Maßgeschneiderte, ausscheidungsverfestigte (B2, L21) FeAlCr (Mn, Co, Ni, Ti) Legierungen mit komplexer Zusammensetzung für hohe Anwendungstemperaturen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Liebscher; Professor Jochen M. Schneider, Ph.D., seit 5/2018
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388541188

Hochentropielegerungen (HEA) oder Legierungen mit komplexer Zusammensetzung (CCA) sind Systeme die typischerweise aus fünf oder mehr Legierungselementen bestehen. Diese großen Zusammensetzungsbereiche bieten attraktive Möglichkeiten neuartige Werkstoffe zu entwickeln und das ursprüngliche Konzept war, durch die Maximierung der Mischungsentropie einphasige Mischkristalle zu erhalten. Allerdings konnten in den letzten 10 Jahren nur in wenigen Fällen einphasigen Legierungen entwickelt werden und in den meisten Legierungssystemen bilden sich mehrphasige Gefüge aus, die oft auch intermetallische Verbindungen enthalten. Diese Multiphasenlegierungen haben jedoch das Potential Werkstoffe hervorzubringen, welche die große Lücke zwischen Titan und Nickelbasis-Legierungen in Bezug auf deren Dichte und Anwendungstemperatur schließen. Allerdings wir dieses Anwendungsfeld bis heute äußerst selten erforscht. Das Ziel dieser Arbeit ist es, CCAs mit kubisch raumzentrierter (KRZ) Kristallstruktur und maßgeschneiderten B2- und/oder L21-Ausscheidungsphasen für hohe Anwendungstemperaturen bis zu 900ºC und Dichten < 7 g/cm3 zu entwickeln. In einem ersten Schritt wird die Phasenausbildung in dem Zusammensetzungsbereich FeAlCr (Mn, Co, Ni, Ti) durch Hochdurchsatzverfahren und -charakterisierungstechniken, welche auf Methoden der Dünnfilmabscheidung basieren, durchgeführt. Vielversprechende Legierungssysteme werden anhand der Ausbildung einer KRZ-Kristallstruktur und dem Auftreten der B2, L21 oder von beiden Phasen ausgewählt. In einem weiteren Schritt wird die Mikrostruktur und Hochtemperaturstabilität bis 900ºC konventionell gegossener Legierungen untersucht. Dabei stützt sich die Legierungsentwicklung auf eine Optimierung der Mikrostruktur in Bezug auf die Ausscheidungsmorphologie, der Kohärenz der Ausscheidungsphasen mit der übersättigten KRZ-Matrix und deren Volumengehalt. Die mechanischen Eigenschaften dieser maßgeschneiderten Mikrostrukturen werden dann durch Zugversuche von Raumtemperatur bis 900ºC untersucht, um den Zusammenhang aus Mikrostruktur und Eigenschaften für weitere Optimierungsschritte zu ermitteln. Zusätzlich geben erste Kriechversuche Aufschluss über die Stabilität der Mikrostruktur unter Last bei hohen Temperaturen und den vorherrschenden Verformungsmechanismen.Die zentralen Eckpunkte der vorliegenden Arbeit sind die mikrostrukturelle Charakterisierung und die Ermittlung mechanischer Kennwerte im Verlauf der Legierungsentwicklung. Durch die Kombination von mechanischer Prüfung und fortgeschrittenen Charakterisierungsmethoden, wie Röntgenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie und Atomsondentomographie wird der Fortschritt in der Entwicklung solch neuartiger Legierungen von der mesoskopischen Längenskala bis hinunter in den atomaren Bereich geleitet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2006: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung - Hochentropielegierungen (CCA - HEA)
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Konda Gokuldoss Pradeep, bis 4/2018