Mikromechanische und mikrostrukturelle Untersuchungen monokristalliner kubisch flächenzentrierter Hoch- und Medium-Entropie Legierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler, seit 1/2017
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310751327

Vor kurzem hat eine neue Klasse von Materialien, die Hoch- und Medium-Entropie Legierungen (HEL/MEL), welche aus einer Vielzahl von Legierungselementen zu ungefähr gleichen Anteilen bestehen, die wissenschaftliche Welt erobert. In polykristallinen HEL/MEL hängt die Festigkeit vom Typ und der Anzahl an Legierungselementen ab, ein Verständnis der grundlegenden Mechanismen hierfür fehlt jedoch. Für ein tieferes Verständnis ist es entscheidend Einkristalle so zu testen, dass die Reibspannung auf dem aktiven Gleitsystem als Funktion der Zusammensetzung bewertet und mit den zugrunde liegenden Versetzungsprozessen korreliert werden kann. In dem hier beantragten Projekt sind daher mikromechanische Untersuchungen an einkristallinen Mikrodruck- und Mikrozugproben geplant, die mittels fokussierter Ionenstrahlen aus individuellen Körnern eines polykristallinen Materials hergestellt werden. So kann jede Legierung durch konventionelle Prozessrouten (Erschmelzen, Abgießen, Homogenisieren, Walzen, etc.) hergestellt werden. Zuerst werden kubisch flächenzentrierte HEL/MEL basierend auf verschiedenen Kombinationen der Elemente Cr, Mn, Fe, Co und Ni untersucht. Anschließend werden die Effekte einer Substitution von Elementen (Pd, Cu, Al, Cu+Al), welche ausgesucht werden um spezifische Mechanismen zu erkennen, und der Einfluss von Abweichungen von der äquiatomaren Zusammensetzung untersucht. Die Anzahl, die Konzentration und der Typ von Legierungselementen wird variiert, um den Einfluss von grundlegenden Parametern wie Atomgröße/-masse, elastischer Modul und Stapelfehlerenergie auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften zu charakterisieren. Einige mikromechanische Versuche werden in situ im REM durchgeführt, um die Phänomene, die die Fließgrenze in den Kraft-Eindringtiefe-Kurven kennzeichnen mit den physikalischen Gleitprozessen auf der Probe in Echtzeit zu korrelieren. Kritische Schubspannungen werden als Funktion von der kristallographischen Orientierung und der Legierungszusammensetzung bestimmt und die Gültigkeit des Schmidschen Schubspannungsgesetzes überprüft. Mikrozugversuche werden durchgeführt, um Zug-Druck-Asymmetrien zu überprüfen. Vor und nach den unterbrochenen mechanischen Versuchen (Versuche mit unterschiedlicher maximaler Dehnung) werden TEM Untersuchungen durchgeführt und so die Einphasigkeit, die verformte Mikrostruktur (Zwillinge, Stapelfehler, Versetzungen, etc.) und der Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die Mikrostruktur, die Gleitprozesse und der Plastizität charakterisiert. Um zu untersuchen, ob die Konfiguration von Versetzungskernen für höhere Reibspannungen verantwortlich ist, werden Versetzungskerne in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung untersucht.Das hier beantrage Projekt wird einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis von Legierungseffekten auf die mechanischen Eigenschaften von hoch legierten Mischkristallen leisten, dessen Verhalten nicht mit herkömmlichen Textbuch-Theorien erklärt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Easo P. George, Ph.D., bis 12/2016