Ausscheidungskinetik der σ-Phase in Abhängigkeit der Korngröße in CrMnFeCoNi Hoch-Entropie Legierungen und ihre Auswirkung auf das mechanische Verhalten

• Antragsteller: Dr.-Ing. Aditya Srinivasan Tirunilai
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512530786

Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, die Ausscheidungskinetik einer topologisch dicht gepackten σ-Phase in einer ursprünglich einphasigen, kubischen-flächenzentrierten (kfz) CrMnFeCoNi Hoch-Entropie Legierung (HEA) und ihre Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften unter Zugbeanspruchung zu untersuchen. Drei wissenschaftliche Schlüsselfragen sollen in dem vorliegenden Forschungsvorschlag untersucht werden: (i) Wie wirkt sich die mittlere Korngröße auf die Ausscheidungskinetik der σ-Phase aus? Korngrenzen und Tripelpunkte sind potente Keimbildungsorte, und die Diffusion an den Korngrenzen ist um Größenordnungen schneller als die Volumendiffusion. Aufgrund dieser beiden Effekte wird erwartet, dass die mittlere Korngröße die Kinetik der σ-Phasenausscheidung sowie die Verteilung der allotriomorphen und korninternen Ausscheidungen stark beeinflusst. (ii) Welchen Beitrag leisten σ-Allotriomorphe und korninterne Ausscheidungen zur Gesamtkinetik der Ausfällung im Hinblick auf Keimbildung und Wachstum sowie auf die Interaktion zwischen den einzelnen Ausscheidungen und den damit verbundenen diffusionsbeeinflussten Bereich? (iii) Wie wirkt sich die σ-Phase auf die mechanischen Eigenschaften aus? Die σ-Phase ist eine feste intermetallische Verbindung, die die Festigkeit einer Legierung erhöhen, aber auch gleichzeitig die Duktilität verringern kann. Der Kompromiss zwischen diesen beiden Eigenschaften kann nicht nur auf die relative Menge der σ-Phase vereinfacht werden, sondern es muss auch auf die Morphologie und die Verteilung an verschiedenen Keimbildungsstellen sowie die Korngröße der Matrixphase in Betracht gezogen werden. Zur Beantwortung dieser drei Fragestellungen wird eine thermomechanische Prozessroute eingesetzt, um zunächst einphasige kfz Cr26-Mn20-Fe20-Co20-Ni14 Legierungen (Zusammensetzung in At.-%) mit unterschiedlichen Korngrößen zu erhalten. Diese werden unterschiedlich lange bei Temperaturen von 600 bis 1000 °C geglüht, um die Ausscheidungsreaktion der σ-Phase einzuleiten. Die so entstandenen Proben werden anschließend mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) charakterisiert. Die chemische Zusammensetzung wird durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) im REM und Atomsondentomographie (APT) untersucht. Die erlangten Ergebnisse werden dazu beitragen, die ersten beiden Fragestellungen zu beantworten. Darüber hinaus werden die gewonnenen Daten dazu beitragen, die für die Erzeugung von Referenzgefügen erforderlichen Bedingungen in Bezug auf die Korngröße der Matrix, den Volumenanteil und die Verteilung der σ-Phase zu ermitteln. Ihre Zugeigenschaften werden dann sowohl ex-situ als auch in-situ getestet, um das makroskopische Verformungsverhalten bzw. die Rissausbreitung durch die σ-Ausscheidungen zu verstehen. Diese Projekt soll dazu beitragen eine quantitative Beschreibung der Auswirkungen der σ-Phase auf die mechanischen Eigenschaften zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle