Entwicklung von Halbzeugen mit optimierten Dämpfungseigenschaften auf Basis von pseudoelastischen eisenbasierten Formgedächtnislegierungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Hassel; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier; Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401738767

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Für die Entwicklung von Halbzeugen mit Dämpfungseigenschaften auf Basis eisenbasierter Formgedächtnislegierungen wurde der Einfluss industrieller Prozessrouten und Schweißverfahren auf das abnormale Kornwachstum untersucht. Zur Charakterisierung der Schweißeignung der Legierung FeMn34Al15Ni7,5 (At.-%) wurden Untersuchungen für die Schweißverfahren MIG-, WIG-, Elektronenstrahl- und Laserstrahlschweißen durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass der höhere Wärmeeintrag und der damit verbundene höhere γ-Anteil bei allen Parametern des WIG- und MIG-Schweißens zu rissfreien Verbindungen führt, während beim Elektronenstrahl- und Laserstrahlschweißen ein schmaleres Prozessfenster festgestellt wurde. Die Untersuchungen zum Einfluss der Wärmebehandlungen ergaben, dass das Kornwachstum maßgeblich durch den industriellen Prozess beeinflusst wird und bereits nach dem Lösungsglühen in einzelnen abnormal gewachsenen Körnern resultiert. Das Abschreckverhalten und die damit verbundene Bildung der Niedertemperatur-γ-Phase ist abhängig von den Probendimensionen. Während für Miniaturproben nach der zyklischen Wärmebehandlung eine oligokristalline Mikrostruktur mit nachgewiesener Pseudoelastizität erhalten wurde, führt eine Vergrößerung der Probenabmessungen, und die damit verbundene geringere Abkühlrate, zu vermehrter γ-Ausscheidung im Korninneren. Dies resultiert im Verlust der Pseudoelastizität. Der Einfluss der Schweißprozesse auf das abnormale Kornwachstum ist dabei prozessabhängig. Beim MIG und Laserschweißen stellt die Schmelzlinie eine unüberwindbare Grenze für das Kornwachstum dar, während bei mittels WIG und Elektronenstrahl geschweißten Proben ein Kornwachstum über die Fügezone hinweg stattfindet. Zusätzlich zu den artgleichen Schweißungen wurden ergänzend artfremde Schweißungen aus S355 und FeMn34Al15Ni7,5 (At.-%) durchgeführt. Da eine 50:50 Legierung durch die Aufmischung der verwendeten Werkstoffe sowohl Härte- als auch Warmriss-anfällig ist, wurden artfremde Zusatzwerkstoffe zum Fügen von I-Stößen verwendet. Unter Verwendung von Zusatzwerkstoffen mit hohem Chromgehalt (1.4015, 1.4551) konnten defektfreie Verbindungen hergestellt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Microstructural Investigation of a FeMnAlNi Shape Memory Alloy Processed by Tungsten Inert Gas Wire and Arc Additive Manufacturing. Metals, 12(10), 1731.
  Viebranz, Vincent Fabian; Hassel, Thomas & Maier, Hans Jürgen
  
• Welding characteristics and microstructure of an industrially processed Fe-Mn-Al-Ni shape memory alloy joined by tungsten inert gas welding. Welding in the World, 66(11), 2207-2216.
  Viebranz, Vincent Fabian; Hassel, Thomas; Niendorf, Thomas & Maier, Hans Jürgen
  
• Electron Beam Welding of Hot-Rolled Fe–Mn–Al–Ni Shape Memory Alloy Sheets. Shape Memory and Superelasticity, 9(2), 364-376.
  Bauer, A.; Wiegand, M.; Wicke, P.; Sommer, N.; Vollmer, M.; Böhm, S. & Niendorf, T.
  
• Structural and superelastic properties of Fe–Mn–Al–Ni shape memory alloy sheets produced on industrial process routes by hot rolling. Journal of Materials Research and Technology, 24, 6982-6991.
  Bauer, André; Vollmer, Malte; Viebranz, Vincent Fabian; Maier, Hans Jürgen & Niendorf, Thomas