Entwicklung und Charakterisierung von eutektischen V-Si-B-Legierungen mit verbesserten spezifischen mechanischen Eigenschaften für Hochtemperaturanwendungen: Rolle der neuen V8SiB4-Phase

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Bronislava Gorr; Dr.-Ing. Georg Hasemann; Professorin Dr. Ruth Schwaiger
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410338871

V-Si-B-Legierungen haben großes Potenzial für Hochtemperatur-Strukturanwendungen. In der ersten Förderperiode wurden für das V-reiche V-Si-B-System das Phasendiagramm inklusive Schmelzflächenprojektion und isothermem Schnitt bei 1400 °C entwickelt und untersucht. Bei diesen Untersuchungen wurde eine neue ternäre Phase, V8SiB4, entdeckt, deren Kristallstruktur durch eine Kombination aus experimentellen Ergebnissen und dichtefunktionaltheoretischen Berechnungen bestimmt wurde. Aus Literaturdaten und dem aktuellen Stand der eigenen Ergebnisse, lässt sich die Bildungstemperatur der V8SiB4-Phase im Bereich zwischen 1400 °C und 1600 °C aus der V5SiB2-Phase vermuten. Dabei scheint es sich um eine Umwandlung aus der V5SiB2-Phase zu handeln. Des Weiteren wurden die mechanischen Eigenschaften von Legierungen mit einem binären V(MK)-V5SiB2- und dem ternären V(MK)-V3Si-V5SiB2-Eutektikum im Temperaturbereich von 25 °C bis 1000 °C untersucht. Das primäre Ziel des Fortsetzungsantrags ist, die Phasenstabilität der neuen V8SiB4-Phase in Abhängigkeit von der Temperatur und der Legierungskonzentration zu ermitteln. Eine monolithische V8SiB4-Phase wird mit Hilfe der Pulvermetallurgie (PM) – mechanischem Legieren + Sintern (FAST) – hergestellt. Das postulierte fest-fest Umwandlungsverhalten wird über DSC-Messungen in Kombination mit gezielt ausgewählten Wärmebehandlungsversuchen untersucht. Um den Löslichkeitsbereich der V8SiB4-Phase zu bestimmen, werden 2-3 Varianten mit leichten Abweichungen der Stöchiometrie der neuen Phase hergestellt und untersucht. Hinzu werden EDX- (ggf. WDX-) Messungen zum Eingrenzen des Löslichkeitsbereichs durchgeführt. Im Anschluss wird die im vorangegangenen Projektzeitraum erstellte V-Si-B-Datenbank (FactSage) unter Einbeziehung der neuesten Erkenntnisse erweitert. Als zweiter Schwerpunkt des beantragten Projektes wird das mechanische Verhalten der V8SiB4-Phase auf der Mikro- und Makroskala untersucht. V8SiB4- und V5SiB2-Phasen werden mittels Nanoindentation und elektronenmikroskopischen Methoden untersucht mit dem Ziel, die Verformungsmechanismen und mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Kristallorientierung zu charakterisieren. Auf der Makroskala werden die Stauchgrenzen und die Kriechfestigkeit polykristallinier V8SiB4- und V5SiB2-Phasen bei 900 °C und 1000 °C ermittelt. Anschließend werden die ermittelten mechanischen Kenngrößen der beiden intermetallischen Phasen in einem Modell zur Beschreibung der Verformungskenngrößen einer Beispiellegierung aus der ersten Förderperiode angewandt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Manja Krüger