Partikelmodifizierung von Niob-MASC-Legierungen mittels Prozessierung unter Semi-Levitation im Kaltwand-Induktionstiegel

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Egbert Baake; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457358364

Eine attraktive Alternative zu industriell verbreiteten Nickel‑Basissuperlegierungen bieten Legierungssysteme auf Basis von Refraktärmetallen. Niob-MASC Systeme (Metal And Silicide Composites) sind für die Anwendung als Hochtemperaturkomponenten interessant. Aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften bilden Niob-Silicid-Systeme ein weites Forschungsfeld und befinden sich mittlerweile in der vierten Entwicklungsgeneration.Innerhalb des Forschungsprojektes wird erstmals das Potential einer Partikelverstärkung von bestehenden Nb-MASC-Systemen grundlegend untersucht. Neben einer direkten Festigkeitssteigerung durch Dispersionshärtung oder Ausscheidungen soll so ebenfalls die Morphologie und Größe der einzelnen Phasenbestandteile eingestellt werden, um die Legierungseigenschaften zu verbessern. Eine Partikelverstärkung wird so neue Perspektiven für das Legierungssystem der Niob-MASC-Legierungen eröffnen. Durch eine gesteigerte Festigkeit und eine effizientere Herstellungsroute mittels Prozessierung im Kaltwand-Induktionstiegel wird das wirtschaftliche Anwendungsfeld erweitert sowie die spezifischen Materialeigenschaften verbessert.Hierzu wird im Rahmen des Forschungsvorhabens zunächst ein geeignetes Partikelsystem identifiziert. Es werden sowohl die Wirkmechanismen einer Partikelverstärkung am Nb-MASC-Legierungssystem als auch der Einfluss einer nachgeschalteten Wärmebehandlung und dessen Einfluss auf die Wirkstabilität der Partikel untersucht. Nach der Auswahl eines geeigneten Legierungs- und Partikelsystems wird dieses mit den zuvor durch numerische Simulation ermittelten Anlagen- und Prozessparametern unter Semi-Levitation im Kaltwandtiegel prozessiert, um den inhärenten Rühreffektes des Kaltwandtiegelschmelzens auszunutzen und eine homogene Partikelverteilung zu gewährleisten. Das nahezu kontaktlose Aufschmelzen der Niob-Basislegierung im Kaltwand-Induktionstiegel führt zu einer extrem hohen Reinheit der Schmelze und bietet eine hohe Prozessstabilität. Das partikelverstärkte Nb-MASC-Legierungssystem wird anschließend mechanisch geprüft. Abschließend wird die potenzielle Einsatzfähigkeit auf Basis der mechanischen Eigenschaften im relevanten Temperaturbereich beurteilt und die Wirkmechanismen zwischen eingestelltem Gefüge und erreichter (Warm‑)Festigkeit werden erfasst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen