Die vorliegende Arbeit thematisiert die Herstellung, Verarbeitung und Anwendungen von Titanaluminiden, einem seit den neunziger Jahren vielversprechendem Hochleistungswerkstoff auf Basis von Nichteisenmetallen. Universitäten, Institute und Unternehmen betreiben seit Beginn der Forschungen teilweise sehr hohen Aufwand, um diesen Werkstoff als solchen für den Leichtbau wirtschaftlich produzierbar und verarbeitbar zu gestalten. Maßgebende bisherige Erkenntnisse sollen unter anderem in dieser Arbeit dargestellt werden.
Die jährliche Umweltbelastung durch internationalen Luftverkehr ist mit ca. 600 Mio Tonnen CO2 erfasst worden. Dem gegenüber und als Vergleich steht ein CO2 Ausstoß eines PKWs von rund 4 Tonnen pro Jahr. Dem Klimawandel, welcher durch den Menschen verursacht wird, trägt der Flugverkehr mit rund 3,5 - 5% bei. Mit einem hohen Energieverbrauch aufgrund global vernetzter Wirtschaft und steigender Mobilität, steigt auch die Umweltbelastung. Weiterhin sind beispielsweise Erdölverbräuche für jedermann täglich erkennbar, während die damit einhergehenden, nachhaltigen Umweltschädigungen nur über große Zeiträume ersichtlich werden. Bei der erlaubten Emission von Strahltriebwerken und Verbrennungsmotoren gelten strenge Vorschriften. Um die Ziele der EU zu erreichen, sind neue Auslegungs- und Leichtbaukonzepte notwendig, aber auch die Entwicklung von neuen Hochleistungswerkstoffen, welche im Rahmen von fachübergreifenden Forschungs- und Entwicklungsprojekten stattfinden. Zukünftige Technologien müssen, um den genannten Anforderungen gerecht zu werden, weniger Lärm verursachen, Treibstoff effizienter nutzen und den Schadstoffausstoß minimieren. Gewichtsspezifische Leistungssteigerungen, reduzierte Produktions- und Wartungskosten, sowie erhöhte Lebensdauer und Verlässlichkeit sind dabei maßgebende Anforderungen an High-Tech Anwendungen. Dabei rücken Werkstoffe wie Titanaluminide in den letzten Jahren und Jahrzenten immer mehr in das Zentrum der Entwicklungstätigkeiten.
Im Hauptteil der Arbeit wird auf die Herstellung und Verarbeitung ausgewählter Fertigungsprozesse nach DIN 8580 und Anwendungen von Titanaluminiden eingegangen. Die Arbeit wird mit der Darstellung aktueller Trends und zukünftiger Entwicklungen zur Verarbeitung und Anwendungen des Werkstoffs auf Basis eines und einer kritischen Reflexion der Ergebnisse abgerundet.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Einführung
- Motivation, Aufgabenstellung und Zielsetzung
- Einordnung der Titanaluminide als neuartige Hochleistungswerkstoffe
- Herstellung, Verarbeitung und Anwendungen von Titanaluminiden
- Mikrostruktur der Titanaluminide
- Definition der intermetallischen Phase
- Das binäre Ti-Al System
- Einfluss von Legierungselementen
- Übersicht über y(TiAl)-Basislegierungen
- Verformungsverhalten und Verformungsmechanismen
- Urformverfahren
- Pulvermetallurgische Urformverfahren
- Schmelzmetallurgische Urformverfahren
- Umformverfahren
- Strangpressen
- Schmieden von y(TiAl)
- Walzen von y(TiAl) Blechmaterial
- Superplastisches Umformen
- Fügen von y(TiAl)
- Diffusionsschweißen
- Reibschweißen
- Hartlöten
- Mechanische Bearbeitung
- Diskussion der Verwendung von Bauteilen aus Titanaluminiden in technischen Anwendungen
- Verwendung in der Automobiltechnik
- Luft- und Raumfahrttechnik
- Mikrostruktur der Titanaluminide
- Trends und zukünftige Entwicklungen in der Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von Titanaluminiden
- Kritische Reflexion der Ergebnisse
- Zusammenfassung
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Studienarbeit befasst sich mit der Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von intermetallischen Titanaluminiden, insbesondere der y(TiAl)-Phase. Die Arbeit untersucht die Eigenschaften dieser Werkstoffe, wie ihre niedrige Dichte, hohe Festigkeit und Kriechbeständigkeit sowie ihre hervorragende Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Die Studie analysiert die Herausforderungen bei der Verarbeitung dieser Legierungen aufgrund ihrer begrenzten Duktilität bei Raumtemperatur und beleuchtet die vielversprechenden Einsatzgebiete in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in der Automobilindustrie.
- Eigenschaften von Titanaluminiden
- Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse
- Anwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik
- Anwendungen in der Automobilindustrie
- Zukünftige Entwicklungen und Trends
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik der Titanaluminide, wobei die Motivation, Aufgabenstellung und Zielsetzung der Arbeit dargelegt werden. Im Anschluss werden die Titanaluminide als neuartige Hochleistungswerkstoffe eingeordnet und ihre Eigenschaften im Detail beschrieben. Das zweite Kapitel befasst sich mit den Herstellungsprozessen, der Verarbeitung und den Anwendungsgebieten dieser Werkstoffe. Die Mikrostruktur der Titanaluminide wird erläutert, wobei die Definition der intermetallischen Phase, das binäre Ti-Al System, der Einfluss von Legierungselementen, die Übersicht über y(TiAl)-Basislegierungen und das Verformungsverhalten der Werkstoffe im Mittelpunkt stehen. Die Arbeit beleuchtet anschließend die verschiedenen Urformverfahren, wie Pulvermetallurgie und Schmelzmetallurgie, sowie die Umformverfahren, darunter Strangpressen, Schmieden und Walzen. Des Weiteren werden die Fügeverfahren, wie Diffusionsschweißen, Reibschweißen und Hartlöten, sowie die mechanische Bearbeitung behandelt. Abschließend wird die Verwendung von Bauteilen aus Titanaluminiden in technischen Anwendungen, insbesondere in der Automobiltechnik und der Luft- und Raumfahrttechnik, diskutiert.
Schlüsselwörter
Titanaluminide, intermetallische Phase, y(TiAl), Leichtbau, Hochleistungswerkstoffe, Herstellung, Verarbeitung, Anwendungen, Luft- und Raumfahrttechnik, Automobiltechnik, Mikrostruktur, Urformverfahren, Umformverfahren, Fügeverfahren, mechanische Bearbeitung.
- Quote paper
- Michael Maldoner (Author), 2016, Hochleistungswerkstoffe im Leichtbau. Herstellung, Verarbeitung und Anwendungen am Beispiel von intermetallischen Titanaluminiden, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/336195
