Charakterisierung des Kriechverhaltens einer Nickelbasis-Superlegierung unter nicht-isothermen Bedingungen und Modifikation der Kriechlebensdauer mittels Stromimpulsbehandlung

• Antragsteller: Dr. Gregory Gerstein; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449967666

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Ziel des Projektes war es, die unter nicht-isothermen Kriechbedingungen erwarteten schneller ablaufenden Schädigungsmechanismen zu untersuchen und zu beschreiben. Dazu wurden isotherme und nicht-isotherme Versuche mit und ohne mechanische Belastung durchgeführt. Im zweiten Projektteil wurde untersucht, ob durch eine Stromimpulsbehandlung Änderungen der Elementverteilung in einer bereits kriechverformten Nickelbasislegierung erreicht werden können. Die Mikrostruktur wurde in verschiedenen Stadien der Floßbildung mittels REM untersucht und anschließend ausgewertet. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Vergröberung der γ´-Phase unter nicht-isothermen Bedingungen schneller abläuft. Dies wurde auch bei der Berechnung der Connectivity Number NA und anderen Parametern deutlich. In den ermittelten Funktionsflächen ist der anfangs schnellere Abfall von NA deutlich zu erkennen. Vor und nach einer Stromimpulsbehandlung wurden Proben mittels EDX-Linescans an denselben Positionen vermessen, um Änderungen in der Elementverteilung nachweisen zu können. Dabei wurden zwar Unterschiede in den Elementkonzentrationen festgestellt, die jedoch nicht genau gegenläufig zur anfänglichen Elementumverteilung durch die Floßbildung waren. Außerdem wurde festgestellt, dass die gemessenen Änderungen bei Proben, die mit einer höheren Stromdichte behandelt wurden, stärker ausgeprägt waren, als bei niedrigeren Stromdichten. Die Anzahl der Impulse zeigte dagegen keinen eindeutigen Einfluss. Die ursprünglichen Arbeitshypothesen konnte damit zwar bestätigt werden, für eine technische Nutzung der Stromimpulsbehandlung zur Ausheilung von unerwünschten mikrostrukturellen Veränderungen durch die Kriechbeanspruchung sind jedoch noch weitergehende Untersuchungen notwendig.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Creep of Directionally Solidified Eutectics Ni/Ni3 Al–NbC under Thermal Cycling. Inorganic Materials: Applied Research, 13(4), 1099-1108.
  Svetlov, I. L.; Epishin, A. I.; Petrushin, N. V.; Gerstein, G.; Nolze, G. & Maier, H. J.
  
• Accelerated coarsening behavior of the γ´-phase in CMSX-4 during non-isothermal heat treatment. Materials Today Communications, 36, 106703.
  Reschka, Silvia; Gerstein, Gregory; Dalinger, Andrej; Zaibet, Mohamed Fedi; Herbst, Sebastian & Maier, Hans Jürgen
  
• Influence of High Current Impulses on Element Distribution in Creep-Deformed Single-Crystal Ni-Based Superalloys. Journal of Materials Engineering and Performance, 33(22), 12593-12603.
  Reschka, Silvia; Gerstein, Gregory; Herbst, Sebastian; Epishin, Alexander & Maier, Hans Jürgen