Die Legierung Ti 6Al 4V findet aufgrund ihres ausgewogenen Eigenschaftsprofils ein breites Anwendungsspektrum. Schmelzgeschweißte Verbindungen erreichen dabei nur bedingt die mechanisch-technologischen Eigenschaften des unbeeinflussten Grundwerkstoffes. Gekennzeichnet ist das Werkstoffverhalten durch ein overmatching der Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig verringerter Duktilität und Zähigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Ansatz verfolgt, das Erstarrungsgefüge lichtbogengeschweißter Verbindungen derart einzustellen, dass lokal grundwerkstoffähnliche Materialeigenschaften erreicht werden. Die Arbeitshypothese bestand darin, durch gezielte Impfung der Schmelze mit karbidischen Verbindungen eine heterogene Keimbildung an den Partikelgrenzflächen zu begünstigen. Untersucht wurde der Effekt der Impfsubstanzen auf das Erstarrungsgefüge und die mechanischen Eigenschaften durch abgestuften Partikel-Masseeintrag in die Schmelze. Die Impfung der Schmelze führte zu einer wirksubstanz- sowie masseeintragsabhängigen Feinung des ehemaligen β Korns. Im Vergleich zu Referenzschweißungen konnte eine Kornfeinung um den Faktor 10 erreicht werden. Eine heterogene Keimbildung an eingebrachten Impfpartikeln konnte nicht nachgewiesen werden. Vielmehr muss angenommen werden, dass eine Lösung eingebrachter Karbide und anschließende Keimbildung an in situ gebildeten Titankarbiden als Mechanismus der Kornfeinung wirksam wird.
Aktualisiert: 2022-01-10
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Die Legierung Ti 6Al 4V findet aufgrund ihres ausgewogenen Eigenschaftsprofils ein breites Anwendungsspektrum. Schmelzgeschweißte Verbindungen erreichen dabei nur bedingt die mechanisch-technologischen Eigenschaften des unbeeinflussten Grundwerkstoffes. Gekennzeichnet ist das Werkstoffverhalten durch ein overmatching der Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig verringerter Duktilität und Zähigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Ansatz verfolgt, das Erstarrungsgefüge lichtbogengeschweißter Verbindungen derart einzustellen, dass lokal grundwerkstoffähnliche Materialeigenschaften erreicht werden. Die Arbeitshypothese bestand darin, durch gezielte Impfung der Schmelze mit karbidischen Verbindungen eine heterogene Keimbildung an den Partikelgrenzflächen zu begünstigen. Untersucht wurde der Effekt der Impfsubstanzen auf das Erstarrungsgefüge und die mechanischen Eigenschaften durch abgestuften Partikel-Masseeintrag in die Schmelze. Die Impfung der Schmelze führte zu einer wirksubstanz- sowie masseeintragsabhängigen Feinung des ehemaligen β Korns. Im Vergleich zu Referenzschweißungen konnte eine Kornfeinung um den Faktor 10 erreicht werden. Eine heterogene Keimbildung an eingebrachten Impfpartikeln konnte nicht nachgewiesen werden. Vielmehr muss angenommen werden, dass eine Lösung eingebrachter Karbide und anschließende Keimbildung an in situ gebildeten Titankarbiden als Mechanismus der Kornfeinung wirksam wird.
Aktualisiert: 2023-04-27
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Der Einsatz moderner Scheibenlaser mit hoher Strahlqualität ermöglicht die Herstellung deutlich tieferer und schlankerer Nähte. Bei der Erstarrung ergibt sich im Schweißgut üblicherweise eine grobe und stängelige Kornstruktur, was zur Heißrissbildung in Aluminiumschweißnähten führen kann. Ziel der Arbeit ist es daher, die Schweißeignung beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen durch Kornfeinung zu erhöhen. Dazu wurde die Kornstruktur experimentell in Abhängigkeit der Ti/B-Gehalte im Schweißgut und Schweißparameter untersucht. Darauf basierend wurde der Einfluss der Kornfeinung auf die Heißrissanfälligkeit mittels des DELTA-Tests ermittelt. Um die Mechanismen der Heißrissvermeidung durch Kornfeinung zu verstehen, wurde ein analytisches Modell entwickelt, in dem die Einflüsse der Kornstruktur auf die drei Elementarprozesse: die Nachspeisungsdauer, den Kapillardruck und die Permeabilität beschrieben sind. Es wurde festgestellt, dass die Heißrissanfälligkeit durch eine Kombination dieser drei Elementarprozesse bestimmt wird. Mit diesem Modell kann die Heißrissanfälligkeit in Abhängigkeit der Kornstruktur quantitativ vorhergesagt werden. Dadurch wurde die Wissensbasis für eine kontrollierbare Erhöhung der Schweißeignung durch Kornfeinung geschaffen.
Aktualisiert: 2018-11-20
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Stahl ist der weltweit wichtigste Konstruktionswerkstoff. Nach der Erzeugung wird der flüssige Stahl im Strang-, Form-, oder Blockguss vergossen und erstarrt dabei in Abhängigkeit von den Abkühlbedingungen in der Regel kristallin. Je feiner dieses kristalline Primärgefüge ist, desto höher sind die mechanischen und auch gießtechnologischen Eigenschaften des Stahls. So werden unter anderem Porosität, Warmrisse sowie Seigerungen reduziert. In der angefertigten Dissertation wurden die Mechanismen und Wechselwirkungen bei der Behandlung von Stahlschmelzen mit Cer mit Gießversuchen im Labor- und Industriemaßstab sowie durch thermodynamische Berechnungen und Phasenfeldsimulationen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Cerverbindungen in primär ferritisch und primär austenitisch erstarrenden Stählen kornfeinend sind. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Oberflächenspannung des flüssigen Stahls mit dem Anteil endogenen Gefüges korreliert. Die Oberflächenspannung wurde dafür mit einem mathematischen Modell, welches auf empirischen Daten basiert, und mit thermodynamischen Berechnungen bestimmt.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Die Mechanismen, die bei der chemischen Kornfeinung von Aluminiumlegierungen zu einem feinkörnigen Gefüge führen, sind bislang nicht gänzlich geklärt. Um den Einfluss von Kornfeinungsmitteln auf Aluminium-Siliziumlegierungen in-situ untersuchen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Hochtemperatur-Heiztischmikroskop aufgebaut. Zur Auswertung der Versuche wurde ein Programm entwickelt, mit dem sich aus den im Versuch gewonnenen Informationen für die Erstarrung charakteristische Größen auswerten lassen. Mit Hilfe dieser Versuchsanlage wurden die Wechselwirkungen von drei verschiedenen Aluminium-Silizium-Legierungen (6, 7 und 12 Massenprozent Silizium) mit unterschiedlichen Kornfeinungsmitteln untersucht. Neben konventionellen Kornfeinern wie der Vorlegierung AlTi5B1 und TiB -Partikeln wurden gleichfalls Versuche mit Bornitrid-Partikeln 2 unterschiedlicher Größe durchgeführt.
Aktualisiert: 2020-01-01
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Die Mechanismen, die bei der chemischen Kornfeinung von Aluminiumlegierungen zu einem feinkörnigen Gefüge führen, sind bislang nicht gänzlich geklärt. Um den Einfluss von Kornfeinungsmitteln auf Aluminium-Siliziumlegierungen in-situ untersuchen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Hochtemperatur-Heiztischmikroskop aufgebaut. Zur Auswertung der Versuche wurde ein Programm entwickelt, mit dem sich aus den im Versuch gewonnenen Informationen für die Erstarrung charakteristische Größen auswerten lassen. Mit Hilfe dieser Versuchsanlage wurden die Wechselwirkungen von drei verschiedenen Aluminium-Silizium-Legierungen (6, 7 und 12 Massenprozent Silizium) mit unterschiedlichen Kornfeinungsmitteln untersucht. Neben konventionellen Kornfeinern wie der Vorlegierung AlTi5B1 und TiB -Partikeln wurden gleichfalls Versuche mit Bornitrid-Partikeln 2 unterschiedlicher Größe durchgeführt.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Der Hauptanwendungsbereich von Reintitanwerkstoffen findet sich aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaftskombinationen aus hoher spezifischer Festigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit in Form von Schweißkonstruktionen im Anlagenbau. Trotz der geringen Werkstoffbeeinflussung durch die beim Laserstrahlschweißen mögliche, präzise Wärmeeinbringung lässt sich eine Verringerung der Umformfähigkeit aufgrund des unvermeidlichen Kornwachstums im Nahtbereich nicht vermeiden und ist mit den zurzeit bekannten Methoden nicht nachträglich zu verbessern. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Verfahrenskombination zur lokalen mechanisch-thermischen Nachbehandlung des Schweißnahtbereichs erarbeitet. Ziel ist ein Angleichen der mechanischen Eigenschaften des Schweißnahtbereichs an die Grundwerkstoffeigenschaften durch eine gezielte Reduktion der Korngröße und Homogenisierung der Gefügestruktur. Anhand von systematischen Versuchen wird das Parameterfeld für die Verfahrenskombination abgegrenzt. Unter Beibehaltung der Festigkeitswerte kann die Duktilität bis auf das Grund-materialniveau verbessert werden. Die Übertragbarkeit in die industrielle Praxis wird anhand der Fertigung eines Musterbauteils nachgewiesen. Aus produktionstechnischer Sicht eröffnet sich vor diesem Hintergrund eine wirtschaftliche und flexible Methode zur Herstellung großer Titanschweißkonstruktionen mit komplexen Nahtverläufen
Aktualisiert: 2019-10-17
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Durch eine Kornfeinung lassen sich die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften von Legierungen erheblich verbessern. Während aluminiumfreie Magnesiumlegierungen mit Zirkonium korngefeint werden können, existiert für die Gruppe der aluminiumhaltigen Magnesiumlegierungen kein entsprechendes Kornfeinungsverfahren mit einer vergleichbaren Wirksamkeit. Eine Kornfeinung aluminiumhaltiger Magnesiumlegierungen ermöglicht die Erweiterung der Einsatzgrenzen und die Herstellung hochfester Gussteile durch Kokillen- und Sandgussverfahren. Im Rahmen dieser Arbeit werden anhand der Magnesiumgusslegierung AZ91 Versuche zur Kornfeinung durch Impfmittel mit borhaltigen Partikeln durchgeführt. Die Bildung der hochschmelzenden Keime wird durch eine Reaktion der borhaltigen Verbindungen mit dem im Impfmittel und in der Schmelze enthaltenen Aluminium während der Schmelzebehandlung ermöglicht. Als Impfmittel werden kostengünstige Pulver aus hexagonalem Bornitrid und Borcarbid erprobt, die bei der Zersetzung Partikel bilden, die ein hohes Potenzial für eine Kornfeinung besitzen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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