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Projekt
Polykristalline Hoch-Entropie-Superlegierungen (PHESA) – Kombination von Härtungsmechanismen in CoNiCr-basierten Superlegierungen mit komplexer chemischer Zusammensetzung und hohem Anteil an intermetallischen Mehrkomponentenausscheidungen
Antragsteller
Dr.-Ing. Steffen Neumeier
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450901523
Ein aktueller Schwerpunkt der Forschung zu Hoch-Entropie-Legierungen (HEA) liegt auf einem mikrostruktur- und mechanismenbasierten Legierungsdesign. Dieser Ansatz zielt darauf ab, HEA mit überlegenen Eigenschaften zu entwickeln, die beispielweise die erhöhte Mischkristallhärtung und eine niedrige Stapelfehlerenergie, die von einphasigen HEAs bekannt ist, mit spezifischen Mechanismen wie eine durch Zwillingsbildung induzierte Plastizität oder Ausscheidungshärtung zu kombinieren. Letztere sind aus herkömmlichen Materialien wie TWIP-Stählen und Ni-Basis Superlegierungen bekannt.In diesem Projekt werden "Polykristalline Hoch-Entropie-Superlegierungen (PHESA)" untersucht, die mit einem solchen mechanistischen Designansatz entwickelt wurden. Diese kombinieren die vorteilhaften Eigenschaften einer mit den Refraktärmetallen W und Mo legierten kubisch-flächenzentrierten CoNiCr-Matrix mit einem sehr hohen Anteil an intermetallischen Ausscheidungen. Diese Mehrkomponentenausscheidungen mit L12 Kristallstruktur und der stöchiometrischen Zusammensetzung (Ni,Co)3(Al,W/Mo,Cr) dienen der Ausscheidungshärtung. Die PHESA besitzen eine chemisch komplexe Zusammensetzung und leiten sich von kürzlich entwickelten Superlegierungen auf CoNiCr-Basis ab, die aufgrund ihres attraktiven Eigenschaftsprofils mit sehr guter Oxidationsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und außergewöhnlicher Kriechfestigkeit ein hohes Anwendungspotential aufweisen. Es werden Legierungen mit W oder Mo verglichen, um die Wirkung beider Elemente insbesondere hinsichtlich ihres Segregationsverhaltens an Defekten und ihrer unterschiedlichen Tendenz zur Bildung intermetallischer Phasen zu untersuchen. Zusätzlich werden unterschiedliche Gehalte an Minorelementen wie Ti und Ta hinzulegiert, um unterschiedliche planare Defektenergien, unterschiedliche Zwillingsdicken und -dichten zu erhalten und eine mögliche verformungsinduzierte Phasentransformation auszulösen.Der entscheidende Punkt ist, dass bei diesen PHESA aufgrund der geringen Stapelfehlerenergie der Matrix und der Mehrkomponentenausscheidungsphase andere Verformungsmechanismen während der Hochtemperaturverformung, wie Zwillingsbildung, im Vergleich zu herkömmlichen polykristallinen Nickel-Basis Superlegierungen auftreten. Das Ausmaß dieser Härtungsmechanismen wie die sekundäre Härtung durch den Suzuki-Mechanismus und die Wechselwirkung von Nanozwillingen ist derzeit in PHESA unbekannt.Unser Verständnis der zugrundeliegenden Verformungsmechanismen soll somit weiter verbessert werden, damit diese Härtungsmechanismen, die in vorhandenen Hochtemperaturmaterialien bisher nicht etabliert sind in den PHESA genutzt und kombiniert werden können. Das Potenzial dieser fortschrittlichen Hochtemperaturlegierungen wird durch anwendungsorientiertere Prüfverfahren wie Zugversuche und Zugkriechversuche weiter bewertet. Ziel ist es den Weg für eine neue Generation von kriechfesten polykristallinen Hochtemperaturwerkstoffen zu bereiten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
