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LASER POWDER BED FUSION AND TESTING OF COMPRESSOR WHEELS FROM Gamma-TITANIUM ALUMINIDE TI48-2-2

Haubrich, Jan und Gussone, Joachim und Bugelnig, Katrin und Nitzsche, Lukas und Heber, R. und Gödeke, H. und Stark, Andreas und Schell, Norbert und Requena, Guillermo (2024) LASER POWDER BED FUSION AND TESTING OF COMPRESSOR WHEELS FROM Gamma-TITANIUM ALUMINIDE TI48-2-2. Alloys for Additive Manufacturing Symposium AAMS 2024, 2024-09-04 - 2024-09-06, Palaiseau, France.

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Kurzfassung

The laser-based metal powder bed fusion process (PBF-LB/M) offers significant technological advantages in the aerospace sector for the production of complex and integrated parts, e.g. internally-cooled double-wall turbine blades, regeneratively-cooled rocket engines or compressor wheels that are commonly difficult to manufacture. Especially for aeronautic gas turbine or compressor applications, high-temperature materials with high-specific strength such as titanium aluminides (TiAl) are of major interest. During the last years we investigated the PBF-LB/M processing, heat treatments and phase transformations of different titanium aluminides including the beta-stabilized TNM-B1 (Ti-43.5Al-4Nb-1.0Mo-0.1B) and TNB-V4 (Ti-44.5Al-6.25Nb-0.8Mo-0.1B) γ-TiAl or the orthorhombic Ti-22Al-25Nb. Generally, PBF-LB/M of titanium aluminides requires high preheating temperatures of the build space in order to tackle the high brittle-to-ductile transition temperatures of these intermetallics. Otherwise, severe macro-cracking in build coupons and parts is usually observed. In this work we developed a high-temperature laser powder bed fusion process for γ-TiAl Ti48-2-2 (Ti-48Al-2Cr-2Nb) and applied it to manufacturing and testing of light-weight compressor wheels in order to study the advantages and draw-backs of the high-temperature PBF-LB/M approach for such applications. Challenges related to the required high pre-heat temperatures, the microstructure formation, phase compositions and phase conversions under different processing and post-processing conditions where studied with a variety of methods including synchrotron in-situ high energy x-ray diffraction and the desired material subsequently adjusted. Chemical problems such as minimizing Al evaporation as well as oxygen pick-up due to traces of residual gases or humidity were investigated and addressed. A manufacturing strategy for thin-walled structures and overhanging compressor blades without supports causing high post-processing efforts or deteriorating surface qualities was developed and put to use for manufacturing load- and weight-optimized compressor wheels. The build components were characterized using geometric inspection and computer-tomographic analysis. The achieved material properties and the part design and were successfully validated in spin-tests, highlighting the technical feasibility of using high-temperature PBF-LB/M for such demanding applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207474/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:LASER POWDER BED FUSION AND TESTING OF COMPRESSOR WHEELS FROM Gamma-TITANIUM ALUMINIDE TI48-2-2
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Gussone, JoachimJoachim.Gussone (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bugelnig, KatrinKatrin.Bugelnig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nitzsche, LukasLukas.Nitzsche (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heber, R.G+L Innotec GmBHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gödeke, H.G+L Innotec GmBHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stark, AndreasHZG, GeesthachtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schell, NorbertHelmholtz-Zentrum Hereon, Geesthacht, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 September 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:PBF/LB-M, Titanium aluminides, Ti48-2-2, phase transformations, in situ HEXRD, compressor wheels, spin testing
Veranstaltungstitel:Alloys for Additive Manufacturing Symposium AAMS 2024
Veranstaltungsort:Palaiseau, France
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:4 September 2024
Veranstaltungsende:6 September 2024
Veranstalter :École Polytechnique Paris
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische und hybride Werkstoffe
Hinterlegt von: Kasperovich, Dr.-Ing. Galina
Hinterlegt am:23 Okt 2024 09:18
Letzte Änderung:23 Okt 2024 09:18

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