Fügen von Titanaluminid-Mischverbindungen mit dem Elektronenstrahl

Für die Weiterentwicklung moderner Flugzeugtriebwerke und Verbrennungsmotoren be-stehen sehr anspruchsvolle Zielsetzungen, die auf eine deutliche Wirkungsgradverbesserung ausgerichtet sind. Zur Erreichung dieser Ziele spielen neu entwickelte Hochtemperaturwerkstoffe mit geringer spezifischer Dichte eine entscheidende Rolle. An der Schwelle zu diesen Anwendungen stehen intermetallische Werkstoffe auf Basis der ?-Titanaluminid-Phase. Titanaluminide besitzen attraktive Eigenschaften, wie z. B. geringe Dichte, gutes Oxidationsverhalten sowie hohe spezifische Zug- und Kriechfestigkeit im Temperaturbereich von 600 - 750 °C. Die vorliegende Arbeit zeigt unterschiedliche Wege auf, um mittels Elektronenstrahl qualifizierte Fügeverbindungen von Titanaluminid herzustellen. Im Fokus der Untersuchungen stehen die Werkstoffpaarungen Stahl-Titanaluminid und Nickel-Titanaluminid. In Experimenten wird ermittelt, wie mit den ausgewählten Verfahren - Elektronenstrahllöten, Elektronenstrahlschweißen und Elektronenstrahldiffusionsschweißen - hochfeste Verbindungen hergestellt werden können und wie die Verfahrensparameter und geeigneten Hilfsmaterialien die Mikrostruktur der Fügezone beeinflussen. Dabei wird auch erforscht, auf welchen Parametern und Mechanismen diese Festigkeiten beruhen. Parallel dazu werden Modelle entwickelt, die insbesondere die Entstehung der Mikrostrukturen mit ihren wünschenswerten und unerwünschten Eigenschaften ursächlich erklären. Beim Elektronenstrahllöten von Stahl-Titanaluminid- und Nickel-Titanaluminid-Mischver-bindungen werden unter Einsatz nickelbasierter Lote die höchsten Festigkeitswerte erzielt: Für Stahl-Titanaluminid-Mischverbindungen werden Schubfestigkeiten in der Größenordnung von 140 MPa und für Nickel-Titanaluminid-Mischverbindungen von 103 MPa gemessen. Das Elektronenstrahlschweißen von Stahl-Titanaluminid-Mischverbindungen erzeugt auch bei sehr ausgeklügelter Prozessführung spröde Verbindungen. Das Elektronenstrahldiffusionsschweißen führt zu festen Verbindungen von Stahl-Titanaluminid-Mischverbindungen. Mit funktionalen Zwischenschichten, z. B. Diffusionsbarrieren, lässt sich die Mikrostruktur der Schweißnaht beeinflussen. Mit einer Zwischenschicht aus Vanadium wird eine Zugfestigkeit von bis zu 194 MPa erreicht.