Phasenstabilität, Ausscheidungskinetik, nanoskalige Elementverteilungen und ihre Auswirkung auf die Zugeigenschaften in refraktären krz TiZrNbHfTa-Hochentropielegierungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Guillaume Laplanche, Ph.D.; Professorin Tong Li, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388735491

Refraktäre Hochentropielegierungen (RHEAs), die aus Elementen mit hohen Schmelzpunkten bestehen, sind vielversprechende Kandidaten für Hochtemperaturanwendungen, die über Ni-Basis-Superlegierungen und andere konventionelle refraktäre Legierungen hinausgehen. Unter den RHEAs weist die äquiatomare krz TiZrNbHfTa-Legierung eine ausgezeichnete Kombination aus Duktilität und Festigkeit bei Raumtemperatur auf. Diese Legierung galt ursprünglich als stabil, da ihre hohe Mischungsentropie die Bildung von Sekundärphasen unterdrücken sollte. Bei einer Wärmebehandlung unter 900 °C scheidet sich jedoch eine hdp-Phase aus, was zu einer starken Verschlechterung der Duktilität führt. Zusätzlich könnten lokale Clusterbildung und/oder Nahordnung (SRO) die Zugeigenschaften ebenfalls beeinflussen. Um die mechanischen Eigenschaften von krz RHEAs zu verbessern, ist es notwendig zu verstehen, wie diese mikrostrukturellen Merkmale eine Rolle für das Verformungsverhalten spielen. Bisher wurden nur wenige Forschungsarbeiten zur Untersuchung der Phasenstabilität, Ausscheidungskinetik und nanoskaligen Elementverteilungen von TiZrNbHfTa durchgeführt. Daher ist es das Ziel dieser Gemeinschaftsstudie, ein besseres Verständnis dieser grundlegenden Aspekte zu erlangen und die Beziehungen zwischen Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften herzustellen.Hier wird die TiZrNbHfTa RHEA mit einem rekristallisierten Gefüge im Bereich [300 – 1200 °C] unterschiedlich lang geglüht, gefolgt von mikrostrukturellen und chemischen Analysen auf mehreren Längenskalen. 1000-Stunden-Glühungen, gefolgt von XRD, REM und EBSD werden durchgeführt, um thermodynamische Gleichgewichte zu untersuchen. Zusätzliche kürzere Glühungen werden es ermöglichen, das erste Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm für die TiZrNbHfTa RHEA zu erstellen. Um die entsprechenden diffusionskontrollierenden Mechanismen weiter aufzudecken, werden die zeitliche und die thermische Entwicklung der Mikrostruktur sowie die Konzentrationsprofile, die sich an Phasengrenzen aufbauen, systematisch untersucht. Hdp-Ausscheidungen im Frühstadium innerhalb von Körnern, Segregation und Partitionierung an Hochwinkel-Korngrenzen werden durch APT und TEM eingehend untersucht, um die Keimbildungsmechanismen zu entschlüsseln. Darüber hinaus werden nanoskalige Zusammensetzungsmodulationen und/oder SRO durch APT und TEM in der krz Matrix bei verschiedenen Temperaturen und Dauern untersucht. Die Auswirkungen auf die Zugeigenschaften verschiedener Mikrostrukturen, die sich aus verschiedenen Glühvorgängen ergeben, werden untersucht, um ein besseres Verständnis der Verformungs- und Versagensmechanismen in TiZrNbHfTa zu erhalten. Insgesamt wird dieses Projekt unser Verständnis der mit Ausscheidungskinetik und Phasenstabilität verbundenen elementaren Prozesse voranbringen, aber es wird auch ungewöhnliche mikrostrukturelle Merkmale aufdecken, die möglicherweise zu hervorragenden mechanischen Eigenschaften von RHEAs führen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2006: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung - Hochentropielegierungen (CCA - HEA)