Einfluss des γ'-Volumenanteils auf die Ausscheidungskinetik der σ-Phase in geschmiedeten Ni-Basis-Superlegierungen

• Antragsteller: Professor Guillaume Laplanche, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508402994

Die Ausscheidung von topologisch dicht-gepackten (TCP) Phasen, unter denen die σ-Phase einer der wichtigsten Vertreter in Ni-Basis-Superlegierungen ist, gewinnt zunehmend an Bedeutung, da neue Legierungsgenerationen mit höheren Konzentrationen an refraktären Elementen entwickelt werden, um die ständig steigenden Anforderungen an Hochtemperaturwerkstoffe zu erfüllen. Da signifikante Volumenanteile von TCP-Phasen bekanntlich negative Auswirkungen auf wichtige Eigenschaften von Superlegierungen haben, werden Forschungsanstrengungen unternommen, um diese Phasen entweder zu destabilisieren oder ihre Ausscheidungskinetik zu verlangsamen. Aus diesem Grund ist es von entscheidender Bedeutung, die Faktoren besser zu verstehen, die die Ausscheidungskinetik von TCP-Phasen beeinflussen. Mit dem vorliegenden Antrag soll untersucht werden, wie sich das Vorhandensein der γʹ-Phase und ihr Volumenanteil auf die Ausscheidungskinetik der σ-Phase in geschmiedeten Superlegierung auswirken. Die Motivation, dieses Verhalten zu untersuchen, beruht auf einer einfachen Beobachtung, nämlich, dass die Bildung von TCP-Phasen in Superlegierungen in der Regel mit der Bildung von γ'-Hüllen um TCP-Partikel einhergeht. Da die γ'-Phase eine geringe Löslichkeit für TCP-Bildner aufweist, wird erwartet, dass die γ'-Umhüllungen die Wachstumskinetik der TCP-Partikel stark verlangsamen. Nach unserem besten Wissen wurde dieses wichtige mikrostrukturelle Merkmal jedoch bisher bei Simulationen der Ausscheidungskinetik von TCP-Phasen in Superlegierungen nicht berücksichtigt. Die Untersuchung dieser Frage ist komplex, da es noch andere Faktoren gibt, die die Ausscheidungskinetik von TCP-Phasen beeinflussen (z. B. Triebkraft, Diffusivitäten der Elemente, Gitterfehlpassung, mittlere Korngröße, usw.). Um diese Schwierigkeit zu überwinden, besteht die Originalität des vorliegenden Projekts in der Untersuchung von Modelllegierungen mit unterschiedlichen γ'-Volumenanteilen, bei denen diese Faktoren konstant gehalten werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Legierungsdesign durch thermodynamische Berechnungen geleitet. Es wird vorgeschlagen, metastabile Legierungen im ausgehärteten Zustand mit einer anfänglichen γ/γ'-Mikrostruktur zu untersuchen, die eine ähnliche Korngröße und die gleiche γ-Zusammensetzung (bei einer bestimmten Temperatur) aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Triebkraft für die TCP-Phasenbildung, die Gitterfehlpassung zwischen TCP-Phasen und γ-Matrix sowie die Diffusivitäten konstant bleiben. Im vorliegenden Projekt wird die Atomsondentomographie zur Charakterisierung der ausgehärteten Legierungen eingesetzt. Diese werden dann zwischen 800 und 925 °C für verschiedene Zeitspannen gealtert, gefolgt von chemischen und mikrostrukturellen Untersuchungen auf verschiedenen Längenskalen, um zu untersuchen, wie Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme für die σ-Phasen-Ausscheidungskinetik mit zunehmendem γ'-Volumenanteil verzögert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen