Zug-Druckasymmetrie in Fe-Ni-Co-Al-X (X=Nb, Ti, Nb-Ti) Formgedächtnislegierungen - Einfluss von nanoskaligen Ausscheidungen auf die funktionalen Eigenschaften

• Antragsteller: Dr.-Ing. Philipp Krooß
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405372848

Seit Entdeckung eisenbasierter Formgedächtnislegierungen (Fe-basis FGL) wird eine Verbesserung der funktionalen Eigenschaften dieser Legierungssyteme angestrebt. Im Gegensatz zu konventionellen Ni-Ti Legierungen zeichnen sich Fe-basis FGL durch geringere Kosten für Legierungselemente und Prozessierungskosten aus und sind daher für viele Anwendungen vielversprechend. Einige Studien betrachten die Zug-Druck Asymmetrie und die Orientierungsabhängigkeit der Formgedächtniseffekte in quasistatischen Versuchen, nur wenige thematisierten bisher jedoch die funktionale Ermüdung und den Einfluss nanoskaliger Ausscheidungen auf die Funktionalität. Eine umfassende Kenntnis über die Wechselwirkungen zwischen Ausscheidungen und funktionalen (zyklischen) Eigenschaften ist aus der Literatur nicht abzuleiten. Dieses Projekt zielt auf die Erarbeitung eines systematischen und umfassenden Verständnisses der Faktoren ab, die die funktionalen Eigenschaften beeinflussen. Da die Ausscheidungseigenschaften das funktionale Verhalten in Fe-Ni-Co-Al-basis FGL diktieren, fokussiert dieses Projekt einen Ansatz, der über geeignete Ausscheidungen eine Verbesserung der Performance herbeiführen soll. Das übergeordnete Ziel ist, eine neue Familie von Ausscheidungsteilchen zu entwickeln, die eine "Kern-Hülle" Struktur, d.h. einen chemischen Gradienten zwischen Ausscheidungskern und –Hülle, aufweisen. In einem ersten Schritt werden neuartige Fe-Ni-Co-Al-X (X=Ti, Nb) FGL verwendet, um systematisch Ausscheidungen zu variieren. Unter Verwendung von Zug- und Druckversuchen in unterschiedlichen Orientierungen soll der Einfluss unterschiedlich eingestellter Ausscheidungen auf die Natur der martensitischen Umwandlung untersucht werden. In einem zweiten Schritt werden vielversprechende Ausscheidungseigenschaften aus den quinternären Legierungssystemen abgeleitet und auf das Fe-Ni-Co-Al-X (X=Nb-Ti) übertragen. Ziel wird es sein, den Ansatz der "Kern-Hülle" strukturierten Ausscheidungen anzuwenden. Da Nb und Ti unterschiedliche Diffusionskoeffizienten aufweisen, werden in zweistufigen Wärmebehandlungen Ausscheidungen mit "Kern-Hülle" Struktur in unterschiedlichen Temperaturen und Zeiten gebildet. Über eine systematische Änderung der Spannungsfelder der "Kern-Hülle" Ausscheidungen, die die Ausscheidungen umgeben, und der lokalen Chemie von beiden, der Ausscheidung und der umgebenden Matrix, werden mechanische und nicht-mechanische Anteile der freien Gibb´schen Enthalpie für die martensitische Umwandlung variiert. Über diesen Ansatz wird eine Entwicklung von Ausscheidungen mit angepassten Eigenschaften möglich und erlaubt eine Verbesserung der funktionalen Eigenschaften (Erhöhung der Umwandlungstemperaturen, -dehnungen und der zyklischen Stabilität). Eine weitere Reduzierung der Teilchengröße in Fe-Ni-Co-Al-(Nb-Ti) FGL wird in neuartigen und unerwarteten Phasenumwandlungsmechanismen resultieren, welche neue Zwillingsmoden und eine entsprechende Martensitvariantenauswahl beinhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yuriy Ivanovich Chumlyakov