Mechanismenbasierte Charakterisierung des mikrostruktur- und richtungsabhängigen zyklischen Kriechverhaltens der Magnesiumlegierung WE43

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317233119

Das Ziel der zweiten Projektphase ist die Anwendung und Weiterentwicklung der erfolgreich validierten Prüfstrategien und der entwickelten modellbasierten Korrelationen auf die höchstfeste und kriechbeständige Magnesiumlegierung WE43. Diese weist im Vergleich zu den in der ersten Projektphase charakterisierten Magnesiumlegierungen DieMag422 und AE42 eine deutlich höhere mechanische Festigkeit und eine höhere zulässige Einsatztemperatur auf. In den typischen Einsatzbereichen von WE43, in der Luft- und Raumfahrt sowie im Motorsport, ist zyklisches Kriechen von besonderer Relevanz. Im Rahmen der ersten Projektphase wurde deutlich, dass eine lückenlose Identifikation der Kriech- und Versagensmechanismen sowie ein Verständnis zu deren Interaktion und Evolution nur durch eine systematische Untersuchung des Einflusses der Mikrostruktur im Sinne eines Prozess-Struktur-Eigenschaft-Schädigung-Verständnisses möglich ist. Daher sollen durch die Fertigungsverfahren Gießen (Abkühlrate niedrig, Korngröße groß) und additive Fertigung (Abkühlrate hoch, Korngröße klein) im Laserpulverbettverfahren (engl.: laser-powder bed fusion, L-PBF) zwei verschiedene Gefügezustände eingestellt und diese vergleichend und mechanismenbasiert charakterisiert werden. Da die Additive Fertigung von WE43, im Gegensatz zum Gießen bisher nicht etabliert ist, sollen die Einflüsse beider Fertigungsverfahren und der daraus resultierenden Mikrostrukturen auf das zyklische Kriechverhalten eindeutig charakterisiert sowie mikrostruktur- und mechanismenorientiert bewertet und modellbasiert beschrieben werden. Die wissenschaftliche Zielsetzung besteht darin, die Mikrostruktur (u.a. Korngröße, Ausscheidungsverhalten, Ver- und Entfestigungsvorgänge) und die verfahrensbedingten Defekte (u.a. Gas- und Schwindungsporosität, Anbindungsfehler) mit den zyklischen Kriecheigenschaften (u.a. Ermüdungsfestigkeit, Kriechrate) zu korrelieren. Die in Projektphase 1 entwickelten Prüfvorrichtungen sind bereits für die erhöhten Prüftemperaturen und -kräfte ausgelegt und die Versuchsmethoden werden konsequent weiterentwickelt. In statischen Zug- und Druckkriechversuchen sowie ein- und mehrstufigen Ermüdungsversuchen im Zug- und Druckschwellbereich sollen die richtungsabhängigen Unterschiede im Werkstoffverhalten mit und ohne überlagerter zyklischer Beanspruchung analysiert und verstanden werden. Die Mechanismen des statischen Kriechens sollen dabei vom zyklischen Kriechen separiert werden, um Aussagen zur Interaktion und Evolution zu ermöglichen. Mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer und computertomographischer Untersuchungen soll der Einfluss der Mikrostruktur und der Defekte von ausgewählten Ermüdungsproben untersucht werden, um zu klären, wie sich die Lebensdauer über das prozessinduzierte Gefüge maximieren lässt. Abschließend werden die Ergebnisse aus den Projektphasen 1 und 2 zusammengeführt und die abgeleiteten Korrelationsmodelle um die gegossene und additive-gefertigte WE43-Legierung erweitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen