Kornfeinung borhaltiger Hochtemperatur-Leichtbaulegierungen auf Basis der intermetallischen Phase Gamma-TiAl

Abstract

Die Kornfeinung borhaltiger TiAl-Basislegierungen wurde unter dem Einfluss der Titanborid-Bildung in der Schmelze untersucht. Die Bestimmung kristallographischer Orientierungsbeziehungen zeigt, dass Titanboride als heterogene Keimbildungszentren für die beta(Ti)- und alpha(Ti)-Phase wirken können. Bei geringen Borgehalten bilden sich Titanboride in-situ in der Schmelze gemeinsam mit der beta(Ti)- aber vor der alpha(Ti)-Phase. In diesem Fall kann die Kornfeinung des Gussgefüges auf heterogene Alpha(Ti)-Keimbildung auf Titanboriden zurückgeführt werden. Die Wachstumsmorphologie der Boride begünstigt die alpha(Ti)-Kornfeinung, da im Vergleich zu hohen Bor-Gehalten große Keimbildungsflächen gebildet werden. Bei hohen Bor-Gehalten bilden sich Titanboride in der Schmelze bereits vor der Beta(Ti)-Phase. Mithilfe einer Modellrechnung konnte die Beta(Ti)-Kornfeinung anhand von TiB2-Partikelgrößenverteilungen vorhergesagt werden. Eine Modelloptimierung zeigt: (1) die Morphologie der TiB2-Partikel schränkt die Beta(Ti)-Kornfeinung ein und (2) die Keimbildungsdichte der Alpha(Ti)-Körner ist relativ niedrig.

The grain refinement of boron containing TiAl-based alloys has been investigated under the influence of titanium boride formation in the melt. The determination of crystallographic orientation relationships shows, that titanium borides act as heterogeneous nucleation sites for the beta(Ti) and alpha(Ti) phase. At low boron contents titanium borides form in the melt concurrently with the beta(Ti) phase but prior to the alpha(Ti) phase. In this case the grain refinement of the as cast microstructure is attributed to heterogeneous alpha(Ti) nucleation on titanium borides. The growth morphology of theses borides enhances alpha(Ti) grain refinement since large nucleation sites (in contrast to boride formation at high boron contents) developed. At high boron contents titanium borides form in the melt prior to the alpha(Ti) phase. By using a model calculation the beta(Ti) grain refinement could be simulated based on TiB2 particle size distributions. An optimization of the model shows: (1) the TiB2 particle morphology limits the beta(Ti) grain refinement and (2) the number density of nucleated alpha(Ti) grains is relatively low.