Home The Development of the Rotational Friction Welding Process for the Welding of γ-TiAl-Casting Alloy Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) to Ti6Al4V
Article
Licensed
Unlicensed Requires Authentication

The Development of the Rotational Friction Welding Process for the Welding of γ-TiAl-Casting Alloy Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) to Ti6Al4V

Part I
  • V. Ventzke , S. Riekehr , M. Horstmann , N. Kashaev , H.-G. Brokmeier and N. Huber
Published/Copyright: May 10, 2014
Become an author with De Gruyter Brill

Abstract

This article reports on the development of the rotational friction welding process for the welding of γ-TiAl- casting alloy Ti-47Al-3.5(Mn+Cr+Nb)-0.8(B+Si) to Ti6Al4V base metal and on the characterisation of the mechanical and microstructural properties of dissimilar metal friction welding. Pre- and post welding heat treatment is necessary in order to reduce the occurrence of bonding defects. The mechanical behaviour of friction welded joints under tensile loading at room temperature is primarily determined by the properties of the inter-metallic γTiAl- casting alloy base metal and not by the bonding zone itself. At the relevant service temperature of 700 °C, failure by fracture does not take place on the Ti6Al4V side of the dissimilar metal friction welded joint due to the super-plastic deformation of this alloy.

Kurzfassung

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Prozessentwicklung zum Rotationsreibschweißen der γ-TiAl-Feingusslegierung Ti-47Al-3,5(Mn+Cr+Nb)-0,8(B+Si) mit der Ti-Baislegierung Ti6Al4V sowie die Charakterisierung der mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der artfremden Reibschweißverbindungen. Wegen Bindefehlern ist die prozessbegleitende Durchführung von Vor- und Nachwärmebehandlungen notwendig, um diese zu reduzieren. Das mechanische Verhalten der Reibschweißverbindungen unter Zugbeanspruchung bei Raumtemperatur wird durch die Grundwerkstoffeigenschaften der intermetallischen γ-TiAl-Feingusslegierung bestimmt und nicht durch die Bindezone. Bei der einsatzrelevanten Temperatur von 700 °C trat wegen superplastischer Verformung auf der Ti6Al4V-Seite kein Bruchversagen der artfremden Reibschweißverbindung ein.


Translation: P. Tate


References / Literatur

[1] Clemens, H; Schretter, P.; Glatz, W.: Praktische Metallographie, 33 (1996) 1, 1735Search in Google Scholar

[2] Clemens, H.; Kestler, H.: Advanced Engineering Materials2000, 2, No. 9, 551570 DOI: 10.1002/1527-2648(200009)2:9<551::AID-ADEM551>3.0.CO;2-USearch in Google Scholar

[3] Knippscher, S.; Frommeyer, G.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2006, 37, No. 9, 724730 DOI: 10.1002/mawe.200600067Search in Google Scholar

[4] Lasalmonie, A.: Intermetallics, 14 (2006), 11231129 DOI: 10.1016/j.intermet.2006.01.064Search in Google Scholar

[5] Aust, E.; Niemann, H.-R.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 30, (1999), 4350 DOI: 10.1002/(SICI)1521-4052(199901)30:1<43::AID-MAWE43>3.0.CO;2-7Search in Google Scholar

[6] Bohm, K.-H.; Ventzke, V.; Çam, G.; Koçak, K.: Schweissen und Schneiden, 44 (1997), 660666Search in Google Scholar

[7] Çam, G.; Koçak, M.: Journal of Materials Science, 34 (1999), 33453354 DOI: 10.1023/A:1004624930352Search in Google Scholar

[8] Çam, G.; Clemens, H.; Gerling, R.; Koçak, M.: Intermetallics, 7 (1999), 10251031 DOI: 10.1016/S0966-9795(99)00012-6Search in Google Scholar

[9] Holmquist, M.; Recina, V.; Ockborn, J.; Pettersson, B.; Zumalde, E.: Scripta Materialia, Vol. 39, No. 8, 1998, 11011106 DOI: 10.1016/S1359-6462(98)00274-7Search in Google Scholar

[10] Xin-feng, W.; Xue-bin, L.; Xue-qing, W.; Chao-qui, T.; Rong-kai, S.; Jiang-quo, L.: Transaction of Nonferrous Metals Society of China, 16 (2006), 10591063 DOI: 10.1016/S1003-6326(06)60377-4Search in Google Scholar

[11] Çam, G.; Özdemir, U.; Ventzke, V.; Koçak, M.: Journal of Materials Science (2008) 43, 34913499 DOI: 10.1007/s10853-007-2403-2Search in Google Scholar

[12] Dogan, B.; Zheng, X.; Bohm, K.-H.: Proc. Ti-2003 Science and Technology, G.Lütjering and J.Albrecht (Ed.), Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Fedral Republic of Germany, 2004, 683690Search in Google Scholar

[13] Buque, C.; Appel, F.: Zeitschrift für Metallkunde, 93(2002)8, 784789 DOI: 10.3139/146.020784Search in Google Scholar

[14] Sirén, M.; Bohm, K.-H.; Ventzke, V.; Koçak, M.: Proc. Euromat '99, paper no. 203, 16.Search in Google Scholar

[15] Duan, H.; Koçak, M.; Bohm, K.-H.; Ventzke, V.: Science and Technology of Welding and Joining, 2004, Vol. 9, No.6, 525531 DOI: 10.1179/136217104225021869Search in Google Scholar

[16] Duan, H.; Koçak, M.; Bohm, K.-H.; Ventzke, V.: Science and Technology of Welding and Joining, 2004, Vol. 9, No.6, 513518 DOI: 10.1179/136217104225021850Search in Google Scholar

[17] Neumann, A.; Schober, D.: Reibschweißungen von Metallen, Fachbuchreihe Schweißtechnik, Band 107, DVS-Verlag, Düsseldorf, 1991Search in Google Scholar

[18] J.Kumpfert: Titanaluminide–eine neue Legierungsklasse für Hochtemperaturanwendungen, Titan und Titanlegierungen, DGM Informationsgesellschaft, Oberursel1996, S. 71106Search in Google Scholar

[19] Bohm, K.-H.; Ventzke, V; Koçak, M.; Merhof, P.; Watzlaw, M.: Welding and Cutting55 (2003) No. 2, 9096Search in Google Scholar

[20] Ventzke, V.; Bohm, K.-H.; Koçak, M.; Riekehr, S.; Horstmann, M.; Merhof, P.; Watzlaw, M.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2006, 37, No. 8, 649660 DOI: 10.1002/mawe.200600025Search in Google Scholar

[21] Ventzke, V.; Brokmeier, H.-G.; Merhof, P.; Koçak, M.: Solid State Phenomena, Vol. 160 (2010), 319326 DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.160.319Search in Google Scholar

[22] Wagner, R.; Appel, F.; Dogan, B.; Ennis, P.J.; Lorenz, U.; Müllauer, J.; Nicolai, H.P.; Quadakkers, W.; Singheiser, L.; Smarsly, W.; Vaidya, W.; Wurzwallner, K.: Proc. International Symposium on γ-Titanium Aluminides (ISGTA '95), Las Vegas, Feb. 13–16, 1995, Y.-W.Kim, R.Wagner, M.Yamaguchi (Eds.), TMS Warrendale, 387404Search in Google Scholar

[23] Appel, F.; Oehring, M.: γ-Titanaluminid-Legierungen: Legierungsentwicklung und Eigenschaften, Titan und Titanlegierungen, M.Peters, C.Leyens (Hrsg.), Wiley-VCH Verlag, 2002, 3910310.1002/9783527611089.ch2Search in Google Scholar

[24] Midling, O.T.; Grong, Ø.: Acta metall. mater., Vol. 42, No. 5, 1994, 15951609 DOI: 10.1016/0956-7151(94)90369-7Search in Google Scholar

[25] Katrakova, D.; Mücklich, F.: Praktische Metallographie, 38 (2001) 10, 547565.Search in Google Scholar

[26] Bunge, H.: General Outline and Series Expansion Method, Quantitative Texture Analysis, H. J.Bunge, C.Esling (Eds.), DGM Informationsgesellschaft m.b.H., Oberursel, 1986, 172Search in Google Scholar

[27] Lee, W.-B.; Kim, Y.-J.; Jung, S.-B.: Intermetallics, 12 (2004), 671678 DOI: 10.1016/j.intermet.2004.02.004Search in Google Scholar

[28] Appel, L.; Cramer, H.; Serve, M.: Verbessertes Reibschweißen von Mischverbindungen mit prozessintegrierter Induktionserwärmung, Schweißen und Schneiden, 2004, DVS-Berichte Band 232, Große Schweißtechnische Tagung in Magdeburg vom 22. bis 24. September 2004, S. 118126, Verlag für Schweißen und verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf, 2004Search in Google Scholar

[29] Boyer, Welsch, G.; Collings, E.W. (Eds.): Materials Properties Handbook, Titanium Alloys, ASM International, Metals Park, OH, 1998, 483636Search in Google Scholar

[30] Zhang, W.J.; Reddy, B.V.; Deevi, S.C.: Scripta Materialia, 45 (2001), 645651 DOI: 10.1016/S1359-6462(01)01075-2Search in Google Scholar

[31] Radaj, D.: Wärmewirkungen des Schweißens: Temperaturfeld, Eigenspannungen, Verzug, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, Springer, 1988 DOI: 10.1007/978-3-642-52297-0Search in Google Scholar

[32] Orhan, N.; Khan, T.; Eroglu, M.: Scripta Materialia, Vol. 45, Issue 4, 2001, 441446 DOI: 10.1016/S1359-6462(01)01041-7Search in Google Scholar

[33] Peters, M.; Hemptenmacher, J.; Kumpfert, J.; Leyens, C.: Titan und Titanlegierungen: Struktur, Gefüge, Eigenschaften, Titan und Titanlegierungen, M.Peters, C.Leyens (Hrsg.), Wiley-VCH Verlag, 2002, 136 DOI: 10.1002/9783527611089.ch1Search in Google Scholar

[34] Munz, D.; Sckuhr, M.A.; Yang, Y.: Journal of American Ceramic Society, 78, [2], 1995, 285290 DOI: 10.1111/j.1151-2916.1995.tb08798.xSearch in Google Scholar

[35] Saitova, L.; Semenova, I.; Höppel, H. W.; Valiev, R.; Göken, M.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2008, 39, No. 4–5, 36737010.1002/mawe.200800308Search in Google Scholar

[36] Herrmann, D.: Diffusionsschweißen von γ(TiAl)-Legierungen: Einfluss von Zusammensetzung, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften, vom Promotionsausschuss der Technischen Universität Hamburg-Harburg genehmigte Dissertation, 2009Search in Google Scholar

[37] Fröbel, U.; Appel, F.: Metallurgical and Materials Transaction A-Physical Metallurgy and Materials Science, Vol. 38A, Issue 8, 2007, 1817183210.1007/s11661-007-9203-9Search in Google Scholar

[38] Appel, F.; Oehring, M.; Paul, J.D.H.; Klinkenberg, Ch.; Carneiro, T.: Intermetallics, 12 (2004), 791802 DOI: 10.1016/j.intermet.2004.02.042Search in Google Scholar

[39] Müller, R.; Weintz, R.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 29, 1998, 97130 DOI: 10.1002/mawe.19980290304Search in Google Scholar

Received: 2013-08-23
Accepted: 2014-03-13
Published Online: 2014-05-10
Published in Print: 2014-05-15

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 3.10.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/147.110266/html
Scroll to top button