Ermittlung der Ursachen des ungewöhnlichen mechanischen Verhaltens von B2 FeAl

• Antragsteller: Dr. James Best; Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier; Dr.-Ing. Alexander Kauffmann; Dr. Frank Stein
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511095365

Das Projekt befasst sich mit dem Beitrag versetzungsbasierter plastischer Verformung zu der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur (BDTT) von intermetallischen B2 FeAl Legierungen, die eine ungewöhnliche Abhängigkeit ihrer mechanischen Eigenschaften von der Zusammensetzung zeigen. Obwohl diese Phase in einem vergleichsweise großen Zusammensetzungsbereich B2-geordnet vorliegt, zeigt FeAl zwischen knapp 40 und 45 at.% Al einen überraschenden, starken Anstieg der Festigkeit/ Härte und BDTT. Bisherige Studien konnten aufgrund einer vielfältigen Anzahl an voneinander abhängigen Parametern keine eindeutige Erklärung für dieses Phänomen geben. Um die bisherigen Einschränkungen in diesem Zusammenhang zu vermeiden, wird die Verknüpfung der beiden genannten mechanischen Eigenschaften, Festigkeit/ Härte und BDTT, durch eine neuartige Kombination von Mikroverformungsversuchen an Diffusionspaaren und makroskopischen, mechanischen Versuchen mit einzelnen Proben zur BDTT-Bestimmung untersucht. Die Diffusionspaare decken den gesamten Zusammensetzungsbereich der B2 FeAl-Phase innerhalb einer einzelnen Probe ab. Dies ermöglicht die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Zusammensetzung durch mikromechanische Tests an ein und derselben Probe mit für alle Zusammensetzungen identischen, niedrigen Verunreinigungsgehalten sowie identischer thermischer Behandlung vor der Prüfung. Die Prüfung von Diffusionspaare nach einer Wärmebehandlung zur Leerstellenreduktion sowie nach schnellem Abkühlen von erhöhten Temperaturen erlaubt quantitative und semi-quantitative Rückschlüsse auf die Abhängigkeit von Festigkeit/ Härte von Al-Gehalt und Leerstellenkonzentration. Die Diffusionspaare werden aus denselben Legierungen hergestellt, die auch für makroskopische Zugversuche verwendet werden. Die Bestimmung der BDTT erfordert normalerweise eine große Anzahl an Proben vor allem, wenn Abhängigkeiten von Zusammensetzung oder Wärmebehandlungszustand adressiert werden sollen. Daher wird in diesem Projekt ein neues Verfahren angewandt, in dem totaldehnungskontrollierte Zyklen mit kleinen Totaldehnungsamplituden aufsteigenden Temperaturniveaus aufgebracht werden. Im Bereich der BDTT steigt die plastische Dehnungsamplitude stark an. Damit lassen sich die fraglichen Parameter mit einer begrenzten Anzahl an notwendigen Proben und entsprechender Herstellungsqualität prüfen. Die kombinierte Anwendung dieser beiden neuartigen Techniken auf Legierungen, die aus demselben wohldefinierten Material hergestellt sind, erlaubt die Identifizierung der Beziehung zwischen externen Einflüssen wie Temperatur und Dehnrate und intrinsischen Materialparametern wie Al-Gehalt und Leerstellenkonzentration auf die Einsatzspannung von Versetzungsbewegung und die BDTT. Dies soll zu einem verbesserten Verständnis des ungewöhnlichen mechanischen Verhaltens von B2 FeAl führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Florian Pyczak; Dr. Peter Staron