Neu entwickelte TiAl-Basislegierungen für den Leichtbau von Triebwerks- und Motorkomponenten – Eigenschaften, Herstellung, Anwendung
✍ Scribed by S. Knippscheer; G. Frommeyer
- Publisher
- John Wiley and Sons
- Year
- 2006
- Tongue
- English
- Weight
- 347 KB
- Volume
- 37
- Category
- Article
- ISSN
- 0933-5137
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✦ Synopsis
TiAl-Basislegierungen sind vor allem fu ¨r thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Komponenten in Verbrennungsmotoren und Triebwerken als Werkstoffalternative zu warmfesten Sta ¨hlen und Superlegierungen attraktiv. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und Kriechbesta ¨ndigkeit, sowie eine gute Oxidationsbesta ¨ndigkeit bei Einsatztemperaturen bis ca. 800 C und eine niedrige Dichte von ca. 3,8 -4,1 g/cm 3 aus. Eine Gewichtsreduzierung bei rotierenden und oszillierenden Bauteilen, wie z. B. Turbinenra ¨dern von Abgasturboladern, Ventilen und Kolben, verringert die Reibungsverluste und die Tra ¨gheitskra ¨fte. Fu ¨r Jetantriebe sind Turbinen-und Verdichterschaufeln sowie Laufscheiben in der Entwicklung.
Durch den im Vergleich zu Stahl und konventionellen Titanlegierungen außergewo ¨hnlich hohen spezifischen Elastizita ¨tsmodul von E/q 39 -46 GPa cm 3 g -1 und einer Dehngrenze von R p0,2 1 GPa im thermomechanisch prozessierten Zustand kommen Titanaluminide auch fu ¨r Anwendungen bei niedrigeren Temperaturen, wie z. B. Pleuel und Kolbenbolzen in Verbrennungsmotoren, in Betracht. Es werden die konstitutionsabha ¨ngigen Eigenschaften dieser innovativen Leichtbauwerkstoffe im Hinblick auf die industrielle Herstellung von Bauteilen und die technische Anwendung dargestellt.
Schlu ¨sselworte: TiAl-Basislegierungen, Leichtbau, thermomechanische Eigenschaften, Motorkomponenten, Triebwerkskomponenten Titanium aluminides are a most promising high temperature materials alternative to conventional heat-resistant steels and superalloys for high-performance automotive and aircraft engine applications. Intermetallic TiAl base alloys offer striking advantages for high temperature and mechanical loading applications. The specific weight of about 3.8 -4.1 g/ccm is low, the oxidation and burn resistance at temperatures up to 800 C are good. The elastic stiffness is high and the temperature strength is enhanced. Feasible applications in combustion engines are valves, pistons and exhaust gas turbocharger rotors. Blades, vanes and discs for jet engines are under development, as well.
Due to the extraordinary high specific Young's modulus (ca. 46 GPa ccm/g) and 0.2 %-yield strength up to 1 GPa of the TiAl base alloys in the as-extruded state some applications at lower temperatures have also been taken into consideration, e.g. connecting rods and piston pins.
The paper reviews constitutional related properties of the advanced TiAl base alloys with the respect to the industrial manufacturing of components and structural applications.