Einsatz einer neu entwickelten Hochtemperatur-Bauraumheizung für die additive Fertigung von Titanaluminiden

Abstract

Titanaluminide sind leichte, hochtemperaturfeste Werkstoffe, die zur Verringerung der Lärm- und CO2-Emissionen vor Allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden. Die additive Fertigung von Komponenten aus γ-TiAl-Legierungen könnte in Zukunft kostenintensive subtraktive Fertigungsverfahren substituieren. Dafür muss sowohl eine entsprechende Anlagenausstattung als auch entsprechendes Knowhow vorhanden sein. Ziel dieser Arbeit ist die Erprobung eines neuartigen Heizsystems für das selektive Laserschmelzverfahren und die Ermittlung idealer Prozessparameter bei der additiven Fertigung von Ti-48Al-2Cr-2Nb. Die Hochtemperatur-Bauraumheizung wurde dafür in drei Phasen getestet und anschließend bei der additiven Fertigung der TiAl-Legierung im Laserschmelzprozess eingesetzt. Bei Vorheiztemperaturen von 600°C bis zu 1000°C sind Proben gefertigt worden, die im Hinblick auf Werkstoffeigenschaften untersucht und analysiert wurden. Bei den hohen Temperaturen im Bauprozess und eine geringen Abkühlrate (ca. 5 K/min) gelang es, Proben herzustellen, die unter bis zu 500-facher Vergrößerung keine Risse aufweisen und deren Porosität unter 0,04% liegt. Porosität und Aluminiumgehalt korrelieren stärker mit der Volumenenergiedichte im Fertigungsprozess als mit der Vorheiztemperatur. Ideale Energiedichten konnten auf 67 J/mm³ bis 74 J/mm³ eingegrenzt werden. In diesem Bereich stellt sich bei einer konstanten Plattformtemperatur von ca. 1000°C eine feine, globulare Mikrostruktur mit hohen γ-Phasenanteilen (>97%) ein.