Neue eutektische hochschmelzende Mo-Si-Ti Legierungen hergestellt mittels additiver Fertigung: Mikrostruktur, Textur und daraus folgende Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424801257

Das Vorhaben beschreibt einen kombinierten experimentellen und modellierungsmäßigen Ansatz zur Entwicklung neuer eutektischer Molybdän-Silizium-Titan Legierungen. Mehrphasige Refraktärmetall (RM) basierte Silizidlegierungen wie die hier Vorliegenden werden seit einigen Jahren als vielversprechende Kandidaten für strukturelle Anwendungen bei extrem hohen Temperaturen jenseits der Einsatzgrenzen von Ni-Basis Superlegierungen gehandelt. Wegen ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer hohen Spröd-Duktil-Übergangstemperaturen sind sie jedoch schwer mittels konventioneller (subtraktiver) Ur- und Umformverfahren in Halbzeug- oder gar Bauteilform herzustellen. Deshalb wird in diesem Vorhaben ein noch relativ neues additives Herstellverfahren (engl. Additive Manufacturing – AM) vorgeschlagen, mit dem die elementaren Einflussgrößen dieses fern vom thermodynamischen Gleichgewicht arbeitenden Verfahrens auf die Gefüge- und Texturbildung untersucht und mittels Phasenfeldmethode modelliert werden soll. RM basierte Legierungen unterliegen bei erhöhten Temperaturen einem typischen Phänomen der katastrophalen Oxidation, dem so genannten „Pesting“. Speziell das hier gewählte selektive Elektronenstrahlschmelzen (engl. Abgekürzt SEBM) verspricht die Lösung dieser prozessbedingten Schwierigkeiten, da es bei hohen Pulverbetttemperaturen sowie unter Hochvakuum operiert. In eigenen Vorarbeiten konnten wir darüber hinaus zeigen, dass sogar konventionell über Lichtbogen Schmelzverfahren hergestelltes Mo27-Si20-Ti53 bereits attraktive Kriechwiderstände bei gleichzeitig unterdrücktem „Pesting“-Verhalten besitzt. Dies wurde auf das fein lamellare Gefüge zurückgeführt. Da AM Prozesse bekannt hohen Abkühlraten und thermische Gradienten aufweisen, werden im Vorhaben noch viel feinere Gefügestrukturen verbunden mit starker kristallographischer Texturbildung erwartet. Inwieweit sich dies auf die Zieleigenschaften Kriech- und Oxidationswiderstand dieser Werkstoffe auswirkt, ist derzeit völlig unbekannt. Die Zusammensetzung der Projektgruppe mit Spezialisten auf dem Gebiet des AM von Hochtemperaturwerkstoffen, Texturbildung und Phasenfeldsimulation soll die Zusammenhänge zwischen Herstellung, Gefüge und Eigenschaften modellorientiert aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Science and Technology (DST)
• Kooperationspartner: Professor Abhik Choudhury; Professor Satyam Suwas