Einfluss der Wärmebehandlung auf Phasenanteile in der Titanlegierung Ti-10V-2Fe-3Al: Eine Mikrostrukturanalyse

Abstract

Die mechanischen Eigenschaften und die Phasenzusammensetzung metastabiler β-Titanlegierungen lassen sich durch geeignete Wärmebehandlungsverfahren gezielt einstellen. Insbesondere das Lösungsglühen und die anschließenden Auslagerungsprozesse beeinflussen maßgeblich die Größe und den Volumenanteil der verschiedenen α- und β-Phasen. In diesem Beitrag wird der Einfluss verschiedener Warmauslagerungen auf die Mikrostruktur der Legierung Ti-10V-2Fe-3Al untersucht. Der Ausgangszustand besteht aus einer β-Phase sowie einem hohen Anteil an verformungsinduziertem Martensit (α‘‘), bedingt durch den Herstellungsprozess. Durch eine Lösungsglühbehandlung bei 830 °C mit anschließender Wasserabschreckung wird zunächst ein Zustand mit einer reinen β-Phase eingestellt. Eine anschließende einstufige Auslagerungswärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen (700 °C, 740 °C und 780 °C) für jeweils 1 h mit Luftabkühlung verändert gezielt den Volumenanteil und die Morphologie primärer α-Teilchen (αP). Eine zweistufige Wärmebehandlung, bestehend aus einer ersten Stufe (700 °C für 1 h mit anschließender Luftabkühlung) sowie einer zweiten Stufe von 8 h bei 500 °C bzw. 550 °C mit anschließender Luftabkühlung, ermöglicht die zusätzliche Ausscheidung feinerer sekundärer α-Teilchen (αS) im Gefüge. Für die Mikrostrukturuntersuchungen wurde eine metallografische Präparation mit Warmeinbettung und manuellem Schleifen gewählt. Die Schleifzeiten wurden gezielt kurz gehalten und ein hoher Anpressdruck angewendet, um Präparationsartefakte zu verhindern. Die Proben wurden anschließend maschinell mit einem Gemisch aus Oxidpoliersuspension und Wasserstoffperoxid (100 ml : 10 ml) bei einem Anpressdruck von 20 N und einer Polierdauer von 20 min final präpariert. Die Volumenanteile der primären und sekundären α-Teilchen nehmen mit steigender Auslagerungstemperatur systematisch ab und lassen sich gezielt steuern. Die Kombination aus gezielten Wärmebehandlungsrouten und einer mikrostrukturellen Analyse mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie liefert einen Beitrag zum Verständnis der Phasenausbildung in der metastabilen β-Titanlegierung Ti-10V-2Fe-3Al.