DE102005022506B4 - Verfahren zum Schmieden eines Bauteils aus einer Titanlegierung - Google Patents

Verfahren zum Schmieden eines Bauteils aus einer Titanlegierung Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Schmieden eines Bauteils, das aus einer Titan als Hauptbestandteil aufweisenden Titanlegierung besteht, wobei das Bauteil bei einer Temperatur geschmiedet wird, bei der sich ein Teil der Titanlegierung in einer flüssigen und ein Teil der Titanlegierung in einer festen Phase befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) induktiv erwärmt wird, und dass die Frequenz und/oder die Pulsweite des das Bauteil (1) erwärmenden Wirbelstroms derart moduliert wird, dass die Eindringtiefe des Wirbelstroms in das Bauteil (1) während der Erwärmung verändert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden eines Bauteils, das aus einer Titan als Hauptbestandteil aufweisenden Titanlegierung besteht.
  • Die in den letzten Jahren zu beobachtenden Anstrengungen, primäre Energieträger einzusparen und Emissionen zu reduzieren, haben für eine zunehmende Bedeutung von Leichtmetallwerkstoffen sowohl im Automobilbau als auch in der Luft- und Raumfahrttechnologie geführt, da leichtere Konstruktionen zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnologie werden zunehmend Titanwerkstoffe, insbesondere Titanlegierungen, eingesetzt. Der Grund hierfür sind die bezogen auf die Dichte sehr hohen Steifigkeits- und Festigkeitswerte von Titanwerkstof fen, die dieses Material gegenüber sämtlichen anderen Werkstoffen hervorheben.
  • Zum Schmieden von Titanwerkstoffen sind aus dem Stand der Technik das α-β-Schmieden sowie das β-Schmieden bekannt.
  • Bei dem beispielsweise in der EP 1 127 949 A2 beschriebenen α-β-Schmieden erfolgt vor der Umformung der aus der Titanlegierung bestehenden Bauteile eine Erwärmung derselben auf eine Temperatur von 30 bis 100°C unterhalb der β-Transus-Linie, die für Reintitan ca. 882°C beträgt. Auf diese Weise soll ein gesteigertes Umformvermögen mit Hilfe der Temperaturabhängigkeit der Fließspannung erreicht werden, wodurch sich letztlich eine rissfreie Umformung mit einem möglichst hohen Umformgrad ergeben soll. Allerdings ist es beim α-β-Schmieden erforderlich, ein Überhitzen des Gefüges über die β-Transus-Linie zu vermeiden, was das Verfahren erheblich verkompliziert. Außerdem muss beachtet werden, dass der Umformgrad und die Umformgeschwindigkeit so auszuwählen sind, dass es zu einer definierten Gefügeumwandlung kommt, nämlich zu einer Rekristallisation als globulare Ausprägung der α-Phase. Dieses konventionelle Gesenkschmieden von Titanwerkstoffen erfolgt, je nach Legierung, allgemein bei einer Temperatur zwischen 840 und 1050°C, also 30 bis 100°C unterhalb der β-Transus-Linie.
  • Das β-Schmieden wird bei Temperaturen oberhalb der β-Transus-Linie durchgeführt. Hierbei muss die Umformung vor der α-β-Umwandlung abgeschlossen werden. Des weiteren ist die Haltezeit des Werkstoffs auf der Umformtemperatur vor dem Schmiedevorgang von erheblicher Bedeutung, da eventuell erhöhte Temperaturen zu einer Kornvergröberung und zu einer gesteigerten Aufnahme von Sauerstoff und Wasserstoff führen, wodurch sich die Sprödigkeit und die Härte des Werkstoffs in unerwünschter und meist unkontrollierbarer Art und Weise erhöhen. Des weiteren ist nach dem Schmieden eine definierte Abkühlung erforderlich, um eine nachteilige Gefügeausbildung, insbesondere eine Belegung der Korngrenzen mit der α-Phase, zu vermeiden.
  • Bei diesen beiden konventionellen Verfahren der Warmumformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur mittels Gesenkschmieden sind zusätzlich zu den oben genannten Problemen die sehr häufig erforderlichen Zwischenumformstufen sowie die hohen Umformkräfte und die sich hieraus ergebenden nachteiligen Auswirkungen auf die einzusetzenden Schmiedepressen von Nachteil. Des weiteren lassen sich mit den bekannten Verfahren nur begrenzte Bauteilformen erzeugen.
  • Ein weiteres Problem beim konventionellen Schmieden ergibt sich aus dem hohen Temperaturgradienten zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, was zu schlechteren Umformeigenschaften führt.
  • Ein weiteres, aus dem allgemeinen Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Schmieden von Titan ist das sogenannte isotherme Schmieden. Hierbei wird der Temperaturgradient zwischen dem umzuformenden Bauteil und dem Werkzeug minimiert und die Umformkraft wird deutlich reduziert. Nachteiligerweise ist bei diesem Verfahren jedoch ein hochwarmfester Werkzeugwerkstoff erforderlich und es muss ein geeignetes Werkzeugkonzept zur homogenen Temperierung desselben bereitgestellt werden.
  • Titanwerkstoffe zeigen bei isothermen Bedingungen bei definierten, geringen Umformgeschwindigkeiten ein superplastisches Verhalten, wobei der Effekt des Korngrenzengleitens ausgenutzt wird und ein pseudoviskoses Fließen entsteht. Hierbei sind jedoch die relativ geringen erreichbaren Umformgeschwindigkeiten, die komplexe Werkzeugtechnik sowie das zur Umformung erforderliche feine, globulare Gefüge nachteilig.
  • Aus der WO 03/008655 A2 ist ein Formteil aus einem intermetallischen γ-TiAl-Werkstoff bekannt, dessen Herstellung das Fertigen eines Halbzeugs unter Einbeziehung eines Warmumformprozesses und das Ausformen des Halbzeugs im Solidus-Liquidus-Phasenzustand der Legierung umfasst. Die Legierung befindet sich beim Ausformen im thixotropen Zustand, was einen sehr hohen Aufwand hinsichtlich der Verfahrenssteuerung erforderlich macht und sehr häufig zu nicht vorhersehbaren Ergebnissen führt. Ein weiterer Nachteil des dort beschriebenen Formteils ist, dass dieses aus einer intermetallischen γ-TiAl-Legierung bestehen muss.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer Metalllegierung gebildeten Werkstoffes ist in der EP 1 230 409 B1 beschrieben. Allerdings enthält die Metalllegierung als Hauptbestandteil Aluminium und es wird Barium als Zusatzmaterial eingesetzt.
  • In der EP 0 554 808 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metalllegierungen beschrieben, bei dem die Metalllegierungen in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht und nach konventionellen Gießverfahren zu geometrisch einfachen Formen vergossen werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schmieden eines Bauteils aus einer Titanlegierung zu schaffen, welches einfach zu beherrschen ist und eine Verringerung der Umformkräfte ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Dadurch, dass sich erfindungsgemäß beim Schmieden ein Teil der Titanlegierung in einer flüssigen und ein Teil der Titanlegierung in einer festen Phase befin det, also ein teilflüssiges Material vorliegt, verringert sich die Fließspannung des Materials erheblich, wodurch bereits mit sehr geringen Umformkräften ein sehr hohes Formänderungsvermögen erreicht werden kann. Dies hat sowohl für die herstellbaren Bauteile als auch für die zum Einsatz kommenden Schmiedepressen große Vorteile, da diese bei geringeren erforderlichen Umformkräften gegebenenfalls kleiner und damit kostengünstiger ausgeführt werden können. Erfindungsgemäß können somit die Vorteile des Urformens, nämlich dünne erreichbare Wandstärken bei komplexer Bauteilgeometrie sowie kurze Taktzeiten, mit denen des Umformens, nämlich eine Erhöhung der Festigkeit und ein dichtes erreichbares Gefüge, verbunden werden. Insbesondere die mögliche Verkürzung der Taktzeiten kann vorteilhafterweise zu einer Verringerung der Kosten eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils führen.
  • In diesem Zusammenhang wurde sogar festgestellt, dass sich aufgrund der weiten möglichen Fließwege und der damit verbundenen guten Formfüllung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Schmiedewerkzeug enthaltene Kerne umfließen lassen, was mit üblichen Schmiedeverfahren unmöglich ist. Die sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergebende gute Formfüllung führt des weiteren zu einer erheblichen Verringerung von Gaseinschlüssen, wodurch nachfolgende Wärmebehandlun gen wie Warmauslagern oder Lösungsglühen möglich werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren erschließt sich somit ein vollkommen neues Feld von mit demselben herstellbaren Bauteilen, die bislang durch Gießen hergestellt wurden und unter den dabei auftretenden Nachteilen, wie insbesondere dem bezüglich Festigkeit schlechteren Gefüge, leiden mussten.
  • Erfindungsgemäß wird das Bauteil induktiv erwärmt. Durch die beim induktiven Erwärmen mögliche Steuerung der in das Bauteil induzierten Wirbelströme ist es möglich, die Temperatur des erwärmten Bauteils bzw. die in dem Bauteil vorliegenden festen und flüssigen Phasen sehr genau einzustellen, was zu einer entsprechend exakten Einstellung der Werkstoffkennwerte führt.
  • Da Titanwerkstoffe eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen und es daher problematisch sein kann, eine gleichmäßige Erwärmung des gesamten Bauteils zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, dass die Frequenz und/oder die Pulsweite des das Bauteil erwärmenden Wirbelstroms derart moduliert wird, dass die Eindringtiefe des Wirbelstroms in das Bauteil während der Erwärmung verändert wird. Eine derartige Veränderung der Eindringtiefe des Stroms in das Bauteil kann zu einer sehr homogenen, gleichmäßigen Er wärmung des gesamten Bauteils führen, wodurch zum einen beim nachfolgenden Schmieden die erforderlichen Umformkräfte verringert und zum anderen gleichmäßige Werkstoffeigenschaften erreicht werden können.
  • Besonders vorteilhaft hinsichtlich der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Werkstoffkennwerte ist es, wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sich während des Schmiedens ein Teil des in der Titanlegierung enthaltenen Titans in einer flüssigen und ein Teil des in der Titanlegierung enthaltenen Titans in einer festen Phase befindet. Des weiteren können selbstverständlich auch intermetallische Phasen und/oder Phasen, die sich durch Phasenumwandlungen sowie Erholungs- und Rekristallisationsprozesse gebildet haben, in der Titanlegierung vorliegen.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass besonders hohe Umformgrade bei gleichzeitig besonders niedrigen Umformkräften erreicht werden können, wenn sich während des Schmiedens 20–50% der Titanlegierung in einer flüssigen Phase befinden.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Bauteil innerhalb eines Temperaturbereichs von ΔT = 100K geschmiedet wird. Dieser Temperaturbereich hat sich bezüglich der oben angegebenen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Vorteile als besonders geeignet erwiesen, da in diesem Bereich das Verhältnis zwischen der flüssigen und der festen Phase für die Umformung besonders vorteilhaft ist.
  • Üblicherweise wird das Bauteil auf die Schmiedetemperatur erwärmt und unmittelbar nach dem Erreichen der Schmiedetemperatur geschmiedet, wodurch ein einfach beherrschbares Verfahren erreicht wird.
  • Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Bauteil derart erwärmt wird, dass es einen zumindest annähernd vollständig flüssigen Zustand erreicht, und dass das Bauteil anschließend auf die Schmiedetemperatur abgekühlt wird. Ein solches Umformen unmittelbar nach dem Verlassen der vollständig flüssigen Phase kann für bestimmte, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Bauteile vorteilhaft sein.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Bauteil unter einer Schutzatmosphäre, insbesondere unter einer Argonatmosphäre geschmiedet wird. Da bei den oben angegebenen, relativ hohen Temperaturen mit der Aufnahme von Stickstoff und Sauerstoff aus der Umgebungsluft in das Bauteil gerechnet werden muss, kann durch eine derartige Schutzatmosphäre eine verbesserte Reinheit der Zusammensetzung des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Bauteils erzielt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann des weiteren vorgesehen sein, dass die mechani schen Eigenschaften des Bauteils nach dem Schmieden durch gesteuertes Abkühlen des Bauteils beeinflusst werden. Wenn bereits beim Abkühlen des Bauteils Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften desselben genommen wird, so kann gegebenenfalls auf ansonsten vorgesehene, dem Schmieden nachgeschaltete Vergütungsverfahren verzichtet werden und es kann in einfacher Weise ein Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn das Bauteil nach dem Schmieden derart abgekühlt wird, dass ein lamellares Gefüge entsteht.
  • In einfacher Weise kann des weiteren eine Gefügeumwandlung innerhalb des Bauteils dadurch stattfinden, dass das Bauteil in zwei Schritten geschmiedet wird, wobei der zweite Schritt einen erheblich geringeren Umformgrad aufweist als der erste Schritt, und wobei während des zweiten Schritts eine Gefügeumwandlung stattfindet.
  • Als für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneter Werkstoff hat sich TiAl6V4 erwiesen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf diesen Werkstoff beschränkt sondern kann für die verschiedensten anderen Titanlegierungen eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 eine sehr schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 2 eine beispielhafte Erwärmungskurve für eine beispielhafte Titanlegierung;
  • 3 ein DTA-Diagramm für eine beispielhafte Titanlegierung; und
  • 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Diagramm von 3.
  • 1 zeigt auf sehr schematische Weise eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zum Schmieden eines Bauteils, das aus einer Titan als Hauptbestandteil aufweisenden Titanlegierung besteht, durchgeführt werden kann.
  • Hierzu wird ein beispielsweise durch Gießen hergestelltes Bauteil 1 in seiner Rohform mittels einer beispielsweise als Roboter ausgeführten Handhabungseinrichtung 2 in eine Heizeinrichtung 3 eingebracht. Die Heizeinrichtung 3 weist neben einer Bauteilauflage 4 eine Induktionsspule 5 auf, mit der das Bauteil 1 erwärmt wird. Alternativ könnte das Aufheizen des Bauteils 1 auch mittels Infrarot oder gegebenenfalls auch durch Konvexion in einem dafür geeigneten Ofen erfolgen.
  • Eine beispielhafte Erwärmungskurve für das Bauteil 1, das im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel aus der Titanlegierung TiAl6V4 besteht, ist in 2 dargestellt. Allgemein ist für das hierin beschriebene Verfahren jedoch prinzipiell jede Titanlegierung geeignet, die Titan als Hauptbestandteil aufweist. Aus dem Diagramm wird deutlich, dass das Bauteil 1 in einer Zeit von ca. 640 Sekunden auf eine Temperatur von ca. 1620° erwärmt wird. Die Zeit von ca. 640 Sekunden ist jedoch, wie auch die angegebene Temperatur, als rein beispielhaft anzusehen, da mit anderen Heizeinrichtungen vollkommen andere Zeiten erreicht werden können.
  • Entscheidend bei der Temperatur, auf die das Bauteil 1 erwärmt wird, ist, dass diese in einem Bereich liegt, bei der sich ein Teil der Titanlegierung in einer flüssigen und ein Teil der Titanlegierung in einer festen Phase befindet. Vorzugsweise befindet sich ein Teil des in der Titanlegierung enthaltenen Titans in einer flüssigen und ein Teil des in der Titanlegierung enthaltenen Titans in einer festen Phase. Nach Erreichen dieser Temperatur bzw. dieses Zustandes wird das Bauteil 1 mittels der Handhabungseinrichtung 2 von der Heizeinrichtung 3 in ein Gesenk 6 eingelegt, welches ein Gesenkoberteil 6a und ein Gesenkunterteil 6b aufweist und welches Teil einer in 1 dargestellten Schmiedepresse 7 ist. Dort wird das Bauteil 1 durch Verfahren des Gesenkoberteils 6a gegenüber dem Gesenkunterteil 6b bei der Temperatur geschmiedet, bei der sich ein Teil der Titanlegierung in einer flüssigen und ein Teil der Titanlegierung in einer festen Phase befindet. Besonders zu bevorzugen ist eine Temperatur, bei der sich 20 bis 50% der Titanlegierung während des Schmiedens in einer flüssigen Phase befinden. Auf die hierfür erforderlichen bzw. geeigneten Temperaturen wird zu einem späteren Zeitpunkt detaillierter eingegangen. Das Schmieden findet in jedem Fall oberhalb der Solidustemperatur der verwendeten Titanlegierung statt.
  • Als Werkstoffe für das Gesenkoberteil 6a und/oder das Gesenkunterteil 6b sind Molybdänlegierungen oder keramische Werkstoffe, beispielsweise in Form von massiver Keramik oder keramischen Schichten geeignet. Selbstverständlich können auch andere, für den in 1 angedeuteten Temperaturbereich geeignete Werkstoffe verwendet werden.
  • Durch den teilflüssigen Zustand des Bauteils 1 während der Umformung ergeben sich innerhalb des Bauteils 1 sehr geringe Fließspannungen, wodurch sehr geringe Um formkräfte erforderlich sind, um sehr hohe Formänderungen erreichen zu können. Da das Material innerhalb des Gesenks 6 fließt, kann es vorteilhaft sein, das Gesenk 6 mit Überläufen auszustatten, wie dies ansonsten bei Gießformen vorgesehen ist. Des weiteren ist es möglich, nicht dargestellte Kerne in das Gesenk 6 einzubringen, die dann von dem Material umflossen werden.
  • Diese geringen Fließspannungen innerhalb des Bauteils 1 sind insbesondere auf das bei diesen Temperaturen vorliegende Gemisch aus festen, globularen Gefügebestandteilen mit flüssiger Schmelze zurückzuführen. Dadurch erfolgt die Umformung nicht über Versetzungsbewegungen im Gleitsystem sondern über eine Bewegung der festen Gefügebestandteile in der flüssigen Matrix. Dabei behält das Bauteil 1 während des Transports von der Heizeinrichtung 3 zu dem Gesenk 6 seine Form im wesentlichen bei, wohingegen es bereits bei geringer Kraftaufbringung seitens des Gesenks 6 fließt. Hierbei ergibt sich innerhalb des Bauteils 1 ein Viskositätssprung. Die aufgeschmolzenen Legierungsbestandteile bilden in diesem Temperaturbereich die flüssige Phase der Titanlegierung.
  • Um zu verhindern, dass das Bauteil 1 Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft aufnimmt, kann sich das Gesenk 6 oder die gesamte Schmiedepresse 7 innerhalb einer Schutzatmosphäre befinden, die vorzugsweise durch Ar gon oder ein anderes geeignetes Schutzgas gebildet wird.
  • Des weiteren kann beim Aufheizen des Bauteils 1 innerhalb der Heizeinrichtung 3 der in das Bauteil 1 induzierte Wirbelstrom mittels nicht dargestellter Einrichtungen moduliert werden, um während der Erwärmung die Eindringtiefe des Wirbelstroms zu verändern und somit eine ständige Änderung der Eindringtiefe zu erreichen. Auf diese Weise lässt sich eine gleichmäßige, homogene Erwärmung des Bauteils 1 über seinen gesamten Querschnitt erreichen, wobei bezüglich der Art und Weise der Modulation der Wirbelstromfrequenz Erfahrungswerte aus vorhergegangenen Erwärmungen verwendet werden können.
  • Die 3 und 4 zeigen ein Diagramm einer für die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Titanlegierung TiAl6V4 durchgeführten Differenz-Thermoanalyse, kurz DTA. Dabei wird über der in °C angegebenen Temperatur des Bauteils 1 eine Spannung in mV bzw. μV gemessen, um das Aufschmelzverhalten der zum Einsatz kommenden Titanlegierung feststellen zu können. In 3 ist der Abschnitt der Kurve vom Aufheizen des Bauteils 1 aus Zimmertemperatur bis zu einer Temperatur von ca. 1.700°C mit dem Bezugszeichen 8 und der Bereich des Erstarrens des Bauteils 1 von der Temperatur von 1.700°C bis zu einer Temperatur von ca. 500°C mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet.
  • Bei einer DTA werden die zu untersuchende Probensubstanz und eine inerte Referenzsubstanz aufgeheizt. In dem zu messenden Temperaturbereich darf die Referenzsubstanz keine Phasenumwandlung zeigen. Bei Eintreten einer exothermen oder endothermen Reaktion ist die Temperaturdifferenz zwischen der Probensubstanz und der Referenzsubstanz messbar. Mit diesem Verfahren lassen sich neben der Solidus- und der Liquidustemperatur auch die Schmelzenthalpie und die Wärmekapazität metallischer Werkstoffe bestimmen.
  • Aus der vergrößerten Darstellung des Abschnitts 8 in 4 geht hervor, dass in einem Temperaturbereich von ca. 1.530°C bis 1.660°C eine endotherme Reaktion beim Erwärmen der Titanlegierung stattfindet, was darauf hindeutet, dass in diesem Bereich die zur Erwärmung des Bauteils 1 aufgewendete Energie zum Aufschmelzen der festen Phase erforderlich war. Daraus wird deutlich, dass gerade dieser Temperaturbereich zwischen 1.530°C bis 1.660°C für das Schmieden der Titanlegierung TiAl6V4 besonders gut geeignet ist, da in diesem Bereich der oben beschriebene Effekt, nämlich sehr hohe Formänderungen bei sehr geringen Umformkräften aufgrund der geänderten Formänderungsmechanismen, auftritt.
  • Hierbei entspricht die Fläche unterhalb einer mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Linie, welche eine In terpolation des Messwerts bei einer Temperatur von ca. 1.530°C zu dem Messwert bei einer Temperatur von ca. 1.660°C darstellt, dem Anteil der flüssigen Phase innerhalb des gesamten Werkstoffs. Der Zusammenhang zwischen der Flüssigphase und der Temperatur ergibt sich also aus einer Zerlegung des Schmelzpeaks in äquidistante Abschnitte und einer schrittweisen Integration. Im vorliegenden Fall ist bei einer Temperatur von 1.530°C noch das gesamte Material fest, bei einer Temperatur von 1.660°C dasselbe jedoch vollständig flüssig. Auf diese Weise kann anhand des Diagramms von der Temperatur auf den Anteil der flüssigen Phase innerhalb des Bauteils 1 und umgekehrt geschlossen werden. Somit kann aus diesem Diagramm die erforderliche Temperatur entnommen werden, wenn das Bauteil 1 auf einen bestimmten Anteil der flüssigen Phase gebracht werden soll.
  • Dabei gilt, dass, je größer die Fläche zwischen dem Abschnitt 8 und der Linie 10 ist, eine um so feinere Möglichkeit vorliegt, den Anteil der flüssigen und der festen Phase innerhalb des Materials des Bauteils 1 einzustellen. Die in den 3 und 4 dargestellte Differentialthermoanalyse lässt also den Schluss zu, dass bei Titanlegierungen ein ausgeprägtes Erstarrungsintervall (exotherm) bzw. Schmelzintervall (endotherm) vorliegt, welches die beschriebene Umformung des Bauteils 1 in einem teilflüssigen Zustand ermöglicht. Aus diesem Grund muss es sich bei dem für das Bauteil 1 verwendeten Material um eine Legierung handeln, da reines Titan keinen derartigen Schmelz- und Erstarrungsbereich aufweist.
  • In dem bislang beschriebenen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass das Bauteil 1 auf die Schmiedetemperatur erwärmt und unmittelbar nach dem Erreichen derselben geschmiedet wird. Es ist jedoch auch möglich, das Bauteil 1 so zu erwärmen, dass es einen zumindest annähernd vollständig flüssigen Zustand erreicht, das Bauteil 1 anschließend auf die Schmiedetemperatur abzukühlen und erst dann umzuformen. Aus dem sehr hohen Ausschlag der Kurve 9 in 3 ist erkennbar, dass die bei einer Temperatur von knapp unterhalb von 1.600°C stattfindende exotherme Reaktion für eine solche Umformung sehr gute Voraussetzungen bietet.
  • Wie bereits oben erwähnt, handelt es sich bei der Legierung TiAl6V4 um ein für das hierin beschriebene Verfahren sehr gut verwendbares Material, welches auch in verschiedenen praktischen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Es sind jedoch selbstverständlich auch andere Legierungsbestandteile denkbar, wenn hierdurch die Eigenschaften des Bauteils 1 sowohl hinsichtlich seiner Verarbeitbarkeit als auch hinsichtlich der späteren Verwendung desselben verändert werden sollen. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang jedoch, dass stets damit gerechnet werden muss, dass sich der Legierung andere als die vorgesehenen Elemente zusetzen, wodurch sich die Eigenschaften des Werkstoffs entsprechend ändern können. Insbesondere gilt dies auch für den Schmelzbereich der jeweiligen Titanlegierung.
  • Nach dem Schmieden können durch eine Wärmebehandlung des Bauteils 1, insbesondere ein gesteuertes Abkühlen, die mechanischen Eigenschaften desselben beeinflusst werden. Beispielsweise kann das Bauteil 1 so abgekühlt werden, dass nach dem Schmieden eine lamellenartige Struktur bzw. ein lamellares Gefüge der α-Lamellen entsteht. Zwar gilt prinzipiell der Grundsatz, dass eine schnellere Abkühlung aus der Schmiedetemperatur zu einem härteren und spröderen Gefüge des Bauteils 1 führt, jedoch sind auch noch andere Effekte zu beachten, auf die hierin jedoch nicht näher eingegangen wird. Selbstverständlich kann auch ein globulares oder ein Mischgefüge eingestellt werden, beispielsweise ein Gefüge mit 20–30% globularen α-Kristalliten, was zu sehr guten Bauteileigenschaften führt.
  • Prinzipiell ist jedoch durch die oben angegebene, sehr hohe Schmiedetemperatur mehr Spielraum bei der Abkühlung des Bauteils 1 gegeben, wodurch Werkstoffeigenschaften erreicht werden können, die sich mit üblichen Wärmebehandlungen nicht erreichen lassen. Je genauer das Verhalten des jeweiligen Werkstoffs durch entsprechende Versuche erforscht wird, desto exakter lassen sich bestimmte mechanische Eigenschaften bzw. Kennwer te des Bauteils 1, wie z.B. dessen Zugfestigkeit, dessen Bruchdehnung, dessen Korrosionsbeständigkeit oder dessen Schweißbarkeit, einstellen.
  • Hierbei ist eine Besonderheit von Titanlegierungen zu beachten, die beim Abkühlen in einem Bereich zwischen 900°C und 1.000°C eine dynamische Rekristallisation, also eine Kornneubildung, aufweisen. Bei dem oben genannten Werkstoff TiAl6V4 ergibt sich zwischen 950 und 990°C bei Umformgeschwindigkeiten zwischen 1–10 l/s eine dynamische Rekristallisation der α-Phase. Diese dynamische Rekristallisation lässt sich bei der Umformung dadurch ausnutzen, dass das Bauteil 1 beispielsweise in zwei Schritten geschmiedet wird, wobei der zweite Umformschritt als Kalibrierungsschritt ausgeführt ist und einen erheblich geringeren Umformgrad aufweist als der erste Umformschritt. Hierzu wird der zweite Umformschritt im Bereich dieser bekannten Gefügeumwandlung durchgeführt.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Schmieden eines Bauteils, das aus einer Titan als Hauptbestandteil aufweisenden Titanlegierung besteht, wobei das Bauteil bei einer Temperatur geschmiedet wird, bei der sich ein Teil der Titanlegierung in einer flüssigen und ein Teil der Titanlegierung in einer festen Phase befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) induktiv erwärmt wird, und dass die Frequenz und/oder die Pulsweite des das Bauteil (1) erwärmenden Wirbelstroms derart moduliert wird, dass die Eindringtiefe des Wirbelstroms in das Bauteil (1) während der Erwärmung verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich während des Schmiedens ein Teil des in der Titanlegierung enthaltenen Titans in einer flüssigen und ein Teil des in der Titanlegierung enthaltenen Titans in einer festen Phase befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich während des Schmiedens 20–50% der Titanlegierung in einer flüssigen Phase befinden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) innerhalb eines Temperaturbereichs von ΔT = 100K geschmiedet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) auf die Schmiedetemperatur erwärmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) derart erwärmt wird, dass es einen zumindest annähernd vollständig flüssigen Zustand erreicht, und dass das Bauteil (1) anschließend auf die Schmiedetemperatur abgekühlt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) unter einer Schutzatmosphäre, insbesondere unter einer Argonatmosphäre geschmiedet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Eigenschaften des Bauteils (1) vor und/oder nach dem Schmieden durch eine Wärmebehandlung des Bauteils (1) beeinflusst werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) nach dem Schmieden einer derartigen Wärmebehandlung unterzogen wird, dass eine spezifische Gefügestruktur entsteht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) in zwei Schritten geschmiedet wird, wobei der zweite Schritt eine erheblich geringere Formänderung aufweist als der erste Schritt, und wobei während des zweiten Schritts eine Gefügeumwandlung stattfindet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanlegierung TiAl6V4 verwendet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT508323B1 (de) 2009-06-05 2012-04-15 Boehler Schmiedetechnik Gmbh & Co Kg Verfahren zur herstellung eines schmiedestückes aus einer gamma-titan-aluminium-basislegierung
FR2997029B1 (fr) * 2012-10-24 2015-04-17 Snecma Procede de fabrication d'une piece metallique de turbomachine
CN105483588B (zh) * 2015-12-09 2017-06-30 东北大学 一种高强度纯钛板材的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0554808A1 (de) * 1992-01-30 1993-08-11 EFU GESELLSCHAFT FÜR UR-/UMFORMTECHNIK mbH Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallegierungen
EP1127949A2 (de) * 2000-02-23 2001-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. TiAl-basierte Legierung, Verfahren zu deren Herstellung und Rotorblatt daraus
WO2003008655A2 (de) * 2001-07-19 2003-01-30 Plansee Aktiengesellschaft FORMTEIL AUS EINEM INTERMETALLISCHEN GAMMA-TiAl WERKSTOFF
EP1230409B1 (de) * 1999-07-28 2004-01-21 RUAG Components Verfahren zur herstellung eines aus einer metall-legierung gebildeten werkstoffes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0554808A1 (de) * 1992-01-30 1993-08-11 EFU GESELLSCHAFT FÜR UR-/UMFORMTECHNIK mbH Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallegierungen
EP1230409B1 (de) * 1999-07-28 2004-01-21 RUAG Components Verfahren zur herstellung eines aus einer metall-legierung gebildeten werkstoffes
EP1127949A2 (de) * 2000-02-23 2001-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. TiAl-basierte Legierung, Verfahren zu deren Herstellung und Rotorblatt daraus
WO2003008655A2 (de) * 2001-07-19 2003-01-30 Plansee Aktiengesellschaft FORMTEIL AUS EINEM INTERMETALLISCHEN GAMMA-TiAl WERKSTOFF

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