EP2203271A2 - Füge- und materialauftragsverfahren für ein werkstück mit einem werkstückbereich aus einer titanaluminid-legierung - Google Patents

Füge- und materialauftragsverfahren für ein werkstück mit einem werkstückbereich aus einer titanaluminid-legierung

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EP2203271A2
EP2203271A2 EP08838018A EP08838018A EP2203271A2 EP 2203271 A2 EP2203271 A2 EP 2203271A2 EP 08838018 A EP08838018 A EP 08838018A EP 08838018 A EP08838018 A EP 08838018A EP 2203271 A2 EP2203271 A2 EP 2203271A2
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EP
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workpiece
joining
tial alloy
area
tial
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Withdrawn
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EP08838018A
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Inventor
Ulrike Hecht
Victor Vitusevych
Christian Holzschuh
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Original Assignee
Access eV
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    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a joining and a material application method for a workpiece having a workpiece region made of a titanium aluminide alloy.
  • Titanium aluminides belong to the intermetallic alloys which, starting from the TiAl compound, have been developed from 50 atom% Ti and 50 atom% Al.
  • This phase also known as ⁇ -TiAl, has a tetragonal crystal structure in which the atoms Ti and Al occupy certain sites in the crystal lattice. Therefore, the crystal structure of this phase is called an ordered substitution mixed crystal.
  • the titanium content of various TiAl alloys is typically between 50 and 60 wt.%. Exemplary 15 representatives of this alloy class have the following chemical composition (all figures in atomic%): Ti-48Al-2Cr-2Nb, Ti-45Al-5Nb-0.2C-0.2B and Ti-45Al-7Nb-lMo 0, 2 B
  • TiAl alloys are subdivided into gamma alloys, duplex alloys, and lamellar alloys because of the phases and microstructures that can be produced by alloying and process molding.
  • the duplex alloy and lamellar alloys contain, in addition to the above-mentioned ⁇ -TiAl, another ordered phase called ⁇ 2 -Ti 3 Al.
  • TiAl alloys are used in the temperature range from about 500 ° C to about 900 ° C.
  • Titanium alloys are to be distinguished from the TiAl alloys. Titanium alloys refer to a class of metallic materials whose main constituent is titanium (100 to 75% by weight) and which contain small proportions (0 to 25% by weight) of other alloying elements. Typical representatives of this alloy class have the following chemical composition
  • Titanium alloys are divided into ⁇ , ⁇ and ⁇ + ⁇ alloys because of the crystal structure stabilized by alloying elements. The fact that these structural variants even exist is due to the polymorphism of the pure element titanium, which has a cubic body-centered crystal lattice at temperatures above 882 ° C and is called ⁇ (Ti) in this state, while below 882 ° C it is a hexagonal close-packed crystal lattice and ⁇ (Ti) is called.
  • Titanium alloys are used at temperatures up to 500 ° C. Above such temperatures, their strength decreases rapidly.
  • Titanium alloys on the one hand and titanium alloys on the other hand are therefore constructed from completely different material phases. This results in not only the specific thermophysical and mechanical properties but also very different requirements with regard to the joining techniques used. Titanium alloys are ge
  • TiAl alloys are susceptible to thermal stress due to the brittle-ductile transition at 700 ° C to 800 ° C (cracking tendency), which is caused by the properties of ⁇ -TiAl. This aspect is particularly important for technical joining processes, for example concerning welding cracking.
  • Alternative joining techniques for example soldering, are
  • Joining in manufacturing technology refers to the permanent joining of at least two workpieces or components (DIN 8593). By joining a cohesion between the previously separated workpieces locally, d. H. at joints, created and brought about a change in shape of the emerging component.
  • the compound may be solid or movable in this case. About effective surfaces of the compound, the operating forces are transmitted.
  • the connection technology has three mechanical connection types: non-positive, positive and fluid connections. The present application is particularly concerned with the cohesive joining, so the cohesive bonding.
  • Cohesive connections are compounds in which the connection partners are held together by means of atomic or molecular forces. They are at the same time non-detachable connections, which can only be separated by destruction of the connecting means. Bonded joints are categorized into: solder joints, welded joints, glued joints, vulcanizing joints and press joints. The present application is particularly concerned with the cohesive bonding methods soldering and welding.
  • Soldering is a thermal process for the material joining of materials, whereby a liquid phase is formed by melting a solder (melt soldering) or by diffusion at interfaces (diffusion soldering). The solidus temperature of the base materials is not reached (DIN 8505 "Soldering") A non-detachable, material-locking connection is produced by means of soldering
  • the most common bonding material is an easily fusible metal alloy, the solder, which is used to create a metallic bond between two metallic workpieces.
  • Welding refers to the permanent joining of components or workpieces using heat or pressure with or without welding filler material (s) (DIN ISO 857-1). Fusion welding processes are mostly used for mostly metallic materials. The connection takes place depending on the welding process in a weld or a Welding point, during friction welding in a surface. The welding necessary energy is supplied from the outside.
  • Titanium aluminides are becoming increasingly important as lightweight high-temperature materials, for example for engine and gas turbine construction. By their use, the efficiency of conventional internal combustion engines can be increased by reducing oscillating or rotating masses of individual structural components.
  • the titanium aluminides include in particular the ⁇ -titanium aluminides.
  • a TiAl material is, for example, an alloy which contains, in addition to the main alloying element Ti, Al (43 to 49), Nb (2 to 10), Mo (O to 3), Cr (2 to 5), C (O to 0.3) and B (O to 0.5).
  • soldering is a joining process which, due to the temperature profiles used, is known for the lowest thermo-mechanical stresses and is therefore considered particularly interesting for the joining of TiAl materials and TiAl-X material combinations.
  • the workpieces to be joined together with a suitable solder are placed in an oven and heated to a temperature that causes the solder to melt.
  • the microstructure of the components or workpieces to be joined does not change massively.
  • the meltable solder wets the components to be joined and penetrates, supported by capillary forces, into the so-called joint gap, in order there to produce a chemical bond between the components to be joined due to diffusion processes.
  • the still liquid constituents solidify in the binding zone, the so-called solder seam.
  • solder joint The quality of a solder joint is largely determined by the solder used, which is an alloy with a lower melting point than both materials to be joined, and can be in the form of powder, wire or foil.
  • the solder must also wet well in the molten state both materials to be joined. Elements made of solder must diffuse into both materials to be joined in order to produce a chemical compound without
  • the document DE 697 24 730 T2 relates to the brazing of a casting-made turbocharger wheel made of a TiAl alloy and a rotor shaft made of heat-resistant steel, wherein the connection is produced by high-frequency induction heating.
  • a total of 30 solders are named Ag, Ni, Cu and Ti based alloys, specifically Ag-33Cu4Ti, Ag-35.5Cu-l.7Ti, Cu-lCo-31.5Mn, Ti-15Ni-15Cu and BNi -3 (all figures in% by weight).
  • the known method is described by Noda et al. (Noda et al., "Joining of TiAl and steel by induction brazing", Materials Science and Engineering, A239-240, p. 613-618, 1997) are described in detail in a paper article, and the formation of single phases in the joining zone becomes described in detail.
  • the Lot Ag-35.2Cu-l.8Ti is considered more suitable than the Lot Ti-15Ni-15Cu.
  • Document EP 0 904 881 B1 describes a composite method and the materials required for it, which enable the diffusion soldering of workpieces made of TiAl and which are suitable for carrying out repairs on workpieces made of TiAl.
  • the solder paste required for diffusion soldering and repair soldering is characterized as a homogeneous powder mixture consisting of powder A, powder B and an organic binder. Powder A of a TiAl alloy is mixed with powder B of a Ti or a Cu alloy and mixed with the organic binder to form a spreadable mass. This mass is applied to the parts to be joined of the workpieces and the overall assembly is held for a few minutes in a vacuum oven at a temperature of 1000 ° C to 1300 ° C.
  • the chemical composition of the two powders A and B are as A: Ti-Al-Cr-Nb with 46 to 50 atom% Al and B: Ti-Cu-Ni with 10-15 wt.% Cu and 10 to 15 wt.% Ni specified.
  • a method for diffusion sintering is described in EP 1 507 062 A2 for the connection of a turbocharger wheel made of TiAl with a shaft made of steel. Unlike diffusion soldering, only a single powdery component is mixed with a suitable organic binder and applied to the joint gap. It is particularly fine-grained powder of a TiAl alloy. The diffusion sintering takes place at temperatures of 1200 ° C to 1430 ° C over a period of 45 minutes to 2 hours.
  • Patent US 3,702,763 discloses a series of Ag-Pd-Ga solders for the soldering of titanium materials, for example Ti-6A1-4V, the composition of these solders comprises in addition to the main constituent silver (Ag), the element palladium (Pd) with proportions of 1 to 20% by weight and the element gallium (Ga) with proportions of 3 to 10% by weight.
  • the object of the invention is to provide a method for the integral joining of workpieces and a method for applying material to a workpiece, which are particularly suitable for workpiece areas made of a TiAl alloy.
  • This object is achieved by a method for cohesive joining of workpieces according to independent claim 1 and a method for applying material to a workpiece according to independent claim 2.
  • the use of the method according to claims 13 and 14 is provided.
  • a workpiece assembly according to independent claim 15 is provided.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent subclaims.
  • a method for materially joining workpieces in which a workpiece region formed on a workpiece consists of a TiAl alloy and a workpiece region formed on another workpiece comprises a TiAl alloy or one of the TiAl alloy various high-temperature material in a joining area using a joining additive are added, wherein the joining additive contains at least one of the elements gallium and indium.
  • a method for applying material to a workpiece in which a coating material is applied to a workpiece region made of a TiAl alloy by producing a material connection between the application material and the workpiece region, wherein the application material is at least one of the elements gallium and indium and a filler.
  • gallium- and indium-containing addition additives whose melting point is preferably in the temperature range from about 900 ° C. to about 1300 ° C., are particularly well suited for the production of a cohesive compound of TiAl alloys with similar or dissimilar materials, because these Elements in both phases in the structure of a
  • a preferred further development of the method for integral joining provides that the workpiece area formed on one workpiece and the workpiece on the other workpiece formed workpiece area are joined by means of soldering cohesively, with a solder is used as a joining additive.
  • the workpiece area formed on one workpiece and the workpiece area formed on the other workpiece are joined by welding in a material-locking manner, wherein a welding additive is used as the joining additive.
  • the welding is preferably carried out in one embodiment as friction welding.
  • an advantageous embodiment of the method for bonded joining provides that the joining additive is used in the form of an additive type selected from the following group of additive types: wire, foil, tape, powder, paste and coating.
  • a further development of the method for cohesive joining provides that a binary silver-gallium alloy is used as the joining additive.
  • the workpiece region made of the TiAl alloy formed on the one workpiece is joined in a material-locking manner with a workpiece region formed on the other workpiece which consists of a high-temperature material other than the TiAl alloy selected from the following group of high-temperature materials: steel, superalloys, titanium alloys and intermetallic compounds.
  • a development of the method for applying material may provide that the cohesive connection between the application material and the workpiece area is produced by means of soldering.
  • the soldering can be carried out in particular as diffusion soldering.
  • a preferred development of the method for applying material provides that the cohesive connection between the application material and the workpiece area is produced by means of welding.
  • the welding is preferably carried out in one embodiment as build-up welding.
  • the application material is used in the form of a powder or a paste.
  • An advantageous embodiment of the method for applying material provides that the filler contains a powdery filler.
  • a further development of the method for material application provides that a powder of a TiAl alloy is used as powdery filler.
  • the described methods can preferably be used in certain applications.
  • the cohesive joining process may be conveniently used to materially join components of a system selected from the following group of systems: turbocharger and turbine.
  • the material application process may be used to process a manufacturing process or to repair a component of a system selected from the following group of systems: turbocharger and turbine.
  • a workpiece composite in which a workpiece region made of a TiAl alloy and a workpiece region formed on another workpiece are made of a TiAl alloy or a high-temperature material other than the TiAl alloy in a joining region using a joining additive which contains at least one of the elements gallium and indium, a cohesive joining connection is formed.
  • a joining additive which contains at least one of the elements gallium and indium
  • a workpiece having a workpiece area made of a TiAl alloy can preferably be repaired by applying a material from a coating material which contains at least one of the elements gallium and indium and a filler.
  • the workpiece is executed in a suitable development as a component of a system selected from the following group of systems: turbo charger and turbine. Description of preferred embodiments of the invention
  • Fig. 1 is a schematic representation of a material structure for a grooved workpiece area of TiAl and steel
  • Fig. 2 shows an arrangement with a turbocharger and a turbocharger shaft.
  • a joining additive which contains at least one of the elements gallium and indium.
  • a coating material is provided which contains at least one of the elements gallium and indium and a filler.
  • Gallium and indium can be added to various support elements "T", wherein the support elements are Ag, Cu, Ni, Ti or any other alloys whose melting point is in the temperature range of about 900 ° C. to about 1300 ° C.
  • the alloy thus produced - "T-Ga”, “T-In” or “T-Ga / In”, which are used as joining additive or coating material, gallium and / or indium for the construction of the cohesive connection between workpieces made of TiAl or TiAl and responsible for other materials, in particular a high-temperature material different from the TiAl alloy.
  • the order of the material from the materials proposed here can be carried out by means of methods which are known as such in various embodiments.
  • gallium is exceptionally well suited for this purpose.
  • the intermetallic compounds of Ga such as TiGa and Ti 3 Ga, called titangallides, are isomorphic with the stoichiometrically equivalent titanium aluminides TiAl and Ti 3 Al, ie they have the same atomic structure of the crystal lattice and similar lattice constants: TiAl and TiGa tetragonal lattice (Pearson Symbol tP4) as well as Ti 3 Al and Ti 3 Ga - hexagonal lattice (Pearson symbol hP8).
  • Gallium also has a remarkably high level of surface solubility in iron and nickel, thereby ensuring that other materials (steels and Ni-base superalloys) to be added with TiAl are also well penetrated.
  • a technical joining compound Due to the properties of gallium mentioned, advantageous features of a technical joining compound are produced which have been produced with a gallium-containing joining additive, for example an intermediate layer or a solder, which is also referred to as filler material.
  • a gallium-containing joining additive for example an intermediate layer or a solder, which is also referred to as filler material.
  • the crystalline structure of the materials to be joined is not massively impaired, in particular the lamellar microstructure of the TiAl workpiece areas remains (see FIG. 1).
  • a precision cast turbocharger wheel 1 made of a TiAl alloy with a shaft 2 made of a tempering steel is brazed (see Fig. 2) using as a solder a binary Ag-Ga alloy containing from about 5 to about 10 wt% gallium is used.
  • the solder is provided in the form of a thin strip, the manufacture of which comprises the following steps:
  • a suitable amount of silver is melted in a ceramic crucible and overheated by 10 to 50 ° C.
  • Appropriate quantities of solid gallium are introduced into the molten silver such that the ratio between the weight of the gallium and the weight of the silver is about 5:95 or about 10:90.
  • the solid gallium completely dissolves in the liquid silver and a homogeneous Ag-Ga melt is formed.
  • the homogeneous Ag-Ga melt is poured into a cold metallic mold, which represents a plate-like or bar-shaped cavity, and solidifies there to a plate or Stabfbrmigen starting material.
  • step c) This starting material is rolled into a tape so that the thickness of the tape is in the range of about 50 to about 100 microns and the width of the tape in the range of about 1 to about 3 cm. From the starting material produced in step b) can be produced in this way several meters of tape. The tape is available as a soldering material for further joining steps.
  • the workpieces to be soldered are prepared as follows:
  • the turbocharger 1 is provided at its base with a cylindrical projection.
  • the shaft 2 is provided with a corresponding cylindrical bore, wherein the dimensions of the projection on the one hand and the bore on the other hand are designed so that a relatively tight-fitting connector can be formed.
  • a radial clearance ⁇ r calculated as the difference between the radius of the bore and the radius of the projection reaches values of about 0.05 to about 0.2 mm.
  • the depth of the bore in the shaft 2 is larger by about 1 to about 3 mm than the height of the projection on the base of the turbocharger wheel 1. This then creates a smaller during assembly
  • Cavity 3 (see Fig. 2), which serves as a solder reservoir. The thus prepared workpieces are cleaned.
  • step d) construction is placed in a vacuum oven (10 "3 to 10 " 5 bar) and brought to a temperature of about 950 ° C to about 1050 ° C. At this temperature, the solder melts and wets both to be joined workpiece areas. Due to the capillary forces, the molten solder penetrates into the gap corresponding to the radial clearance ⁇ r. Over a period of a few minutes, for example 5 to 10 minutes, the structure of the integral connection takes place in a joining region 4 (see FIG. in that the active element of the solder, namely gallium, penetrates into the materials to be joined with the formation of substitution mixed crystals and connects them firmly together.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstücken, bei dem ein an einem Werkstück gebildeter Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung und ein an einem anderen Werkstück gebildeter Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung oder einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff in einem Fügebereich unter Verwendung eines Fügezusatzstoffes gefügt werden, wobei der Fügezusatzstoff mindestens eines der Elemente Gallium und Indium enthält. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Materialauftragen auf ein Werkstück, bei dem auf einen Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung ein Auftragsmaterial aufgebracht wird, indem zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird, wobei das Auftragsmaterial mindestens eines der Elemente Gallium und Indium und einen Füllstoff enthält.

Description

Füge- und Materialauftragsverfahren für ein Werkstück mit einem Werkstückbereich aus einer Titanaluminid-Legierung
Die Erfindung betrifft ein Füge- und ein Materialauftragsverfahren für ein Werkstück mit 5 einem Werkstückbereich aus einer Titanaluminid-Legierung.
Hintergrund der Erfindung
Titanaluminide, kurz TiAl-Legierungen genannt, gehören zu den intermetallischen Legierun- 10 gen, die ausgehend von der TiAl- Verbindung aus 50 Atom% Ti und 50 Atom% Al entwickelt wurden. Diese auch als γ-TiAl bekannte Phase hat eine tetragonale Kristallstruktur, in der die Atome Ti und Al bestimmte Plätze in dem Kristallgitter einnehmen. Deshalb wird die Kristallstruktur dieser Phase als geordneter Substitutionsmischkristall bezeichnet. Der Titangehalt diverser TiAl-Legierungen liegt typischerweise zwischen 50 und 60 Gew.%. Beispielhafte 15 Vertreter dieser Legierungsklasse weisen folgende chemische Zusammen-setzung auf (alle Angaben in Atom %): Ti-48Al-2Cr-2Nb, Ti-45Al-5Nb-0.2C-0.2B und Ti-45Al-7Nb-lMo- 0,2B
TiAl-Legierungen werden aufgrund der Phasen und Gefüge, die legierungs- und prozesstech- 10 nisch erzeugt werden können, in Gamma-Legierungen, Duplexlegierungen und lamellare Legierungen unterteilt. Die Duplexlegierung und lamellaren Legierungen enthalten neben dem oben genannten γ-TiAl eine weitere geordnete Phase, die α 2-Ti3Al genannt wird.
TiAl-Legierungen werden im Temperaturbereich von etwa 500°C bis etwa 900°C eingesetzt.
>5
Von den TiAl-Legierungen zu unterscheiden sind Titanlegierungen. Als Titanlegierungen wird eine Klasse von metallischen Werkstoffen bezeichnet, deren Hauptbestandteil Titan ist (100 bis 75 Gew.%) und die geringe Anteile (0 bis 25 Gew.%) weiterer Legierungselemente enthalten. Typische Vertreter dieser Legierungsklasse weisen folgende chemische Zusam-
50 mensetzung auf (alle Angaben in Gew.%): Η-6A1-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo und Ti- 15Mo- 2.7Nb-3Al-0,2Si. Titanlegierungen werden aufgrund der Kristallstruktur, die durch Legierungselemente stabilisiert wird, in α-, ß- und α+ß-Legierungen unterteilt. Dass diese Strukturvarianten überhaupt existieren, liegt an dem Polymorphismus des reinen Elementes Titan, das bei Temperaturen oberhalb von 882°C ein kubisch raumzentriertes Kristallgitter aufweist und in diesem Zustand ß(Ti) genannt wird, während es unterhalb von 882°C ein hexagonal dichtgepacktes Kristallgitter aufweist und α(Ti) heißt.
Titanlegierungen werden bei Temperaturen bis zu 500°C eingesetzt. Oberhalb solcher Temperaturen nimmt ihre Festigkeit rapide ab.
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Wesentliche Unterschiede zwischen Titanlegierungen einerseits und TiAl-Legierungen andererseits lassen sich gemäß Tabelle 1 zusammenfassen.
Tabelle 1
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TiAl-Legierungen einerseits und Titanlegierungen andererseits sind also aus vollkommen unterschiedlichen Materialphasen aufgebaut. Hieraus ergeben sich nicht nur die jeweils spezifischen thermophysikalischen und mechanische Eigenschaften sondern auch sehr unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der verwendeten Fügetechniken. Titanlegierungen sind ge¬
.0 genüber thermischen Spannungen tolerant. Im Unterschied dazu sind TiAl-Legierungen anfällig gegenüber thermischen Spannungen wegen des Spröd-Duktil-Übergangs bei 700°C bis 800°C (Rissneigung), was durch die Eigenschaften des γ-TiAl hervorgerufen wird. Dieser Aspekt ist besonders für fügetechnische Verfahren wichtig, zum Beispiel die Rissbildung beim Schweissen betreffend. Alternative fügetechnische Verfahren, zum Beispiel Löten, sind
>5 für TiAl-Legierungen ebenfalls schwierig umzusetzen, vor allem wegen der Bildung so genannter „Heusler-Phasen", nämlich intermetallische Verbindungen des Typs TiM2Al (mit M= Ni,Cu, Au, Pd, Co, u. a.), die als spröde Phasen im Fügebereich entstehen und die Qualität der Lötverbindung beeinträchtigen.
Fügen bezeichnet in der Fertigungstechnik das dauerhafte Verbinden von mindestens zwei Werkstücken oder Bauteilen (DIN 8593). Mittels Fügen wird ein Zusammenhalt zwischen den zuvor getrennten Werkstücken lokal, d. h. an Fügestellen, geschaffen und eine Formänderung des neu entstehenden Bauteils herbeigeführt. Die Verbindung kann hierbei von fester oder beweglicher Gestalt sein. Über Wirkflächen der Verbindung werden die auftretenden Betriebskräfte übertragen. Die Verbindungstechnik kennt drei mechanische Verbindungsar- ten: kraftschlüssige, formschlüssige und stoffflüssige Verbindungen. Die vorliegende Anmeldung beschäftigt sich insbesondere mit dem stoffschlüssigen Fügen, also dem stoffschlüssigen Verbinden.
Stoffschlüssige Verbindungen werden Verbindungen genannt, bei denen die Verbindungs- partner mittels atomarer oder molekularer Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Stoffschlüssige Verbindungen werden kategorisiert in: Lötverbindungen, Schweißverbindungen, Klebverbindungen, Vulkanisierverbindungen und Pressverbindungen. Die vorliegende Anmeldung beschäftigt sich insbesondere mit den stoffschlüssigen Verbin- dungsverfahren Löten und Schweißen.
Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht. Die Solidustemperatur der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht (DIN 8505 „Löten"). Mittels Löten wird eine nichtlösbare, stoffschlüssige Verbindung hergestellt. Als Verbindungsmaterial dient meist eine leicht schmelzbare Metalllegierung, das Lot. Mit dessen Hilfe wird eine metallische Verbindung von zwei metallischen Werkstücken erzeugt.
Schweißen bezeichnet das unlösbare Verbinden von Bauteilen oder Werkstücken unter Verwendung von Wärme oder Druck mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoff(e) (DIN ISO 857-1). Besonders häufig werden Schmelzschweißverfahren für meist metallische Materialien angewendet. Die Verbindung erfolgt je nach Schweißverfahren in einer Schweißnaht oder einem Schweißpunkt, beim Reibschweißen auch in einer Fläche. Die Schweißen notwendige Energie wird von außen zugeführt.
Titanaluminide (TiAl- Werkstoffe) gewinnen als leichte Hochtemperaturwerkstoffe zuneh- mend an Bedeutung, beispielsweise für den Motoren- und Gasturbinenbau. Mittels ihrer Verwendung kann der Wirkungsgrad konventioneller Verbrennungskraftmaschinen gesteigert werden, indem oszillierende oder rotierende Massen einzelner Baukomponenten reduziert werden. Zu den Titanaluminiden gehören insbesondere die γ-Titanaluminide. Ein TiAl- Werkstoff ist beispielsweise eine Legierung die neben dem Hauptlegierungselement Ti fol- gende Elemente enthält Al (43 bis 49), Nb (2 bis 10), Mo(O bis 3), Cr (2 bis 5), C(O bis 0,3) und B(O bis 0,5).
Um Bauteile aus TiAl-Legierungen in Systemen wie beispielsweise Abgasturboladern anwenden zu können, ist eine zuverlässige und kostengünstige Fügetechnologie erforderlich, zum Beispiel zum Fügen von Rotoren aus TiAl-Legierungen und Wellen aus speziellen Stählen oder anderen Hochtemperaturwerkstoffen wie Stahl 1.4718 (Ventilstahl), Stahl 1,4923 (hochwarmfester Stahl) oder Stahl 1.7227 (Vergütungsstahl) oder Superlegierungen wie Inco- nel (IN718) oder Incoloy 909.
Zum Fügen zwischen TiAl-Legierungen und artgleichen oder artfremden Werkstoffen wurden Verfahren wie Reibschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Laserstrahlschweißen vorgeschlagen. So ist zum Beispiel aus den Dokumenten US 6,291,086 und DE 697 18 713 T2 die Nutzung des Reibschweißens in Verbindung mit TiAl-Legierungen bekannt. Die Schweißverfahren sind nur bedingt geeignet, weil in den zu fügenden Werkstoffen relativ hohe thermo- mechanische Spannungen induziert werden, auf die insbesondere die Ti Al- Werkstoffe im Temperaturbereich des sogenannten spröd-duktil Überganges (Tcrit ~ 600 bis 800°C) höchst sensibel reagieren. Um die Bildung von Spannungsrissen zu vermeiden, sind die Prozessfenster der oben genannten Verfahren relativ eng, und es bedarf in den meisten Fällen einer aufwendigen Vorrichtung für das Erwärmen und das Abkühlen der zu fügenden Werkstücke oder Bauteile.
Löten ist hingegen ein Fügeverfahren, welches aufgrund der angewendeten Temperaturprofile für geringste thermo-mechanische Spannungen bekannt ist und deshalb für das Fügen von TiAl- Werkstoffen und TiAl-X- Werkstoffpaarungen als besonders interessant bewertet wird. Beim Löten werden die zu fügenden Werkstücke zusammen mit einem geeigneten Lot in einen Ofen gesetzt und auf eine Temperatur erwärmt, die das Lot zum Schmelzen bringt. Die Gefügestruktur der zu fügenden Bauteile oder Werkstücke verändert sich nicht massiv. Das schmelzfähige Lot benetzt die zu fügenden Bauteile und dringt, unterstützt von Kapillarkräf- 5 ten, in den sogenannten Fügespalt ein, um dort aufgrund von Diffusionsprozessen eine chemische Verbindung zwischen den zu fügenden Bauteilen zu erzeugen. Beim anschließenden Abkühlvorgang erstarren die noch flüssigen Bestandteile in der Bindezone, der sogenannten Lötnaht.
10 Die Qualität einer Lötverbindung wird maßgeblich durch das verwendete Lot bestimmt, das eine Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als beide zu fügenden Werkstoffe ist, und in Form von Pulver, Draht oder Folie vorliegen kann. Das Lot muss außerdem im schmelzflüssigen Zustand beide zu fügenden Werkstoffe gut benetzen. Elemente aus dem Lot müssen in beide zu fügende Werkstoffe diffundieren, um eine chemische Verbindung zu erzeugen, ohne
15 allerdings zur Bildung spröder, intermetallischer Phasen zu führen.
Für das Löten von TiAl-Werkstoffen und TiAl-X- Werkstoffpaarungen wurden eine Reihe kommerziell verfügbarer Hartlote und Sonderlote untersucht, deren Schmelztemperatur größer als 900°C ist. Hierzu gehören Lote auf der Basis von Nickel, Kupfer, Titan und Edelme- .0 tallen wie Silber und Gold. Es wurde jedoch gefunden, dass Lote auf Basis von Nickel, Kupfer und Gold mit TiAl-Werkstoffen unter Bildung spröder, intermetallischer Phasen des Typs AlM2Ti (mit M = Ni, Cu, Au, Pd, Co) reagieren, die auch als Heusler-Phasen bekannt sind.
Aus dem Dokument DE 698 15 011 T2 sind Verbund- und Auftragsdiffusionslötverfahren für £5 Werkstücke aus TiAl-Legierungen bekannt.
Das Dokument DE 697 24 730 T2 bezieht sich auf das Löten eines gießtechnisch hergestellten Turboladerrads aus einer TiAl-Legierung und einer Rotorwelle aus hitzebeständigem Stahl, wobei die Verbindung durch Hochfrequenzinduktionserwärmung erzeugt wird. Als 30 Lote werden pauschal Ag-, Ni-, Cu- und Ti-Basis Legierungen benannt, konkret Ag-33Cu- 4Ti, Ag-35.5Cu-l.7Ti, Cu-lCo-31.5Mn, Ti-15Ni-15Cu und BNi-3 (alle Angaben in Gew.%). Das bekannte Verfahren wird von Noda et al. (Noda et al., „Joining of TiAl and steel by in- duction brazing", Materials Science and Engineering, A239-240, S. 613-618, 1997) in einem Fachartikel ausführlich beschrieben, und die Bildung einzelner Phasen in der Fügezone wird detailliert beschrieben. Das Lot Ag-35.2Cu-l.8Ti wird im Vergleich zum Lot Ti-15Ni-15Cu als besser geeignet bewertet.
Im Dokument EP 0 904 881 Bl werden ein Verbundverfahren und die dafür notwendigen Materialien beschrieben, die das Diffusionslöten von Werkstücken aus TiAl ermöglichen und die dafür geeignet sind, Reparaturen an Werkstücken aus TiAl vorzunehmen. Die für das Diffusionslöten und das Reparaturlöten notwendige Lötmasse wird als homogenes Pulvergemisch, bestehend aus Pulver A, Pulver B und einem organischen Binder charakterisiert. Pulver A aus einer TiAl-Legierung wird mit Pulver B aus einer Ti- oder einer Cu-Legierung ge- mischt und mit dem organischen Binder zu einer streichfähigen Masse verrührt. Diese Masse wird auf die zu fügenden Stellen der Werkstücke aufgetragen und die Gesamtanordnung wird für einige Minuten in einem Vakuumofen bei einer Temperatur vonl000°C bis 1300°C gehalten. Die chemische Zusammensetzung der beiden Pulver A und B werden als A: Ti-Al-Cr-Nb mit 46 bis 50 Atom% Al und B: Ti-Cu-Ni mit 10-15 Gew.% Cu und 10 bis 15 Gew.% Ni spe- zifiziert.
Ein Verfahren zum Diffusionssintern beschreibt EP 1 507 062 A2 für die Verbindung eines Turboladerrades aus TiAl mit einer Welle aus Stahl. Anders als beim Diffusionslöten wird hier nur eine einzige pulverförmige Komponente mit einem geeigneten organischen Binder vermischt, und in den Fügespalt aufgetragen. Es handelt sich dabei um besonders feinkörniges Pulver aus einer TiAl-Legierung. Das Diffusionssintern erfolgt bei Temperaturen von 1200°C bis 1430°C über einen Zeitraum von 45 Minuten bis 2 Stunden.
Im Dokument US 3,702,763 ist eine Reihe von Ag-Pd-Ga Loten für das Löten von Titan- Werkstoffen offenbart, zum Beispiel Ti-6A1-4V, die Zusammensetzung dieser Lote umfasst neben dem Hauptbestandteil Silber (Ag), das Element Palladium (Pd) mit Anteilen von 1 bis 20 Gew.% sowie das Element Gallium (Ga) mit Anteilen von 3 bis 10 Gew.%.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstücken sowie ein Verfahren zum Materialauftragen auf ein Werkstück zu schaffen, die in besonderer Weise für Werkstückbereiche aus einer TiAl-Legierung geeignet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstücken nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Materialauftragen auf ein Werkstück nach dem unabhängigen Anspruch 2 gelöst. Weiterhin ist die Verwendung der Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein 5 Werkstückverbund nach dem unabhängigen Anspruch 15 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstücken geschaffen, bei dem ein an einem Werkstück gebildeter Werkstückbereich aus 10 einer Ti AI-Legierung und ein an einem anderen Werkstück gebildeter Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung oder einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff in einem Fügebereich unter Verwendung eines Fügezusatzstoffes gefügt werden, wobei der Fügezusatzstoff mindestens eines der Elemente Gallium und Indium enthält.
15 Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Materialauftragen auf ein Werkstück geschaffen, bei dem auf einen Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung ein Auftragsmaterial aufgebracht wird, indem zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird, wobei das Auftragsmaterial mindestens eines der Elemente Gallium und Indium und einen Füllstoff enthält.
.0
Es wurde gefunden, dass sich gallium- und indiumhaltige Fügezusatzstoffe, deren Schmelzpunkt bevorzugt im Temperaturbereich von etwa 900°C bis etwa 1300°C liegt, besonders gut für die Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung von TiAl-Legierungen mit artgleichen oder artfremden Werkstoffen eignen, weil diese Elemente in beide Phasen im Gefüge einer
>5 TiAl-Legierungen, sowohl γ-TiAl als auch OC2-Ti3Al, eindringen und dort die AI-Atome substituieren, ohne die kristalline Struktur des Grundwerkstoffes zu verändern. Für die gallium- oder indiumhaltige Fügezusatzstoffe oder Auftragsmaterialien wurde darüber hinaus eine exzellente Benetzung der Werkstückbereiche aus TiAl-Legierungen gefunden.
50 Nachfolgend werden zunächst vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen erläutert.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen sieht vor, dass der ein an einem Werkstück gebildete Werkstückbereich und der an dem anderen Werkstück ge- bildete Werkstückbereich mittels Löten stoffschlüssig gefügt werden, wobei als Fügezusatzstoff ein Lot verwendet wird.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen kann 5 vorgesehen sein, dass der ein an einem Werkstück gebildete Werkstückbereich und der an dem anderen Werkstück gebildete Werkstückbereich mittels Schweißen stoffschlüssig gefügt werden, wobei als Fügezusatzstoff ein Schweißzusatzstoff verwendet wird. Das Schweißen wird bevorzugt in einer Ausgestaltung als Reibschweißen ausgeführt.
10 Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen sieht vor, dass der Fügezusatzstoff in Form einer Zusatzstoffart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Zusatzstoffarten verwendet wird: Draht, Folie, Band, Pulver, Paste und Beschichtung.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen vor, dass als 15 Fügezusatzstoff eine binäre Silber-Gallium Legierung verwendet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen kann vorgesehen sein, dass der an dem einen Werkstück gebildete Werkstückbereich aus der TiAl- Legierung mit einem an dem anderen Werkstück gebildeten Werkstückbereich stoffschlüssig >0 gefügt wird, welcher aus einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Hochtemperaturwerkstoffen gebildet ist: Stahl, Superlegierungen, Titanlegierungen und intermetallische Verbindungen.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum Materialauftragen >5 erläutert.
Eine Weiterbildung des Verfahrens zum Materialauftragen kann vorsehen, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich mittels Löten hergestellt wird. Das Löten kann insbesondere als Diffusionslöten ausgeführt werden. iθ
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zum Materialauftragen sieht vor, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich mittels Schweißen hergestellt wird. Das Schweißen wird bevorzugt in einer Ausgestaltung als Auftragsschweißen ausgeführt. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens zum Materialauftragen kann vorgesehen sein, dass das Auftragsmaterial in Form eines Pulver oder einer Paste verwendet wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Materialauftragen sieht vor, dass der Füllstoff einen pulverförmigen Füllstoff enthält.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung des Verfahrens zum Materialauftragen vor, dass als pulver- förmiger Füllstoff ein Pulver aus einer TiAl-Legierung verwendet wird.
Die beschriebenen Verfahren können bevorzugt in bestimmten Anwendungen verwendet werden. Das Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen kann zweckmäßig verwendet werden, um Komponenten eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen stoffschlüssig zu fügen: Turbolader und Turbine. Das Verfahren zum Materialauftragen kann zum Bear- beiten in einem Herstellungsprozess oder zum Reparieren einer Komponente eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen verwendet werden: Turbolader und Turbine.
Mittels des Verfahrens zum stoffschlüssigen Fügen ist bevorzugt ein Werkstückverbund her- stellbar, bei dem zwischen einem an einem Werkstück gebildeten Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung und einen an einem anderen Werkstück gebildeten Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung oder einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff in einem Fügebereich unter Verwendung eines Fügezusatzstoffes, welcher mindestens eines der Elemente Gallium und Indium enthält, eine stoffschlüssige Fügeverbindung gebildet ist. Bei einer Weiterbildung des Werkstückverbundes kann vorgesehen sein, dass das Werkstück und das andere Werkstück Komponenten eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen sind: Turbolader und Turbine.
Mittels des Verfahrens zum Materialauftragen kann bevorzugt ein Werkstück mit einem Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung repariert werden, indem ein Materialauftrag aus einem Auftragsmaterial erfolgt, welches mindestens eines der Elemente Gallium und Indium und einen Füllstoff enthält. Das Werkstück ist in einer zweckmäßigen Weiterbildung ausgeführt als eine Komponente eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen: Turbo lader und Turbine. Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Materialstruktur für einen gefugten Werkstückbereich aus TiAl und Stahl Fig. 2 eine Anordnung mit einem Turboladerrad und einer Turboladerwelle.
Bei einem Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstücken mit einem Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung ist ein Fügezusatzstoff vorgesehen, welcher mindestens eines der Elemente Gallium und Indium enthält. Für ein Verfahren zum Materialauftragen auf ein Werkstück mit einem Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung ist ein Auftragsmaterial vorgesehen, welches mindestens eines der Elemente Gallium und Indium sowie einen Füll- stoff enthält.
Gallium und Indium können zu diversen Trägerelementen „T" zulegiert werden, wobei die Trägerelemente Ag, Cu, Ni, Ti oder beliebige andere Legierungen sind, deren Schmelzpunkt im Temperaturbereich von etwa 900°C bis etwa 1300°C liegt. In den so erzeugten Legierun- gen „T-Ga", „T-In" oder „T-Ga/In", die als Fügezusatzstoff oder Auftragsmaterial verwendet werden, sind Gallium und / oder Indium für den Aufbau der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Werkstücken aus TiAl oder aus TiAl und anderen Werkstoffen zuständig, insbesondere einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff. Der Auftrag des Materials aus den hier vorgeschlagenen Materialien kann mittels Verfahren erfolgen, die als solche in verschiedenen Ausführungen bekannt sind.
Es wurde gefunden, dass sich Gallium außergewöhnlich gut für diesen Zweck eignet. Die intermetallischen Verbindungen von Ga wie TiGa und Ti3Ga, Titangallide genannt, sind mit den stöchiometrisch äquivalenten Titanaluminiden TiAl und Ti3Al isomorph, d. h. sie weisen den gleichen atomaren Aufbau der Kristallgitter und ähnliche Gitterkonstanten auf: TiAl und TiGa - tetragonales Gitter (Pearson Symbol tP4) sowie Ti3Al und Ti3Ga - hexagonales Gitter (Pearson Symbol hP8). Auf diese Weise ergibt sich eine kontinuierliche Reihe von Mischkristallen aus TiAl - TiGa und Ti3Al - Ti3Ga, die sich als Ti(Al, Ga) und Ti3(Al, Ga) darstellen lassen. Darüber hinaus substituiert Ga ausschließlich das Al auf den Gitterplätzen der jeweiligen intermetallischen Verbindungen und konkurriert somit nicht mit Niob- Atomen, die ausschließlich das Ti substi- tuieren. Nicht zuletzt deshalb ist Gallium als aktives Element für fügetechnische Aufgaben mit modernen Niob-reichen Ti AI-Legierungen, die bis zu etwa 10 Atom% Niob enthalten, besonders gut geeignet.
Gallium weist außerdem in Eisen und Nickel eine beachtlich hohe Randlöslichkeit auf und gewährleistet dadurch, dass andere Werkstoffe (Stähle und Ni-Basis Superlegierungen), die mit TiAl zu fügen sind, ebenfalls gut durchdrungen werden.
Aufgrund der genannten Eigenschaften des Galliums ergeben sich vorteilhafte Merkmale einer fügetechnischen Verbindung, die mit einem galliumhaltigen Fügezusatzstoff erzeugt wur- de, beispielsweise einer Zwischenschicht oder einem Lot, welche auch als Zusatzwerkstoff bezeichnet wird. Die kristalline Struktur der zu fügenden Werkstoffe wird nicht massiv beeinträchtigt, insbesondere bleibt die lamellare Gefügestruktur der TiAl- Werkstückbereiche erhalten (vgl. Fig. 1).
Nach einem Ausführungsbeispiel wird ein im Feinguss hergestelltes Turboladerrad 1 aus einer TiAl-Legierung mit einer Welle 2 aus einem Vergütungsstahl gelötet (vgl. Fig. 2), wobei als Lot eine binäre Ag-Ga Legierung mit etwa 5 bis etwa 10 Gew. % Gallium zur Anwendung kommt. Das Lot wird in Form eines dünnen Bandes bereitgestellt, dessen Herstellung folgende Schritte umfasst:
a) Eine geeignete Menge Silber wird in einem keramischen Tiegel aufgeschmolzen und um 10 bis 50°C überhitzt. In das schmelzflüssige Silber werden geeignete Mengen festen Galliums eingeführt, so dass das Verhältnis zwischen dem Gewicht des Galliums und dem Gewicht des Silbers bei etwa 5:95 oder etwa 10:90 liegt. Während einer kurzen HaI- tezeit bei einer Temperatur von etwa 950 bis etwa 1050°C löst sich das feste Gallium vollständig in dem flüssigen Silber, und es entsteht eine homogene Ag-Ga Schmelze. b) Die homogene Ag-Ga Schmelze wird in eine kalte metallische Form gegossen, die eineη platten- oder stabförmigen Hohlraum darstellt, und erstarrt dort zu einem platten- oder stabfbrmigen Vormaterial.
c) Dieses Vormaterial wird zu einem Band gewalzt, so dass die Dicke des Bandes im Bereich von etwa 50 bis etwa 100 μm und die Breite des Bandes im Bereich von etwa 1 bis etwa 3 cm liegen. Aus dem im Schritt b) erzeugten Vormaterial können auf diese Weise mehrere Meter Band hergestellt werden. Das Band steht für die weiteren fügetechnischen Schritte als Lotmaterial zur Verfügung.
Die zu lötenden Werkstücke werden wie folgt vorbereitet:
d) Das Turboladerrad 1 wird an seiner Basis mit einem zylindrischen Vorsprung versehen. Die Welle 2 wird mit einer entsprechenden zylindrischen Bohrung versehen, wobei die Maße des Vorsprungs einerseits und der Bohrung andererseits so gestaltet sind, dass eine relativ fest sitzende Steckverbindung gebildeten werden kann. Hierbei erreicht ein radiales Spiel Δr, das sich als Differenz aus dem Radius der Bohrung und dem Radius des Vorsprungs berechnet, Werte von etwa 0,05 bis etwa 0,2 mm. Die Tiefe der Bohrung in der Welle 2 ist um rund etwa 1 bis etwa 3 mm größer als die Höhe des Vorsprungs an der Basis des Turboladerrades 1. Hierdurch entsteht dann beim Zusammenbau ein kleiner
Hohlraum 3 (vgl. Fig. 2), der als Lotreservoir dient. Die so vorbereiteten Werkstücke werden gereinigt.
Die so vorbereiteten Werkstücke werden gereinigt und Stücke des Bandes werden zurechtge- schnitten und in die Bohrung der Welle 2 gelegt. Alternativ dazu können kreisförmige Stücke aus dem Band ausgestanzt und auf eine Stirnseite des Vorsprungs am Turboladerrad 1 gelegt werden. Danach werden Turboladerrad 1 und Welle 2 ineinander gesteckt.
e) Der in Schritt d) entstandene Aufbau wird in einen Vakuumofen gesetzt (10"3 bis 10"5 bar) und auf eine Temperatur von etwa 950°C bis etwa 1050°C gebracht. Bei dieser Temperatur schmilzt das Lot und benetzt beide zu fügenden Werkstückbereiche. Aufgrund der Kapillarkräfte dringt das schmelzflüssige Lot in den Spalt ein, der dem radialen Spiel Δr entspricht. Über einen Zeitraum von wenigen Minuten, zum Beispiel 5 bis 10 Minuten, erfolgt der Aufbau der stoffschlüssigen Verbindung in einem Fügebereich 4 (vgl. Fig. 2), indem das aktive Element des Lotes, nämlich Gallium, unter Bildung von Substitutionsmischkristallen in die zu fügenden Werkstoffe eindringt und diese fest miteinander verbindet.
Schließlich wird der Ofen abgekühlt und die nunmehr stoffschlüssig miteinander verbundenen Werkstücke stehen für weitere Fertigungsschritte bereit.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstücken, bei dem ein an einem Werkstück gebildeter Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung und ein an einem anderen 5 Werkstück gebildeter Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung oder einem von der
TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff in einem Fügebereich unter Verwendung eines Fügezusatzstoffes gefügt werden, wobei der Fügezusatzstoff mindestens eines der Elemente Gallium und Indium enthält.
10 2. Verfahren zum Materialauftragen auf ein Werkstück, bei dem auf einen Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung ein Auftragsmaterial aufgebracht wird, indem zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird, wobei das Auftragsmaterial mindestens eines der Elemente Gallium und Indium und einen Füllstoff enthält.
15
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der ein an einem Werkstück gebildete Werkstückbereich und der an dem anderen Werkstück gebildete Werkstückbereich mittels Löten stoffschlüssig gefügt werden, wobei als Fügezusatzstoff ein Lot verwendet wird.
>0
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der ein an einem Werkstück gebildete Werkstückbereich und der an dem anderen Werkstück gebildete Werkstückbereich mittels Schweißen stoffschlüssig gefügt werden, wobei als Fügezusatzstoff ein Schweißzusatzstoff verwendet wird.
>5
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügezusatzstoff in Form einer Zusatzstoffart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Zusatzstoffarten verwendet wird: Draht, Folie, Band, Pulver, Paste und Beschichtung.
SO 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 sowie 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügezusatzstoff eine binäre Silber-Gallium Legierung verwendet wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 sowie 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem einen Werkstück gebildete Werkstückbereich aus der TiAl- Legierung mit einem an dem anderen Werkstück gebildeten Werkstückbereich stoffschlüssig gefügt wird, welcher aus einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hoch-
5 temperaturwerkstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Hochtemperaturwerkstoffen gebildet ist: Stahl, Superlegierungen, Titanlegierungen und intermetallische Verbindungen.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige 10 Verbindung zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich mittels Löten hergestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Auftragsmaterial und dem Werkstückbereich mittels Schwei-
15 ßen hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial in Form eines Pulver oder einer Paste verwendet wird.
ZO 11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 sowie 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen pulverförmigen Füllstoff enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als pul verförmiger Füllstoff ein Pulver aus einer TiAl-Legierung verwendet wird.
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13. Verwendung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 sowie 3 bis 7 zum stoffschlüssigen Fügen von Komponenten eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen: Turbolader und Turbine.
?0 14. Verwendung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 2 sowie 8 bis 12 zum Bearbeiten in einem Herstellungsprozess oder zum Reparieren einer Komponente eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen: Turbolader und Turbine.
15. Werkstückverbund, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 sowie 3 bis 7, bei dem zwischen einem an einem Werkstück gebildeten Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung und einen an einem anderen Werkstück gebildeten Werkstückbereich aus einer TiAl-Legierung oder einem von der TiAl-Legierung verschiedenen Hochtemperaturwerkstoff in einem Fügebereich unter Verwendung eines Fügezusatzstoffes, welcher mindestens eines der Elemente Gallium und Indium enthält, eine stoffschlüssige Fügeverbindung gebildet ist.
16. Werkstückverbund nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Werkstück und das andere Werkstück Komponenten eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen sind: Turbolader und Turbine.
17. Werkstück, welches nach einem Verfahren zum Materialauftragen nach mindestens ei- nem der Ansprüche 2 sowie 8 bis 12 bearbeitet ist, mit einem Werkstückbereich aus einer
TiAl-Legierung, auf dem ein Materialauftrag aus einem Auftragsmaterial gebildet ist, welches mindestens eines der Elemente Gallium und Indium und einen Füllstoff enthält.
18. Werkstück nach Anspruch 17, ausgeführt als eine Komponente eines Systems ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Systemen: Turbolader und Turbine.
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