Thermodynamische Untersuchung von Fe–Mn–Al–Ni–Ti-Formgedächtnislegierungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Mario J. Kriegel
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314279646

Fe–Mn-basierte Formgedächtnislegierungen (FGL) haben in den letzten Jahren wesentlich an Bedeutung gewonnen, da sie zwei einzigartige Eigenschaften aufweisen: eine ungewöhnliche Phasenumwandlung zwischen einer kubisch-raumzentrierten, austenitischen Hochtemperaturphase (Strukturbericht-Bezeichnung A2) und einer kubisch-flächenzentrierten Martensitphase (A1), sowie eine geringe Temperaturabhängigkeit des superelastischen Verhaltens, was den Einsatz dieser Werkstoffe über einen weiten Temperaturbereich (von -50 bis +150°C) gestattet. Ermöglicht wird das pseudoelastisches Verhalten allerdings erst durch das Zusammenspiel von geordneten, kohärent zur Matrix vorliegenden und fein verteilten Ausscheidungen (B2). Hierbei spielen die gebildeten Ausscheidungen eine zentrale Rolle, denn über deren chemische Zusammensetzung, deren Volumenanteil und Größe wird das thermoelastische Materialverhalten der Legierungen maßgeblich beeinflusst. Um das mechanische Verhalten von Fe–Mn–Al–Ni-Legierungen weiter zu verbessern, muss daher die Mikrostruktur gezielt eingestellt werden. Ein positiver Einfluss sowohl auf die Abschreckempfindlichkeit als auch auf das Kornwachstum wird der Zugabe von geringen Mengen an Titan (1.5 at.%) zugeschrieben. Der Einfluss von Ti auf die fein verteilten B2-Ausscheidungen ist bisher allerdings noch völlig ungeklärt. Ziel des beantragten Projektes ist es daher zunächst, ein grundlegendes thermodynamisches Verständnis (basierend auf den freien Enthalpiebeiträgen der beteiligten Phasen) zu entwickeln, um Fe-basierte FGL gezielt untersuchen zu können. Der Zusammenhang der Thermodynamik im System Fe–Mn–Al–Ni–Ti mit den Formgedächtniseigenschaften steht hierbei Mittelpunkt der Forschungsbestrebungen. Weiterhin sollen die auftretenden Phasenumwandlungen gezielt untersucht werden, um deren Beitrag zum Formgedächtniseffekt besser verstehen zu können. Computergestützte thermodynamische Untersuchungen auf Basis der CalPhaD-Methode werden daher mit mikrostruktur- und thermoanalytischen Methoden kombiniert, um den Einfluss der gebildeten Phasen auf das Formgedächtnisverhalten dieser Materialien zu untersuchen. Die vorgeschlagenen Studien werden ganz wesentlich dazu beitragen, das grundlegende Verständnis bezüglich des Einflusses der gebildeten Phasen auf das superelastische Verhalten in Fe–Mn–Al–Ni–Ti-Legierungen besser verstehen zu können. Außerdem sind die gewonnenen Erkenntnisse nicht nur im Bereich der grundlagenorientierten Werkstoffwissenschaft von großer Bedeutung, sondern sie ermöglichen es, die funktionellen und die mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen weiter zu verbessern und gezielt auf bestimmte Anwendungen maßzuschneidern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf