Thermomechanische Eigenschaften und Mikrostruktur von kfz und krz Hochentropielegierungen

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten Albe; Professor Dr.-Ing. Karsten Durst; Professor Dr.-Ing. Gerhard Wilde
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388675407

Ziel dieses Gemeinschaftsvorhabens ist es, den Einfluss der Gitter- und Mikrostruktur auf die thermomechanischen Eigenschaften der einphasigen fcc Cantor (CoCrFeMnNi) und bcc Senkov (HfNbTaTiZr) Legierungsfamilien in einem abgestimmten Ansatz aus Experiment, Theorie und Simulation zu untersuchen. Unser einzigartiger Ansatz basiert dabei auf diesen stabilen fcc- und bcc-Gittern und einer kontinuierlichen Erforschung des chemischen Parameterraums in Richtung zu Subzusammensetzungen und trägt so zum Verständnis von HEAs im Allgemeinen bei. Wir wollen uns auf Übergänge in den Eigenschaften konzentrieren, die von einem verdünnten Mischkristall zu einer konzentrierten hochentropischen Legierung gehen, wo konventionelle Mischungsregeln, wie das Vegards-Gesetz, nicht gelten. Für die bcc-Legierungen werden wir experimentelle Ansätze wie chemische Diffusion und Tracerdiffusion auf das HfNbTaTiZr (Senkov) und verwandte Systeme anwenden und die Phasenstabilität sowie die Mischkristallverfestigungs- und Interdiffusionskoeffizienten analysieren.Für die fcc-Systeme konzentrieren wir uns auf Ni-CoCrFeMnNi, Al-CoCrFeNi, sowie die gemischten Cr-CoCrFeMnNi-Systeme und untersuchen die Rolle der Korngrenzen in diesen fcc-HEAs. Bei den HEAs ist der spezifische Beitrag der Korngrenzen in Bezug auf Diffusion, Entmischung, Phasentrennung und mechanische Eigenschaften weitgehend unbekannt. Die Verarbeitung der fcc-Legierungen wird eine starke plastische Verformung (SPD) der Legierungen mit anschließender Wärmebehandlung und thermischer Analyse beinhalten. Die nanostrukturierten HEAs nach SPD sind ideal geeignet, um die Phasenstabilität, Interdiffusionsprozesse sowie die Versetzungskorngrenzen-Wechselwirkung zu untersuchen. Im mittleren Temperaturbereich wird erwartet, dass Korngrenzen als Nukleationszentren für die Phasenzersetzung oder strukturelle Phasenbildung fungieren. Die Tracerdiffusion wird für die Analyse der atomaren Mobilitäten in den Bulk-HEAs (hauptsächlich bcc-System), aber auch speziell entlang der Korngrenzen (fcc-Systeme) genutzt. Mikrostrukturuntersuchungen auf allen relevanten Längenskalen von der atomaren (TEM) bis zur Mikrometerskala (hochauflösende EBSD) sollen Defektstrukturen, Gitterdehnungen und die Eigenschaften interner Homo- (Korngrenzen) und Heterophasengrenzflächen wie Segregation, Versetzungsstapel oder Dehnungsfelder aufdecken. Die Legierungen werden mittel makroskopischer Druck- und Nanoindentationstests von RT bis 1100°C bei verschiedenen Dehnungsgeschwindigkeiten hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Die experimentellen Studien sind eng mit der atomistischen Modellierung verknüpft, die zusätzliche Einblicke in die Gitterstabilität, grundlegende Verformungsmechanismen, Diffusionsmechanismen, Defektstrukturen und insbesondere Defektbildung und Defektwechselwirkungen in HEAs liefert.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2006: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung - Hochentropielegierungen (CCA - HEA)
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Enrico Bruder; Dr. Harald Rösner; Dr. Alexander Stukowski