Molekulardynamik Simulationen zur Aufklärung atomistischer Prozesse bei der Verformung zweiphasiger lamellarer TiAl Legierungen

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Rebecca Janisch
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404541620

Moderne strukturelle Werkstoffe besitzen i.d.R. eine hierarchische Mikrostruktur und damit verbunden ineinander greifende Verformungsmechanismen auf verschiedenen Längenskalen, die das beobachtbare makroskopische Verhalten bestimmen. In der computergestützten Materialmodellierung können hierarchische Modelle mit repräsentativen Volumenelementen, bzw. geeigneten Homogenisierungsverfahren dazu beitragen, relevante Mikrostrukturparameter zu identifizieren, die dieses Verformungsverhalten dominieren. Auf der kleinskaligsten Ebene fehlt jedoch häufig das Verständnis elementarer Defekt-Mikrostruktur Wechselwirkungen. Dieses Verständnis ist für eine gezielte Verbesserung der Kontinuumsmodelle und letztendlich für eine gezielte Optimierung der Mikrostruktur unerlässlich. Hierbei ist es besonders wichtig, die Signifikanz verschiedener Mechanismen wie Versetzungsbewegung und Zwillingsbildung und die Bedingungen, unter denen sie auftreten, zu bestimmen. Diese Bedingungen können im Rahmen atomistischer Simulationen systematisch variiert und die auftretenden Prozesse analysiert werden. Im vorliegenden Projekt wird Verformung und Bruch von lamellaren Mikrostrukturen in zweiphasigen TiAl Legierungen mit Molekulardynamik Simulationen untersucht. Mit lamellaren Mikrostrukturen kann das Verhältnis von Festigkeit und Verformbarkeit dieser TiAl Legierungen optimiert werden. Sie weisen neben der Korngrösse verschiedene weitere Mikrostrukturparameter auf, wie den Abstand von alpha_2 Lamellen in den Körnern, die Dicke der gamma-Lamellen zwischen den alpha_2 Lamellen, und die Sequenz und Häufigkeit bestimmter gamma/gamma Grenzflächen ("Pseudo-Twin, Rotational Boundary, True twin"). Diese tragen auf unterschiedliche, bislang ungeklärte Art zur Einschränkung der Versetzungsbewegung, bzw. zur Zwillingsbildung bei. Experimentell wird ein Hall-Petch artiges Verfestigungsverhalten beobachtet. Sein Gültigkeitsbereich und die Art und Weise, in der die einzelnen Mikrostrukturelemente dazu beitragen, wird im Projekt geklärt werden. Die Fragen, welche Längenparameter in mehrphasigen, nanostrukturierten Legierungen die Festigkeit und Bruchzähigkeit dominieren, und welche kritischen Werte Zwillingsbilung bzw. Versetzungsbewegung kontrollieren, sind von genereller Bedeutung für das Erstellen quantitativer mehrskaliger Modelle zur Beschreibung von Verformung und Bruch in hierarchischen Mikrostrukturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen