Elektroschlackedesoxidation von Titanaluminiden

Mit ersten industriellen Anwendungen bei Turboladern im Automobilbereich und der Niederdruckturbine moderner Flugtriebwerke erfährt die Werkstoffgruppe der gamma-Titanaluminide (TiAl) derzeit besondere Aufmerksamkeit. Auf dem aktuellen Stand der Entwicklung werden, insbesondere im Hochtemperaturbereich, herausragende spezifische mechanische Eigenschaften erzielt, die für eine weitere Effizienzsteigerung von modernen Antrieben und Kraftwerken essentiell sind. In dieser Arbeit wird das Ziel verfolgt, trotz der hohen metallurgischen Anforderungen an die TiAl-Herstellung eine deutliche Senkung der Werkstoffherstellungskosten zu erreichen sowie ein Recyclingverfahren zu etablieren. Mittels Druck-Elektroschlackeumschmelzen (DESU) wird dabei unter Einsatz "aktiver Schlacken" eine Raffination des Werkstoffs, insbesondere eine Absenkung des Sauerstoffgehalts erzielt, welcher sensibel die mechanischen Eigenschaften beeinflusst. Für mittels Vakuuminduktionsschmelzen, engl. vacuum induction melting (VIM), in keramischen Tiegeln rezyklierten TiAl-Schrott mit einer Sauerstoffkontamination von bis zu 3000 ppm, konnte eine Reduktion auf deutlich unter 500 ppm nachgewiesen werden. TiAl, das alternativ mittels aluminothermische Reduktion (ATR) gewonnen wurde und mit bis zu 16 000 ppm Sauerstoff verunreinigt ist, stellt eine prozesstechnische und kinetische Herausforderung für das Verfahren dar und konnte in der Versuchsreihe nicht unter 4000 ppm desoxidiert werden. Eine technisch-ökonomische Betrachtung zeigt, dass die Prozessroute VIM-DESU-VAR (triple-melt), auch im Vergleich mit alternativen Verfahren, die ideale Kombination aus flexiblem Einschmelzen, chemischer Desoxidation und finaler Raffination für das Recycling von gamma-TiAl darstellt.