Entwicklung neuartiger Hochtemperturwerkstoffe aus karbidverstärkten Ni-Basis-Legierungen für die gießtechnische und additive Fertigung

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Ulrike Hecht
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545501618

Ziel des DENICAM-Projekts ist die Entwicklung einer Ni-Co-Cr-Hf-C-Legierung, die mit Hafniumkarbiden (HfC) verstärkt ist und geringe Mengen an refraktären Elementen, insbesondere W und Re, zur Mischkristallverfestigung enthält. Hafniumkarbide bilden sich in situ aus der Schmelze in einer terminalen eutektischen Reaktion und weisen eine einzigartige thermo-dynamische Stabilität über den gesamten Temperaturbereich bis hinunter zu Raumtemperatur auf. In gegossenen Legierungen auf Ni-Cr-Basis bietet HfC bekanntermaßen eine gute Kriech- und Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 1100°C. Allerdings ist die Karbidverteilung eher grob und beschränkt sich auf das interdendritische Netzwerk. Vorläufige Untersuchungen haben gezeigt, dass das Laser-Pulverbett-Schmelzen (LPBF) in der Lage ist, einen neuartige und einzigartig feine HfC-Dispersion zu erreichen, mit Karbidpartikeln in Nanogröße, die fein verteilt innerhalb der Matrixkörner und an den Korngrenzen vorliegen. Erreicht wird dies durch die schnelle gerichtete Erstarrung der primären Mischkristallphase innerhalb des Schmelzbades, die eine "magische" Längenskala für die Dispersion von Sekundärphasen erzeugt. Die Antragsteller schlagen vor, beide Verfahrenstechniken - konventionelles Gießen und LPBF - anzuwenden, um sehr unterschiedliche Mikrostrukturen zu erzeugen und deren Auswirkungen auf das Kriechverhalten, die Oxidation sowie die Korrosion in Glasschmelzen zu untersuchen. Darüber hinaus bietet LPBF die Möglichkeit, die Korngröße und Textur der flächenzentrierten kubischen Matrixphase durch Steuerung der Kornselektion über benachbarte Schmelzbäder hinweg zu beeinflussen. DENICAM schlägt vor, diese Optionen weitest möglich zu nutzen, sogar um einkristalline Materialien zu erhalten. Dies bedeutet zwangsläufig, dass die Stabilität gegen Rekristallisation untersucht werden muss. Die dispergierten HfC-Partikel sind in dieser Hinsicht möglicherweise aufgrund von Zener-Pinning Effekten vorteilhaft. Um alle Projektziele zu erreichen, kombiniert DENICAM rechnerisches und experimentelles Legierungsdesign, konventionelle und additive Fertigung sowie Wärmebehandlungen zur Einstellung der optimalen Mikrostruktur. Schließlich werden alle notwendigen Methoden der Gefüge- und Werkstoff-charakterisierung gezielt eingesetzt. Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen werden vor dem Hintergrund etablierter theoretischer Modelle diskutiert und bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Patrice Berthod