Fein-lamellare Fe-Al in situ Kompositwerkstoffe: Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Böhlke; Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222338211

Fe-Al Legierungen mit bis zu 50 At.% Al sind auf Grund der ungewöhnlich hohen Löslichkeit von Al in der kubisch-raumzentrierten Struktur des Fe und der sich ausbildenden D03 und B2 Ordnungsstrukturen seit langem von Interesse, wobei aufgrund der höheren Al Gehalte die hervorragende Korrosionsbeständigkeit und der Dichtevorteil gegenüber Stählen die entscheidenden Vorteile darstellen. Dagegen sind moderate Hochtemperaturfestigkeit und geringe Raumtemperaturduktilität ein Problem solcher bereits intensiv untersuchter Legierungen. Bei hinsichtlich der Dichte noch vorteilhafteren Al Gehalten größer als 50 At.% treten Al-reiche intermetallische Phasen mit bis dato nicht exakt bestimmten Stabilitätsbereichen auf, insbesondere bei etwa 61 At.% Al erhält man durch eine bei 1095°C schnell ablaufende, eutektoide Reaktion ein Gefüge aus feinen FeAl- und FeAl2-Lamellen. Dies wurde im Rahmen der Ziele im bisher durchgeführten Vorhabenszeitraum untersucht und publiziert. Das Ziel des beantragten Fortsetzungsvorhabens ist nun die detaillierte Charakterisierung und Modellierung des Kriechverhaltens volllamellarer FeAl-FeAl2-Legierungen, die einen für Eisenaluminide hervorragenden Kriechwiderstand zeigen, jedoch mikrostrukturell instabil zu sein scheinen. Insbesondere soll daher die interessante, jedoch bisher nicht verstandene Wechselwirkung der Kriechrate mit Parametern wie dem Lamellenabstand, der Lamellenorientierung in Bezug auf die Belastungsachse und der Größe der Lamellenkolonie beschrieben werden. Um diese Einflussfaktoren und deren Wirkung charakterisieren zu können, ist es nötig, die im Werkstoff ablaufenden Mechanismen zu separieren und zu verstehen. Dafür sind Untersuchungen an Proben mit ausgerichteten Lamellen in einem einzelnen Lamellenpaket nötig. Dazu soll die Erkenntnis genutzt werden, dass die euktoide Reaktion anhand einer strengen, experimentell ermittelten und kristallografisch interpretierbaren Orientierungsbeziehung zwischen den beteiligten Phasen erfolgt. Dies wurde ebenfalls bereits im Rahmen des Erstantrags publiziert und macht die Reaktion damit prinzipiell für eine gerichtete Erstarrung der Hochtemperaturphase bzw. gerichteten Umwandlung interessant, was die Kriechbeständigkeit bei hoher Temperatur weiter steigern könnte. Finales Ziel soll sein, das Kriechverhalten einer vollamellaren Fe-61Al-Legierung anhand einer einzelnen Lamellenkolonie orientierungsabhängig bestimmen zu können. Mithilfe einer geeigneten Modellierung der ablaufenden Vorgänge wie Kriechen und Lamellenvergröberung basierend auf experimentell bestimmten Ausgangsdaten soll das Kriechverhalten auch quantitativ beschrieben werden und damit eine Vorhersagemöglichkeit für neue Temperatur- und Spannungsbereiche liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Alexander Kauffmann