Nanoclusterbildung in oxidpartikelverstärkten Stählen durch innere Oxidation nach Ultraschallverdüsung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier; Dr.-Ing. Alexander Kauffmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462420328

Das hier beschriebene Forschungsvorhaben adressiert eine der zentralen metallphysikalischen Fragestellungen bei der Herstellung oxidpartikelverstärkter Stähle durch mechanisches Legieren, nämlich wie die Oxidpartikelbildung aus dem massiv verformten, mechanisch legierten Zustand erfolgt. Dazu nutzen wir das Ultraschallverdüsen zur Herstellung von Interstitionsatom-armen Legierungspulvern. Hierbei wird das Metallpulver durch die Vibrationen einer Ultraschallsonotrode erzeugt, die mit der Kokille eines Lichtbogenofens verbunden ist. Durch den Einsatz des Lichtbogens zum Aufschmelzen und den geringen Gasfluss während der Pulvererzeugung ermöglicht dies eine Reduktion des Sauerstoffgehalts auf ein Niveau, das für die Bildung der Oxidpartikel ausreicht oder noch darunterliegt, während im klassischen pulvermetallurgischen Prozess mit mechanischem Legieren ein hoher Sauerstoffüberschuss im Werkstoff vorliegt und die Analyse des Löslichkeits- und Ausscheidungszustandes des Sauerstoffs bzw. der Oxide in den unterschiedlichen Prozessstadien erschwert. Durch innere Oxidation der reaktiven Spezies sollen anschließend gezielt die Ausscheidungsstufen der Oxide charakterisiert werden. Die Verwendung des Ultraschallverdüsens ermöglicht darüber hinaus das Studium der Oxidbildung aus einem vergleichsweise defektarmen Zustand heraus und so eine detaillierte Betrachtung der unterschiedlichen Verfestigungsbeiträge im Massivmaterial.Innerhalb des Forschungsprojektes werden die chemische Zusammensetzung und das sich ausbildende Gefüge hinsichtlich Oxidpartikeldichte und -größe, Versetzungsdichte und Korngröße kontinuierlich entlang der Prozesskette durch skalenübergreifende Werkstoffcharakterisierungsmethoden verfolgt sowie die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Materialzustände erfasst. Dies soll die Beurteilung der Stadien der Oxidpartikelerzeugung bei dieser neuartigen Prozesskette ermöglichen und die Grundlage für die Erklärung der Auswirkungen auf die Eigenschaften der Materialien liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen