Molekulardynamiksimulation von mehrphasigen Al-Cu- und Al-Cu-Mg-Legierungen: Verfestigende Phasen und Laserbestrahlung

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Roth, seit 4/2023
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461606136

Legierungen mit Ausscheidungsphasen werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit in vielen Anwendungen eingesetzt. Aluminiumbasierte Al- Cu- und Al-Cu-Mg-Legierungen sind besonders im Leichtbau und in der Luftfahrttechnik beliebt. Durch thermische Alterung dieser Legierungen bilden sich abhängig von der Temperatur, der Alterungszeit und den Konzentrationen der Legierungselemente verschiedene binäre und ternäre Ausscheidungen mit komplexer Kristallstruktur. Diese Ausscheidungen führen zu erhöhten Festigkeiten da sie die Versetzungsbewegung effektiv behindern. Um die mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern, wird häufig Laserbestrahlung eingesetzt, mit der Versetzungen erzeugt oder Phasenübergänge induziert werden können. Infolgedessen kann die Festigkeit weiter erhöht und die Ausbreitung von Ermüdungsrissen verzögert werden. In diesem Projekt sollen Molekulardynamiksimulationen durchgeführt werden um die den verbesserten Materialeigenschaften zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen. Hierfür wird ein interatomares Wechselwirkungspotential für Al-Cu-Mg entwickelt, das die bei der Laserbearbeitung wichtige Elektronentemperaturabhängigkeit berücksichtigt. Die Schwerpunkte der Simulationen liegen auf der Versetzungswechselwirkung mit verschiedenen komplexen Ausscheidungsphasen, der Untersuchung der Effekte der Laserbearbeitung und der realitätsnahen Modellierung verschiedener Phasen mittels Monte-Carlo/Molekulardynamik-Hybridsimulationen. Ziel ist es, den Einfluss verschiedener Faktoren wie z.B. Kristallstruktur der Ausscheidung, Kohärenzspannungen oder Intensität und Pulsdauer der Laserbestrahlung auf die Festigkeit zu verstehen und die wesentlichen Beiträge zu Ausscheidungsverfestigung in Al-Cu und Al-Cu-Mg-Legierungen zu identifizieren. Bei der Laserbestrahlung inhomogener Systeme sind Absorption sowie Elektronen- und Kopplungsparameter ortsabhängig. Zudem werden die in diesem Projekt entwickelten elektronentemperaturabhängigen Wechselwirkungspotentiale für Al- Cu-Mg angewandt. Die Berücksichtigung dieser Abhängigkeiten

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Schmauder, bis 3/2023