdruckturbinen reichen die Festigkeitseigenschaften von gegossenem Material nicht mehr aus. Durch gezielte Abstimmung von Umformung und Wärmebehandlung lassen sich erhebliche Festigkeitssteigerungen erzielen. Diese guten Eigenschaften werden jedoch mit einem Nachteil erkauft: Das Verhalten dieses Werkstoffs entspricht eher dem von Keramik als dem von Metall. Deshalb ist die Formgebung sehr schwierig und lässt sich nur mit einem speziellen Verfahren bewerkstelligen. Hierfür ist in den vergangenen 20 Jahren unter anderem mit Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung das Isothermschmieden von Titanaluminid entwickelt worden 1-4. HERSTELLUNG VON TITANALUMINID-BAUTEILEN Zur Herstellung von Titanaluminid-Legierungen werden Titanschwamm, Aluminiumgranulat und eine Meisterschmelze, die die restlichen Legierungsbestandteile wie zum Beispiel Niob enthält, im Vakuuminduktionsofen erschmolzen und zu Elektroden abgegossen. Diese wiederum werden im Vakuumlichtbogenofen ein- oder mehrfach umgeschmolzen, bis der erforderliche Reinheitsgrad eingestellt ist. Das in dem auf diese Weise hergestellten Ingot vorliegende Gefüge ist jedoch noch so grobkörnig und inhomogen, dass es sich in diesem Zustand aufgrund von Rissbildung nicht schmieden lässt. Die Summe dieser Eigenschaften hat dazu geführt, dass sich Titanaluminid Legierungen bisher nur durch Gießen in die gewünschte Form bringen ließen. Allerdings ist das Gussgefüge nicht für den Einsatz in stark dynamisch beanspruchten Bauteilen, wie zum Beispiel Hochdruckverdichterlaufschaufeln, geeignet. Durch geeignete thermomechanische Behandlung kann das Mikrogefüge zu der gewünschten feinkörnigen Struktur rekristallisieren. Eine Umformung ist nur unter allseitigem Druck (hydrostatischer Spannungszustand) möglich. Daher wurde von der Leistritz Turbinentechnik GmbH ab 1995 in Zusammenarbeit mit dem Legierungsentwickler GKSS in Geesthacht und dem Legierungshersteller GfE in Nürnberg ein Verfahren zur Umformung einer TiAl-Legierung (g-TAB, Ti-47Al-3,7Nb-0,5B) entwickelt. Hierbei wurde das Gussgefüge durch Strangpressen aufgebrochen und durch dynamische Rekristallisation in eine feinkörnige und weitgehend homogene Struktur überführt. Anschließend konnte das Halbzeug durch Umformen mittels Isothermschmiedens weiterbearbeitet werden. Auch bei hohen Temperaturen muss ein Umformwiderstand überwunden werden, der mit dem von Nickelbasislegierungen vergleichbar ist. Charakteristisch für TiAl ist der hohe Anfangswert der Fließspannung. Durch dynamische Rekristallisation tritt dann mit zunehmender Umformung eine Entfestigung auf. Eine Besonderheit ist, dass die Fließspannung stärker als bei anderen Metallen mit höherer Umformgeschwindigkeit ansteigt (Bild 2). Verbunden damit ist ein Abfallen des Umformvermögens bei höherer Umformgeschwindigkeit, das heißt die Rissgefahr nimmt zu. Weiterhin ist die Umformung des Werkstoffs in einem geeigneten Temperaturbereich notwendig. Das Fenster dafür ist bei hohen Temperaturen und geringster Geschwindigkeit recht eng. 28 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2016
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