Untersuchung des Einflusses von Impulsen hoher Stromdichte auf die Eigenschaften und Mikrostruktur von Nickelbasis-Superlegierungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das primäre Ziel des dargestellten Forschungsprojekts lag in der Untersuchung des Einflusses starker Stromimpulse auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von Nickelbasis- Superlegierungen. Die Mikrostrukturanalyse an Proben aus SC16 bzw. PWA1480 und CMSX-4 zeigte aufgrund des Einflusses des elektrischen Stroms eine signifikante Änderung der Versetzungsanordnung sowohl im wärmebehandelten (Erhöhung der Versetzungsdichte) als auch im kriechverformten Materialzustand (Abnahme der Versetzungsdichte) auf. Es wurde eine Materialverfestigung in stark kriechverformten Proben und eine Entfestigung im wärmebehandelten Zustand beobachtet. Jedoch war die Größe des Effekts vergleichsweise gering bezogen auf die Stauchgrenze des Werkstoffes und ohne den Einfluss der Stromimpulse. Ein höheres Potential zur Entfestigung bzw. Verfestigung, bezogen auf die Stauch- oder Streckgrenze, könnten gut umformbare vielkristalline Nickelbasis-Legierungen zeigen. Eine Tendenz hinsichtlich des Einflusses der Stromimpulse auf das mechanische Kriecherhalten von einkristallinen Nickelbasis-Superlegierungen, kann mit dem Hintergrund der geringen Probenanzahl und Variation der Stromimpulsparameter nur schwer beurteilt werden. Es kommt hinzu, dass die Streuung der mechanischen Eigenschaften der Proben in der Größenordnung des Messeffektes durch die Stromimpulse liegt. Hier waren die erreichbaren Stromdichten noch zu gering, um die Umverteilung der Versetzungen in den Zeitstandproben bewirken zu können. Eine stromimpulsbedingte Umverteilung der γ- und γ’-bildenden Elemente konnte nur in kriechverformten Proben beobachtet werden. Die strominduzierten Versetzungsbewegungen deuten auf eine Wechselwirkung zwischen den Elementen Cr, Co und den Grenzflächenversetzungen hin. Zur weiteren Analyse dieses Verhaltens sollten Nickelbasis-Legierungen mit unterschiedlichen Kriechverformungszuständen verwendet werden. Es wurden auch deutliche Hinweise auf einen positiven Einfluss der Stromimpulse auf die Mobilität mechanisch induzierter Korngrenzenbewegungen in Al-Bikristallen gefunden. Für systematische Untersuchungen sind aber umfassende Erweiterungen des bisherigen Messaufbaus nötig, damit die Proben während der Wirkdauer des Stromflusses mit einer definierten mechanischen Kraft belastet werden können. Idealerweise würden diese Versuche dann auch bei höheren Temperaturen durchgeführt, um eine bessere Vergleichbarkeit mit der mechanisch induzierten Korngrenzenbewegung ohne die Einwirkung von Stromimpulsen zu erreichen, die bei Raumtemperatur normalerweise nicht beobachtet wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Influence of High-Current-Density Impulses on the Compression Behavior: Experiments with Iron and a Nickel-Based Alloy, Journal of Materials Engineering and Performance, 26(1), 2017, 177-184
Demler, E.; Gerstein, G.; Dalinger, A.; Epishin, A.; Rodman, D.; Nürnberger, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11665-016-2457-x) - Influence of high-current-density impulses on the plasticity of single crystal nickel-based super alloy CMSX-4, In: Ya. V. Frolov (Hrsg.): Plastic deformation of metals. Accent PP, Dnipro, 2017
Demler, E., Gerstein, G., Dalinger A., Epishin, A., Nürnberger, F., Maier, H. J.
- Methodical procedure for investigating the influence of electric impulses on the deformation behavior of the single crystal nickel-based alloy CMSX-4 and dynamics of grain boundaries in aluminum bicrystals, In: Bannykh, O. A. (Hrsg.): VII International Conference „Deformation and destruction of materials and nanomaterials“. Moskau. 7.- 10.11.2017, IMET RAN, Moskau, 2017, 57-58
Demler, E.; Gerstein, G.; Dalinger, A.; Nürnberger, F.; Molodov, D. A.; Epishin, A.
- Surface modification of an austenitic stainless steel wire by a multi-pulse treatment with a high-power electric current, Journal of Materials Science, 52(13), 2017, 8007-8015
Nürnberger, F.; Gerstein, G.; Dalinger, A.; Thürer, S. E.; Vinogradov, A.; Feldhoff, A.; Maier, H. J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10853-017-1003-z) - Effect of Electrical Pulses on the Mechanical Behavior of Single Crystals of Nickel-Based CMSX-4 Superalloy and the Mobility of Low-Angle Grain Boundary in Aluminum Bicrystals, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 82(9), 2018, 1079- 1085
Demler E.; Gerstein G.; Dalinger A.; Nürnberger F.; Epishin A.; Molodov D. A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3103/S106287381809006X) - Influence of high current-density impulses on the stress-strain response and microstructural evolution of the single crystal superalloy CMSX-4, Materials Research, 21(6), 2018, 1079
Demler, E.; Gerstein, G.; Dalinger, A.; Epishin, A.; Nürnberger, F.; Maier, H. J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2018-0428)
