Zur Korngrenzsegregation in Magnesiumlegierungen und deren Einfluss auf die Einstellung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften

• Antragsteller: Dr.-Ing. Talal Al-Samman
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394480829

Bei der Verbesserung der Umformbarkeit von Magnesiumblechen durch Prozessoptimierung und Legierungsmodifikation spielt die Blechtextur eine herausragende Rolle. Bisherige Untersuchungen zeigten, dass insbesondere Mg-Zn-SE (SE: Seltene Erden) Legierungen ein großes Potenzial für ein erfolgreiches Texturdesign besitzen. Dabei ist aber unzureichend bekannt, ob die texturmodifizierende Wirkung von einzelnen enthaltenen Legierungselementen ausgeht oder ob die Kombination dieser Elemente erforderlich ist. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen der Legierungskomponenten sind die zugrundeliegenden Mechanismen bisher nicht abschließend verstanden. Es wird aber stark vermutet, dass die Unterdrückung der dynamischen Rekristallisation bei der Verformung und die Behinderung der Korngrenzenbewegung während der statischen Rekristallisation durch Segregationseffekte gelöster Fremdatome im Mischkristall eine Schlüsselrolle spielen. Da die Arbeitshypothese im vorliegenden Vorhaben derartige Effekte primär dem Solute-Drag zuschreiben, steht die Untersuchung der Segregation von gelösten Legierungselementen an Korngrenzen und deren Einfluss auf das Rekristallisations- und Kornwachstumsverhalten im Vordergrund des Arbeitsprograms. Dabei geht es zum einen um die Wirksamkeit der gelösten Einzelelemente in binären Legierungen und zum anderen um Synergieeffekte und Konzentrationsverhältnisse in anwendungsnäheren ternären Systemen. Neben den zu untersuchenden Seltenerdelementen (Gd, Dy und Er) wird zum Abgleich der Mechanismen ein anderes Legierungselement außerhalb der Reihe der Lanthanide betrachtet werden. Dabei wird es sich um Calcium handeln, der in Ähnlichkeit zu den Seltenen Erden einen viel größeren Atomdurchmesser relativ zur Mg-Matrix hat und unter bestimmten Prozessbedingungen andersartige und schwächere Texturen hervorrufen kann. Dieser Aspekt ist nicht nur wissenschaftlich interessant sondern auch technisch von großer Bedeutung, denn die Möglichkeit der Substitution der SE Seltenen Erden durch Ca bei entsprechender Anpassung der Konzentration bietet einen erfolgsversprechenden Weg zu einer kostengünstigen Mg-Blechproduktion. Für die Bewältigung des Arbeitsprogramms und die Klärung der dargelegten Wissenslücken werden anspruchsvolle experimentelle Methoden, wie die Atomsondentomographie in Verbindung mit modernen Level-Set Simulationen verwendet. Die vorgesehene Modellierung des Kornwachstums unter Berücksichtigung anisotroper Korngrenzeigenschaften dient dem besseren Verständnis von selektiven Wachstumsprozessen und ihrer Auswirkung auf die Texturbildung. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen sollen schließlich Strategien für ein zukünftiges Legierungsdesign entwickelt werden, die die Effekte der Segregation von Lösungselementen an Korngrenzen zur Steuerung der Korngröße und Textur bei der Wärmebehandlung optimal nutzen, um damit das Eigenschaftsprofil von Magnesiumknetlegierungen hinsichtlich Festigkeit und Duktilität zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen