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Vortrag

Kennwertermittlung zur Wasserstoffaufnahme und -abgabe von Titanlegierungen als Basis für die Gestaltung eines THT-Prozesses

Wednesday (04.12.2019)
11:50 - 12:10 Uhr

Technische Bauteile sind wachsenden Anforderungen bezüglich Haltbarkeit und Zuverlässigkeit ausgesetzt. Gleichzeitig sollen sie nachhaltig erzeugt und konstruiert werden. Um diesen Erwartungen gerecht zu werden, ist die Entwicklung thermochemischer oder –mechanischer Prozesse nötig. Titan(Ti)-Legierungen, die über eine vergleichsweise hohe Gaslöslichkeit verfügen, ermöglichen eine temporäre Wasserstoff(H)-Beladung, im Englischen oftmals Thermohydrogen Treatment (THT) genannt. THT ruft hydridinduzierte Versetzungen und Gitterverformungen hervor und verringert die β-Umwandlungstemperatur. Aufgrund dessen ist eine Anpassung des Gefüges möglich, welches die mechanischen Eigenschaften, verglichen mit konventionell erzeugten Ti-Mikrostrukturen, verbessert. Außerdem ist das Verfahren auf komplexe Geometrien anwendbar, die mit herkömmlichen mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahren nicht randschichtgehärtet werden können.

Für die Auslegung der THT-Prozessparameter Temperatur und Zeit werden, neben den Daten zur Phasenstabilität, der H-Diffusionskoeffizient (DH) und die H-Löslichkeit als Werkstoffkennwerte des jeweiligen Werkstoffs benötigt. Im Beitrag wird die Vorgehensweise zur DH-Bestimmung beschrieben sowie die gasvolumetrische Messung der H-Aufnahmekinetik und der H-Löslichkeit erläutert. Die Beladung der Diffusionsproben erfolgt elektrochemisch und führt durch Verwendung einer halbseitig isolierten, stabförmigen Probe zu einem H-Konzentrations-Stufenprofil. Eine anschließende Glühung der Probe erzeugt daraus ein typisches Diffusionsprofil. Der H-Konzentrationsverlauf wird im Anschluss an die Glühung mittels Trägergasheißextraktion an Proben-Segmenten quantitativ vermessen. Unter Verwendung einer numerischen Simulation des Diffusionsprozesses wird DH ermittelt. Um die H-Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und dem H-Druck zu bestimmen wird in einer volumetrischen Messapparatur durch geregeltes Nachliefern des aufgenommenen H der H-Druck konstant gehalten. Somit kann die Menge des nachgelieferten H in die H-Konzentration der Probe umgerechnet sowie die Geschwindigkeit der H-Aufnahme z.B. in Abhängigkeit vom Oberflächenzustand quantifiziert werden. Erreicht die H-Konzentration einen Sättigungswert, definiert dieser die H-Löslichkeit und zeigt, dass keine Hydridbildung eingesetzt hat.

Im Vortrag werden exemplarisch Ergebnisse vorgestellt, die zeigen, dass der DH von Ti-Legierungen mit zunehmender β-Stabilität zunimmt und die H-Löslichkeit abnimmt.

Sprecher/Referent:
Christopher Schmidt
Universität Siegen
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Hans-Jürgen Christ
    Universität Siegen