5 Werkstofftechnik
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The discovery of the high entropy concept at the beginning of the 3rd millennium lead to a worldwide increase in metallurgical research, as the possible element combinations seemed nearly endless and the range of applications wide. In the early years of research, one of the main goals was the discovery of a single-phase high entropy alloy. As research evolved, it was found that properties could be enhanced by opening the HE-concept towards multiphase alloys, and from the wide area of possibilities our group chose a tuning of the properties towards high temperature application.
Compositionally complex Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 alloy, which is single-phase at high temperature, around 1200°C, shows a three phase morphology at intermediate temperatures, around 800°C. A high temperature homogenization procedure has to be applied in order to decrease the segregation induced by the dendritic growth. Subsequent annealing promotes the formation of the strengthening γ' precipitates. The alloy shows a positive lattice misfit between the γ and the γ' phase, which can be an indicator for good creep properties.
The microstructure can be optimized by adding trace elements such as Mo and Hf, known as γ and γ' strengtheners in Ni-based superalloys, respectively. Atom probe measurements show that Mo segregates into the γ matrix, and Hf prefers the γ' precipitates, where it increases the lattice parameter and thus also the lattice misfit, by about 50%. The alloy family shows interesting mechanical properties, especially the Al9.5Co25Cr8Fe15Ni36Ti6Hf0,5 alloy – its tensile properties are better than those of commercial Alloy 800H and IN617 at temperatures up to 700°C.
Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird.
Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert.
Mit Hilfe des HIP-Verfahrens („Hot Isostatic Pressing“) werden Poren in der einkristallinen Nickel-Basis Superlegierung CMSX-4 kontinuierlich geschrumpft und dadurch die nach der Erstarrung und der Wärmebehandlung vorhandene Porosität stark reduziert. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Untersuchungen zu den Mechanismen der Porenschrumpfung zusammengefasst. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten während Kriechversuchen bei der HIP-Temperatur durch Versetzungsgleitung auf oktaedrischen Ebenen dominiert wird.
Dagegen zeigen Messungen der Porositätsabnahme und Simulationen des Porenschließens, dass die Kinetik der Porenschrumpfung durch das Phänomen der Leerstellendiffusion zwischen Poren und Kleinwinkelkorngrenzen („Low Angle Boundary“, LAB) bestimmt wird. Im Gegensatz führt die klassische Kristallviskoplastizität zu einer systematischen Überschätzung dieser Kinetik. Der scheinbare Widerspruch lässt sich auflösen, wenn man bedenkt, dass auf der Skala der Poren Versetzungsquellen nicht gleichmäßig verteilt sind, wie in der konventionellen Kristallplastizität implizit angenommen wird. Stattdessen wird in einem weiterführenden Modell davon ausgegangen, das Kleinwinkelkorngrenzen (LABs) als Versetzungsquellen fungieren, während die Scherspannungen sehr stark in der Nähe der Poren lokalisiert sind, was die Emission von Versetzungen deutlich reduziert.