Optimierung der mechanischen Eigenschaften von Beta-Titanlegierungen mittels thermischer Wasserstoffbehandlung

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In dem beantragten Projekt soll ein Wärmebehandlungsprozess mit integrierter Wasserstoffaufnahme und -abgabe (Thermohydrogen Processing, HP) entwickelt werden, welcher das Ziel einer Gefügeoptimierung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften metastabiler b-Titanlegierungen verfolgt. Mittels THP wird während der Wärmebehandlung der Wasserstoff als temporäres Legierungselement genutzt, um die b-Titanlegierungen zahlreich ablaufenden Umwandlungsreaktionen gezielt zu beeinflussen. So wird zum Beispiel die Temperatur der Umwandlung der kubischraumzentrierten b-Phase in die hexagonale a-Phase während der Abkühlung durch Wasserstoff abgesenkt. Dadurch kann die Lösungsglühung, die in vielen metastabilen b-Titanlegierungen primär zur Vermeidung von Grobkornbildung im a+b-Zweiphasengebiet durchgeführt werden muss, bei ausreichend niedrigen Temperaturen im einphasigen b-Zustand erfolgen, ohne dass dadurch das feinkörnige Ausgangsgefüge zu stark vergröbert. Bei der anschließenden Auslagerung wird so der Ausscheidungsdruck der sekundären a-Phase durch "Einsparung" der primären a-Phase erhöht, so dass sich ein erhöhter Volumenanteil dieser festigkeitssteigernden Ausscheidungen erzielen lässt. Insgesamt wird mittels THP die Variationsbreite in die Einstellung von Teilchengröße und Volumenbruchteil von Ausscheidungsphasen vergrößert, so dass die Möglichkeiten einer gezielten Gefügeeinstellung zur anwendungsspezifischen Optimierung von mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Im Forschungsvorhaben soll dies auf der Grundlage mikrostruktureller Untersuchungen in Kombination mit der Bestimmung der Ermüdungseigenschaften exemplarisch anhand einer Erhöhung der Zeit- und Dauerfestigkeit zweier b-Titanlegierungen gezeigt werden.