Die Rolle der Kontrolle der chemischen Zusammensetzung im Hinblick auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Mg-Nd-Zn Legierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Norbert Hort, seit 5/2016; Dr. Domonkos Tolnai
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270915784

Mg-Legierungen sind für gewichtskritische Anwendungen ideal, wo die Gewichtsverringerung mit einer Verringerung des Energieverbrauchs korreliert. Die Eigenschaftsprofile der kommerziellen Magnesiumlegierungen sind jedoch für viele Anwendungen nicht verwendbar. Das Design von Mg-Legierungen durch die Kontrolle sowohl der Zusammensetzung als auch der Verteilung von Sekundärphasen ist jedoch wichtig, um das volle Potenzial dieser Legierungen ausschöpfen zu können. Es wurde bereits berichtet, dass die Zugabe von Zn zu Mg-RE Legierungen (RE = Seltenerdmetall) zur Veränderung der Mikrostruktur und der daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften schon bei relativ geringen RE-Gehalten führt. Bislang wurden nur RE-Elemente mit hoher Löslichkeit in Mg (wie Gd und Y) systematisch untersucht. Ein Schwerpunkt lag dabei vor allem darauf, den Einfluss des RE-Zn Verhältnisses auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften in einem großen Bereich von Verarbeitungsbedingungen zu verstehen. Nd ist ein kostengünstiges RE mit geringer Löslichkeit. Es kann dazu eingesetzt werden, die Festigkeit von Mg-Legierungen durch die Bildung von feinen Partikeln zu verbessern, welche die plastische Verformung in Mg-Nd- und Mg-Nd-RE -Legierungen effektiv behindern. Es ist daher zu erwarten, dass die Zugabe von Zn die mechanischen Eigenschaften durch die Veränderung der Mikrostruktur bei relativ niedrigem Nd-Gehalt verbessern wird. Das Ziel dieser Untersuchung ist es, ein kostengünstiges Mg-Legierungssystem für strukturelle Anwendungen mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften durch Modifikation der Zusammensetzung und kontrollierte Wärmebehandlungen zu entwickeln. Die Fähigkeit, die Mikrostruktur und die resultierenden Eigenschaften durch die Bildung von Ausschneidungen mit intermetallischen Teilchen an den Korngrenzen zu beeinflussen, würde die Entwicklung von Legierungen mit einer synergistischen Kombination von verbesserter Festigkeit und Duktilität. Eine Reihe von Legierungen mit unterschiedlichen Nd-Zn Verhältnissen mittels in situ Synchrotronbeugung und ex situ Elektronenmikroskopie werden untersucht, um die mikrostrukturellen Entwicklung während der Erstarrung zu verstehen. Die intermetallischen Phasen, deren Bildungstemperatur und denen Volumenanteil werden zur Verbesserung der Mg-reichen Seite des zurzeit verfügbaren Mg-Nd-Zn Phasendiagramms benutzt. Die Rolle der Wärmebehandlungen auf die Änderung der intermetallischen Phasen während der Erstarrung und die Bildung neuer Ausscheidungen wird mit Hilfe der Elektronenmikroskopie untersucht. Dies führt zu einem weiteren Schritt, in dem die Mikrostruktur und die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften modifiziert werden könnten. Die mechanischen Eigenschaften der Legierungen im Guss- und wärmebehandelten Zustände werden bei Raum- und erhöhter Temperatur untersucht, um die Rolle der Zusammensetzung auf intermetallische Phasen und die thermische Verarbeitungsgeschichte solcher Eigenschaften zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Chamini Mendis, Ph.D., bis 4/2016