Dichte-basierendes thermodynamisches Modell und Open-Source-Software zur quantitativen Beschreibung des Grenzflächen-Phasenverhaltens in Mehrphasen-Mehrkomponenten-Legierungssystemen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Reza Darvishi Kamachali
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464414325

Das wissensbasierte Design von technischen Legierungen erfordert quantitative thermodynamische Beschreibungen aller Elemente der Mikrostruktur, von primären Volumenphasen- und Sekundärphasenausscheidungen bis hin zu Mikrostrukturdefekten, z. B. Korngrenzen und Phasengrenzen. Während die Thermodynamik von Volumenphasen gut etabliert ist und sich stetig weiterentwickelt, sind thermodynamische Beschreibungen und Datenbanken für die Mikrostrukturdefekte weitaus weniger erforscht. In diesem Projekt werden wir ein robustes Framework für die Berechnung thermodynamischer Datenbanken und Phasendiagramme für Grenzflächenmikrostrukturdefekte auf der Grundlage verfügbarer thermodynamischer Daten (CALPHAD-basierte) entwickeln. Wir werden ein verallgemeinertes mehrphasiges, auf Mehrkomponentendichte basierendes Modell entwickeln, das mit Überlegungen zur elastischen Energie (für interstitielle Atome) und einem heterogenen Keimbildungsmodell erweitert wird, um das Defekt-Engineering in mehrphasigen Mehrkomponenten-Legierungssystemen anzugehen. In Verbindung mit diesen theoretischen Entwicklungen wird entwickelt ein Open-Source-Softwarepaket zur Berechnung der Thermodynamik und Kinetik von Defekten. Die ultimative Open-Source-Software wird verfügbare CALPHAD-basierte thermodynamische Datenbanken als Eingaben verwenden und thermodynamische Eigenschaften, Phasendiagramme und deren zeitliche Entwicklung der Grenzflächendefekte berechnen. Die Anwendungen unseres verallgemeinerten Modells und des Softwarepakets werden untersucht, indem die Korngrenzenausscheidung und die Bildung ausscheidungsfreier Zonen in mehreren aktuellen Aluminiumlegierungen untersucht werden. Durch die Untersuchung eines breiten Spektrums von Zusammensetzung- und Temperaturräumen werden wir eine systematische Beziehung zwischen der nominalen Zusammensetzung der Legierung und den thermomechanischen Behandlungen verschiedener Al-Legierungen mit ihren Grenzflächenphasenänderungen konstruieren. Strategien für Legierungs- und Verarbeitungs-Designs werden vorgeschlagen, um das Versagen der Grenzfläche in Aluminiumlegierungen zu verringern. Mit den zunehmend fortschreitenden Forschungen zum Defekt-Engineering zielt das aktuelle Projekt auf eine bahnbrechende Entwicklung der rechnergestützten Thermodynamik der Mikrostrukturdefekte ab. Das verallgemeinerte dichtebasierte Modell und die Software bieten leistungsstarke Werkzeuge, um den aufkommenden Anforderungen bei der Quantifizierung des Phasenverhaltens von Mikrostrukturdefekten gerecht zu werden. Die Ergebnisse der Software können das wissensbasierte Engineering von Grenzflächenfehlern leiten und CALPHAD-kompatible Datenbanken bereitstellen, die für datengesteuerte Ansätze für das Mikrostrukturdesign erforderlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen