Micromechanical and microstructural investigations of monocrystalline face-centred cubic high- and medium-entropy alloys
Final Report Abstract
Das Projekt kombiniert Fragestellungen aus den Forschungsbereichen komplexe Mischkristalle (auch bekannt als High Entropy Alloys) und Mikromechanik (in-situ REM Druckversuche an Mikrosäulen). Dazu werden mit Hilfe der Schmelzmetallurgie (Lichtbogenschmelzen mit anschließender thermischer mechanischer Behandlung) kubisch flächenzentrierte Legierungen äquiatomarer Zusammensetzungen hergestellt, die zwei bis fünf Legierungselemente enthalten. Damit kann der Einfluss der Mischungsentropie untersucht werden. Die Korngrößen aller Legierungen wurden so eingestellt, dass man mit Hilfe von fokussierten Ionenstrahlen (FIB) Mikrodrucksäulen mit Durchmessern von 1.5, 4 und 8 µm herstellen konnte. Diese Drucksäulen wurden aus Körnern präpariert, die mit Hilfe der orientierungsabbildenden Rasterelektronenmikroskopie so ausgewählt wurden, dass in den kleinen Drucksäulen Einfachgleitung erfolgte. Bei der Präparation der Drucksäulen wurde einmal darauf geachtet, dass keine Hilfsmarkierungen zu Spannungserhöhungen führen können. Zum anderen wurden die Säulen so orientiert, dass die Abgleitung während der in-situ Versuche gut beobachtet werden konnte, das heißt, dass sie seitlich (und nicht nach vorne oder nach hinten) erfolgt. An acht Legierungen wurden 130 insitu Mikrodruckversuche durchgeführt und ausgewertet. Es konnten vier wesentliche Ergebnisse erzielt werden: (1) Mit zunehmender Festigkeit der Legierungen nimmt die Intensität des Größeneffekts, d.h. die Abhängigkeit der Fließspannung vom Säulendurchmesser, ab. Festere Legierungen zeigen geringere Größeneffekte. (2) Wie aus der Makrowelt bekannt ist, zeigen auch mikromechanische Experimente keine direkte Korrelation zwischen elastischer Steifigkeit und Fließspannung. (3) Die in dieser Arbeit an präzise orientierten einkristallinen Mikrosäulen gemessenen kritischen Schubspanngen sind sehr gut reproduzierbar. Sie zeigen eine sehr gute Korrelation mit stärker streuenden Fließspannungstrends aus makroskopischen Daten von polykristallinen Systemen. (4) Die Festigkeit von Mikrosäulen wird nicht durch die Mischungsentropie bestimmt.
