Aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und hohen Einsatztemperaturen von bis zu 800 °C sind Titanaluminide (TiAl) wichtig für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Bedingt durch das spröde Verformungsverhalten besitzen Titanaluminide jedoch eine geringe Fehlertoleranz und Risszähigkeit. Aus diesem Grund wird die mechanische Festigkeit bei quasistatischer und zyklischer Belastung stark von inneren Defekten beeinflusst. Ein umfassendes Verständnis dieses Einflusses ist für die sichere Auslegung von Bauteilen und deren Einsatz jedoch unerlässlich. Durch die hohe Sprödigkeit ist die Verarbeitung mit konventionellen Fertigungsverfahren schwierig, weshalb additive Fertigungsverfahren, insbesondere das Elektronenstrahlschmelzen (PBF-EB/M), eine vielversprechende Alternative darstellen.
In dieser Studie wurde die TiAl-Legierung TNM-B1 (Ti-43,5Al-4Nb-1Mo-0,1B, in At.-%) mikrostrukturell und mechanisch charakterisiert. Die zylindrischen Proben wurden durch PBF EB/M vertikal (90°) zur Baurichtung mit einer Energiedichte von 32,1 J/mm³ gefertigt. Da es im as-built-Zustand (AB) typischerweise zu prozessbedingten inneren Defekten (Anbindungsfehler und Gasporen) kommt, wurde die Hälfte der Proben anschließend heißisostatisch gepresst (HIP). Beide Werkstoffzustände wurden in Zugversuchen und Einstufenversuchen (R = -1) bei Raumtemperatur (RT) sowie der Anwendungstemperatur 800 °C geprüft. Mithilfe von fraktografischen REM-Aufnahmen wurden die bruchauslösenden kritischen Defekte jeder einzelnen Probe identifiziert und hinsichtlich Größe und Position dokumentiert.
Durch HIP konnten die Anbindungsfehler geschlossen und die Größe der Gasporen deutlich reduziert werden. Hierdurch kam es zu einer Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit (2E6) von 43% auf 500 MPa verglichen mit dem AB-Zustand. Mithilfe der Modelle von Murakami und Shiozawa konnte der lokale Spannungsintensitätsfaktor mit der Lebensdauer korreliert werden und somit die Lebensdauer in Abhängigkeit der Spannungsamplitude, der Größe sowie der Lage des bruchauslösenden kritischen Defekts beschrieben werden. Die erhaltene Korrelation ist unabhängig von der Nachbehandlung und der Art des Defekts für beide Werkstoffzustände gültig und kann verwendet werden, um den theoretischen Einfluss verschiedener Defekte auf die Ermüdungslebensdauer zu bestimmen.