Functional fatigue of Fe-based shape memory alloys
Final Report Abstract
An Eisenbasis-Legierungen, die einen technisch nutzbaren Formgedächtnis-Effekt zeigen, besteht prinzipiell hohes Interesse, da sie kostengünstiger als die konventionellen NiTi-Formgedächtnislegierungen hergestellt werden können. Besonders vielversprechend erschienen die neu entwickelten FeNiCoAlTa-Legierungen, da hier über pseudoelastische Dehnungen von bis zu 13 % berichtet wurde. Über das Verhalten dieser Legierungen unter zyklischer Beanspruchung war zu Beginn des Projektes jedoch wenig bekannt. Ziel dieses Projektes war daher die Aufklärung der mikrostrukturellen Mechanismen, die für das zyklische Verformungsverhalten und die funktionelle Ermüdung von FeNiCoAlTa-Legierungen maßgeblich sind. Um überlagerte Korngrenzeneffekte zu vermeiden, wurden die Untersuchungen an Einkristallen durchgeführt. Zu Beginn des Projektes wurden Wärmebehandlungsstrategien entwickelt, um gezielt Ausscheidungen einstellen und damit das Phasenumwandlungsverhalten beeinflussen zu können. Anschließend wurde die Entwicklung der Mikrostruktur in thermischen Ermüdungsexperimenten an [001]-orientierten Einkristallen mittels TEM- und EBSD-Untersuchungen detailliert charakterisiert. In Verbindung mit In-situ-Verformungsexperimenten, bei denen die lokalen Dehnungen mit hochauflösenden Verfahren ermittelt wurden, konnten zwei grundlegende Schädigungsmechanismen, die zur funktionellen Ermüdung führen, identifiziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass fein verteilten Ausscheidungen einerseits zur Härtung der Matrix beitragen und somit die zyklische Stabilität erhöhen. Andererseits führt die Wechselwirkung mit den verschiedenen bei der Phasenumwandlung entstehenden Martensitvarianten zu erhöhter Versetzungsaktivität an den Phasengrenzen. Damit verbleibt nach der Entlastung Restmartensit, dessen Volumenanteil sich mit der Zyklenzahl erhöht. Die entwickelten Modellvorstellungen sind in der Fachwelt auf hohes Interesse gestoßen. Darüber hinaus wurden die bei Acta Materialia und Scripta Materialia eingereichten Publikationen aus diesem Projekt jeweils mit dem Elsevier Student-Award ausgezeichnet.
Publications
- Cyclic deformation behavior of aged FeNiCoAlTa single crystals, Functional Materials Letters 5, 4, 1250045-1250049, 2012
Krooß, P.; Niendorf, T.; Karaman, I.; Chumlyakov, Y.; Maier, H.J.
(See online at https://doi.org/10.1142/S1793604712500452) - Cyclic degradation mechanisms in aged FeNiCoAlTa shape memory single crystals, Acta Materialia 79, 126–137, 2014
Krooß, P.; Somsen, C.; Niendorf, T.; Schaper, M.; Karaman, I.; Chumlyakov, Y.; Eggeler, G.; Maier, H.J.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.06.019) - Thermal cycling behavior of an aged FeNiCoAlTa single crystal shape memory alloy, Scripta Materialia 81, 28–31, 2014
Krooß, P.; Holzweissig, M.J.; Niendorf, T.; Somsen, C.; Schaper, M.; Chumlyakov, Y.; Maier, H.J.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2014.02.020)
