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M.Sc. Christopher Schmidt

   
 
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Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Raum:
PB-A 223/1
Telefon:
+49(0)271/740-4691
Telefax:
+49(0)271/740-2545
E-Mail:

Adresse:
Universität Siegen 
Fakultät IV, Department Maschinenbau 
Lehrstuhl für Materialkunde und 
Werkstoffprüfung 
Paul-Bonatz-Strasse 9-11 
57076 Siegen 

Arbeitsgebiet:

Wasserstoff als temporäres Legierungselement zur Einstellung spezifischer Gefügegradienten in Titanlegierungen 

Hohe Festigkeit, geringe Dichte und exzellenter Korrosionswiderstand zeichnen Titan als Konstruktionswerkstoff aus. Um diesen Werkstoff wirtschaftlich nutzbar zu machen müssen spezielle Modifikationen am Werkstoff vorgenommen werden. Dabei führt ein ganzheitliches Verständnis der Kinetik und Thermodynamik der Phasenzusammensetzungen von Titanlegierungen durch Prozessmodifikationen zu vielversprechenden Eigenschaften bezüglich Fertigung, Weiterverarbeitung und Betriebsverhalten. [1],

Als einer dieser weiterverarbeitenden Prozesse ist die thermohydrogene Wärmebehandlung (thermal hydrogen treatment (THT)) zu verstehen. Hierbei wird Wasserstoff durch eine vorgeschaltete Gasbeladung als temporäres Legierungselement verwendet, welcher nach der Glühbehandlung wieder entzogen wird. Titan weist besonders in der β-Phase eine hohe Wasserstofflöslichkeit auf und kann ohne Aufschmelzen schnell hydrogeniert und entgast werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erzeugung eines Gefüges, welches sich sowohl in der Korngröße als auch in der Verteilung und Morphologie ausgeschiedener festigkeitssteigernder Phasen über den Abstand zur Oberfläche verändert. Aufgrund der Etablierung eines Gradienten, die die Gefüge-Spezifikationen Korngröße, Ausscheidungsanteile und –formen sowie Versetzungsdichte betreffen, werden diese Mikrostrukturen als Gradientengefüge bezeichnet. Die Realisierung erfolgt durch die Anwendung einer an die spezielle Legierung modifizierten Wärmebehandlungsroute. Gradientengefüge zeichnen sich durch herausragende mechanische Eigenschaften sowohl unter monotoner als auch zyklischer Belastung aus. [2] Die Herausforderung, die sich im Zusammenhang mit der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe stellt, ergibt sich aus dem Auftreten entgegengesetzter Wechselwirkungen. Das Einstellen einer hohen Festigkeit hat positiven Einfluss auf den Widerstand gegen Rissinitiierung zur Folge und wird auf Kosten der Duktilität erzielt. Mit einer Wärmebehandlung, die erhöhten Widerstand gegen Rissausbreitung durch Steigerung der Duktilität beabsichtigt, geht hingegen eine Einbuße der Festigkeit einher. Die Schwierigkeit besteht im Herausstellen eines Kompromisses dieser beiden Eigenschaften, um in Summe eine erhöhte Lebensdauer zu erreichen. [1], [3], [4] Durch Erzeugen eines festen Bauteil-Randbereichs und eines duktilen Kerns soll diese erzielt werden.

Kommerziell eingesetzte Titanlegierungen werden nach der Stabilität der in ihrem Phasendiagramm auftretenden Phasen in die Klassen α, α+β, und β unterteilt. [1], [3] THT verfolgt bei jeder dieser Klassen eine andere Strategie. Basierend auf lehrstuhl-internen Arbeiten soll am Beispiel der α+β-Titanlegierung Ti 6Al-4V ein Korngrößengradient entwickelt und ein hydridinduzierte Verformungsgradienten etabliert werden. Gelingt dies an einfachen Proben, kann das Verfahren im Gegensatz zu anderen, die mechanischen Eigenschaften verbessernde Oberflächenbehandlungs-verfahren, wie zum Beispiel das Kugelstrahlen, an komplexen Bauteilgeometrien angewendet werden.

[1]        Lütjering G., Williams J. C., Titanium, Springer-Verlag, Berlin, Deutschland, 2007.

[2]        Senkov O. N., Jonas J.J., Froes E. H., Recent Advances in the Thermohydrogen Processing of Titanium Alloys, JOM, 48 (7), 1996, 42-47.

[3]        Doege E., Behrens, B.-A.: Handbuch der Umformtechnik, Grundlagen, Technologien, Maschinen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007

[4]        Peters M., Leyens C., Titan und Titanlegierungen, WILEY-VCH Verlag, Weinheim, 2002.