Rascherstarrung von Kupfer-Formgedächtnislegierungen und Herstellung komplexer Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Simon Pauly
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 287247591

Formgedächtnislegierungen auf Cu-Basis besitzen gute Formgedächtniseigenschaften und sind relativ günstig und leicht verarbeitbar. Ein großer Nachteil ist allerdings ihre ausgeprägte Neigung zu interkristallinem Sprödbruch. Das Verformungsverhalten lässt sich aber durch Kornfeinung deutlich verbessern. Bestimmte Legierungselemente (z.B. Zr) schränken das Kornwachstum während der Erstarrung ein. Gleichzeitig kann man die Abkühlgeschwindigkeit erhöhen und so feinere Gefüge erzeugen. Neben einer steigenden Festigkeit und Duktilität sinken die Umwandlungstemperaturen der Formgedächtnislegierung mit abnehmender Korngröße. Es soll nun untersucht werden, welche Mechanismen das Umwandlungsverhalten der beiden Formgedächtnislegierungen, Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn und Cu-11.35Al-3.2Ni-3Mn-0.5Zr, bestimmen. Dazu werden sie mittels Rascherstarrungsmethoden (Injektionsguss, Saugguss und selektivem Laserstrahlschmelzen) hergestellt. Zudem werden beide Legierungen stark plastisch verformt (equal channel angular pressing, ECAP). Anschließend erfolgen unterschiedliche Wärmebehandlungen (thermische Zyklieren bzw. Auslagern), um so gezielt (i) die Korngrößen, (ii) den Grad der Ordnung, (iii) die Dichte an Defekten (Korngrenzen, Versetzungen, Leerstellen) sowie (iv) die Anzahl/den Volumenanteil der vorliegenden Phasen zu variieren. Über eine umfangreiche Untersuchung der unterschiedlichen Gefüge mittels Elektronenmikroskopie, Röntgenbeugung, Widerstandsmessungen und Positronenannihilation soll der jeweilige Beitrag der obengenannten Einflussgrößen auf die reversible martensitische Umwandlung bestimmt werden. Mittels selektivem Laserstrahlschmelzen soll zudem die Textur und der Anteil an Korngrenzen in den Bauteilen variiert werden. Sogenannte oligokristalline Formgedächtnislegierungen haben verbesserte Umwandlungseigenschaften. Es soll überprüft werden, ob sich diese speziellen Gefüge auch mittels selektivem Laserstrahlschmelzen erzeugen lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen