Grundlegende Charakterisierung neuartiger Mo-Si-B-Ti-Legierungen bei ultrahohen Temperaturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Christ; Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 236295902

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer Mo-Si-B-Basislegierungen mit verbesserten Eigenschaften für Einsatztemperaturen bis 1300°C. Im Laufe der ersten Förderperiode ist es im Rahmen der Legierungsentwicklung gelungen, das schmale, ternäre Moss-T1-T2-Phasenfeld im Mo-Si-B-Ti-System mittels geringer Fe-Zugaben erheblich aufzuweiten und auf diese Weise erstmals ternäre Legierungen mit der T1-Phase, die ein im Vergleich zur katastrophal oxidierenden (Mo,Ti)3Si-Phase exzellentes Oxidationsverhalten bei 750-1300°C zeigt, mittels schmelzmetallurgischer Prozessroute herzustellen. Es konnte aufgeklärt werden, warum Mo-Si-B-Ti-Legierungen sowohl den Mo-Si-B- als auch den Ni-Basis-Einkristalllegierungen im Hinblick auf mechanische Eigenschaften bereits überlegen sind. Im Hinblick auf das Oxidationsverhalten konnten durch die fruchtbare Zusammenarbeit zwischen den beiden Institutionen KIT und USiegen grundlegende Kenntnisse zur gezielten Einstellung einer schützenden SiO2-TiO2-Duplex-Schicht gewonnen werden. Ebenso wurden hinreichende experimentelle Daten für eine fundierte, realitätsnahe Simulation der inneren und äußeren Oxidationsvorgänge gesammelt, die bei der Ausschöpfung des bestehenden, hohen Potentials der Mo-Si-B-Ti-Fe-Legierung wertvolle Hilfestellung leisten wird. Oberstes Bestreben des Folgeantrags wird die Ermittlung der geeigneten Zusammensetzung von technisch einsetzbaren Mo-Si-B-Ti-Fe-Legierungen sein. Im Detail soll die wegen der Ti-Silizide zu erwartende weitere Verbesserung der bereits hervorragenden mechanischen Eigenschaften und der intrinsischen Oxidationsbeständigkeit untersucht werden. Dies impliziert die umfangreiche Charakterisierung der Mikrostruktur, der Natur/Auswirkung der Ti-Silizidausscheidungen auf das Verformungsverhalten der Mischkristallphase und der isothermen/zyklischen Oxidationsbeständigkeit von Mo-Si-B-Ti-Fe-Legierungen. Um eine effiziente Legierungsentwicklung zu gewährleisten, soll die Evaluation der Zusammensetzungen mit einer verbesserten Balance aus mechanischen und oxidativen Eigenschaften durch ein Wechselspiel der mechanismenbasierten numerischen Simulation sowie experimentellen Untersuchungen durchgeführt werden. Die Abschätzung der Oxidationsschädigungsentwicklung verschiedener Legierungen soll in Abhängigkeit von der Temperatur, der Mikrostruktur und der chemischen Zusammensetzung mit einem FEM-Modell unter Berücksichtigung der realen Mikrostruktur durch Einbindung orts- und zeitaufgelöster kinetischer Berechnungen sowie lokaler thermodynamischer Gleichgewichtsberechnungen erfolgen. Ausgewählte Legierungen mit simulationsbasiert vorhergesagter Eigenschaftsverbesserung sollen hergestellt und charakterisiert werden, wodurch das Simulationsmodell verifiziert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen