Die Orbitalreibschweißverbindung der Titanlegierungen TiAl6V4 und TiAl6Sn2Zr4Mo6

Das Linearreibschweißen der Verbindung Ti64/Ti6246 ist ein etabliertes Fügeverfahren zur Herstellung von sogenannten „Blade Integrated Disks“ (Blisks) im Triebwerksbau. Ein alternatives Fügeverfahren für diese Anwendung ist das Orbitalreibschweißen, welches es ermöglicht die Wärme zur Verbindungserzeugung noch konzentrierter einzubringen. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Wirkung der Parametrierung beim Orbitalreibschweißen auf die Ausbildung der Verbindungszone. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften beim Reibschweißen der (α + β)-Legierung Ti64 und der metastabilen β-Legierung Ti6246 wurden die Versuchsmaterialien hinsichtlich ihres thermischen und thermomechanischen Verhaltens charakterisiert. Hierbei konnten grundlegende Erkenntnisse über die Wirkung der primären Glühtemperatur und einer nachfolgenden Wärmebehandlung auf die Auflösung beziehungsweise Ausscheidung von festigkeitssteigernden Gefügebestandteilen gewonnen werden. Weiterhin wurde das Plastifizierungsvermögen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur bestimmt um die Heizwirkung beim Verschweißen dieser Legierungen einordnen zu können. Beim Reibschweißen dieser Verbindung wird dabei in erster Linie Ti64 verdrängt, weshalb sich der höher feste Ti6246-Fügepartner tiefgreifend aufheizen kann. Dies hat zur Folge, dass es in der Ti6246-Schweißzone zur Auflösung der festigkeitssteigernden αs-Phase (sekundär-α-Phase) kommt und sich die Härte, respektive die Festigkeit, stark vermindert. Da dies eine Schwächung im Bereich der Verbindungszone darstellt, wurde die Wirkung der Glühtemperatur einer Wärmenachbehandlung hinsichtlich der Festigkeitsrückgewinnung und Reduzierung von Schweißeigenspannungen untersucht. Im Zuge einer Parameterfeldschweißung konnten die Effekte der Prozessparameter Frequenz (Relativgeschwindigkeit), Reibdruck, Stauchdruck und Reibweg auf die Ausprägung der für das Reibschweißen charakteristischen Fügezonen, die thermische Beaufschlagung der Fügepartner und die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung herausgearbeitet werden. Entgegen der allgemeingültig geltenden Theorie können auch ohne eine finale Stauchphase verunreinigungsfreie und haltbare Reibschweißverbindungen hergestellt werden. Als grundlegende Voraussetzung hierfür konnte eine hinreichend lange kontinuierliche Schweißkörperverkürzung während der Reibphase, bei welcher es während der Torsionsumformung beider Fügepartner zur gemeinsamen Materialverdrängung in den Schweißwulst kommt, festgestellt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch eine gezielte Parametrierung die zu Reibbeginn erzeugte Heizzone während des Reibens unter der kontinuierlichen Schweißkörperverkürzung deutlich verschmälert werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Menge an thermisch beaufschlagtem Material reduzieren, wodurch die Dehnungseigenschaften und die Lebensdauer im Zeitfestigkeitsbereich deutlich verbessert werden können. Um dieses Potential des konzentrierten Wärmeeintrags nutzen zu können, konnte die Ausspannläge der Fügepartner, welche die Steifigkeit und somit die resultierende Relativbewegung bestimmt (Schwingverluste), als übergeordneter Parameter festgestellt werden.