Schallemissions-Screening an thermo-mechanisch prozessierten Formgedächtnislegierungen unter Zug- und Druckbeanspruchung - Die Bedeutung irreversibler Prozesse in einer Fe-Ni-Co-Al-Ti-B Formgedächtnislegierung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Philipp Krooß; Privatdozentin Dr.-Ing. Anja Weidner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449930948

Eisenbasierte Formgedächtnislegierungen (FGL) stehen seit einiger Zeit aufgrund ihrer geringen Materialkosten und deutlich vereinfachten Herstellungsbedingungen im Vergleich zu Ni-Ti-FGL im Fokus aktueller Forschung. Nanoskalige Ausscheidungen in den Legierungen Fe-Ni-Co-Al-X (X = Ti, Ta) und Fe-Mn-Al-Ni sind für die Realisierung der Formgedächtniseffekte (FGE) unabdingbar. Gleichzeitig haben sie auch einen großen Einfluss auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften. Für Einkristalle dieser Legierungssysteme ist der Zusammenhang zwischen Ausscheidungen, Umwandlungsverhalten, mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur bereits gut verstanden. Durch die Anwendung thermo-mechanischer Prozessketten konnten bereits auch für vielkristallines Material aussichtsreiche Materialzustände für die FGE eingestellt werden. Jedoch fehlt in beiden Fällen eine umfangreiche Datenbasis zum Verständnis der funktionellen und strukturellen Ermüdung. Eine besondere Rolle hierbei spielen vor allem mit der Phasenumwandlung einhergehende irreversible Prozesse wie Versetzungsbewegung, Interaktion verschiedener Martensitvarianten sowie Interaktionen mit den nanoskaligen Ausscheidungen. Eine exzellente Methode zur Charakterisierung der Kinetik der Phasenumwandlung und der zugrundeliegenden Mikrostrukturprozesse ist die Messung und Auswertung von akustischen Signalen während der mechanischen Beanspruchung der Werkstoffe. Ziel des Projektes ist es, die Rolle irreversibler Prozesse sowohl für die Pseudoelastizität als auch für temperatur-induzierte Phasenumwandlung durch die Anwendung der Schallemissionsanalyse aufzuklären. Für die Untersuchungen wird das Legierungssystem Fe-Ni-Co-Al-Ti-B verwendet. Erstmalig wird die Schallemission zur Untersuchung der Prozesse der thermoelastischen martensitischen Phasenumwandlung unter mechanischer Beanspruchung eingesetzt, um die Kinetik der ablaufenden Prozesse zu verstehen. Die Schallemissionsmessungen werden durch weitere komplementäre in situ Charakterisierungstechniken wie z.B. digitale Bildkorrelation, Thermographie und Röntgenbeugung aber auch durch umfassende mikrostrukturelle Untersuchungen mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie begleitet. Ausgangspunkt der Untersuchungen sind speziell orientierte Einkristalle, die einen hohen Grad an Reversibilität aufweisen. Die Ergebnisse der Schallemissionsanalyse an diesen Zuständen dienen als Benchmark für das Verständnis der Prozesse in vielkristallinen Materialzuständen. Die vielkristallinen Zustände werden durch thermomechanische Prozesse (Walzen, Wärmebehandlung) so eingestellt, dass entweder eine starke <001> Textur für zu erwartende gute Reversibilität bzw. Zustände mit einer hohen Irreversibilität vorliegen. Fernziel des Projektes ist (i) die Vorhersage der funktionalen Degradation durch Echtzeit-Screening mittels Schallemission während des Einsatzes von FGL und (ii) die Vorhersage geeigneter Mikrostrukturen für verschiedene Anwendungsszenarien von FGL.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Horst Biermann; Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf