Herstellung, Charakterisierung und Simulation von mittels PBF-EB hergestellten TRIP/TWIP Compositionally Complex Alloys

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens; Professor Dr. Ingo Steinbach
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550329829

Ziel des Projektes ist die reproduzierbare und lokale Einstellung der Legierungszusammensetzung einer Fe-Mn-Co-Cr „Compositionally Complex Alloy“ (CCA) mittels Elektronenstrahl-Pulverbettschmelzen (PBF-EB). CCA-Legierungen besitzen aufgrund der High Entropie Effekte oft einzigartige Eigenschaftskombinationen, wie hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit und sehr gute mechanische Festigkeiten, sowie eine hohe Dehnung. Die Reduktion des Mangangehaltes in Fe-Mn-Co-Cr CCA führt zu einer Veränderung der Stapelfehlerenergie und übt somit einen erheblichen Einfluss auf den in der Mikrostruktur ablaufenden Umwandlungsmechanismus (TRIP oder TWIP Effekt) aus. Somit ergibt sich die Möglichkeit ein anwendungsoptimiertes Eigenschaftsprofil und gradierte Mikrostrukturen einzustellen. Durch den Einsatz der Phasen-Feld Methode kann der stark instationäre Erstarrungsprozess sicher simuliert werden. Weiterhin wird die Kornfeinung durch die martensitische γ-ε Umwandlung während des thermischen Zyklierens im Bauprozess und der Heiz- und Kühlphasen, in Abhängigkeit de Mn-Gehaltes, simuliert. Zur Bewertung der Ergebnisse werden die hergestellten Proben umfangreichen werkstoffkundlichen Untersuchungen unterzogen. Neben einer detaillierten mikrostrukturellen Charakterisierung (u.a. mittels REM, EBSD, XRD und CT) werden die mechanischen Eigenschaften mittels statischer Prüfverfahren wie dem Zugversuch und der Härteprüfung untersucht. Dabei sollen erste Erkenntnisse über das Zusammenwirken verschiedener Mikrostrukturtypen gewonnen werden. Dabei ist die Rückführung und der Vergleich der experimentell ermittelten Ergebnisse mit der Simulation von großer Bedeutung. Durch die synergetische Kombination der Untersuchungen zur Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelation seitens der TU Dresden und der simulativen Unterstützung seitens der Ruhr-Universität Bochum werden umfassende Kenntnisse zur Einstellung lokal angepasster Mikrostrukturvariationen und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften ermittelt. Des Weiteren wird ein grundlegendes Verständnis über den Legierungsprozess mittels PBF-EB erarbeitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen