Effects of heat treatment and processing conditions on the microstructure and mechanical properties of a novel Ti-6.3Cu-2.2Fe-2.1Al alloy

Die Zugabe von Übergangslegierungselementen zur Erzielung eines säulenförmig-zu-gleichachsigen Übergangs (columnar-to-equiaxed transition CET) in Ti-Legierungen, gewinnt in der additiven Fertigung (AF) zunehmend an Bedeutung. AF, welche als fortschrittlicher Erstarrungsprozess eingestuft werden kann, ist in der Regel ein endkonturnaher Prozess. Daher ist es nicht möglich die Korngröße durch traditionelle thermomechanische Prozesse zu reduzieren. Dies treibt die Forschung in Richtung neuartiger Legierungen voran, die bei der Erstarrung eine gleichachsige Primärkornstruktur ausbilden können. Das Ti-Cu-Legierungssystem erregte Aufmerksamkeit durch das Hervorrufen eines CET, wobei jedoch bisher kein Schwerpunkt auf die sekundären Phasenumwandlungen im festen Zustand während der Wärmebehandlung gelegt wurde. Es sind modifizierte Wärmebehandlungsstrategien erforderlich, um die ausbleibende mechanischen Vorformung vor der Wärmebehandlung zu berücksichtigen und so die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Diese Arbeit bietet Einblicke in die mikrostrukturelle Entwicklung und die Zugeigenschaften einer neuartigen Ti-6.3Cu-2.2Fe-2.1Al-Legierung, die in einer umfassenden Wärmebehandlungsstudie gewonnen wurden. Die Ergebnisse zeigen ein lamellares α+β Widmannstätten-Gefüge mit Ti2Cu-Ausscheidungen, sowie Korngrenzen α, ausscheidungsfreie Zonen und sehr feine sekundäre β-Ausscheidungen. Anhand von Schliffbildern und Bruchflächen-Aufnahmen wird der Bruchmodus als Quasi-Trennbruch mit bevorzugter Rissbildung an den Korngrenzen α identifiziert. Zugversuche an wärmebehandelten Proben zeigen hohe Festigkeiten bei gleichzeitig begrenzter Duktilität.