FOR 1766:  Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen - Von den Grundlagen zur Anwendung

Hochtemperaturformgedächtnislegierungen (HT-FGL) stellen eine Gruppe extrem vielversprechender neuer Werkstoffe für eine signifikante Ausweitung der Formgedächtnistechnik in industrielle Massenanwendungen dar. Bei Einsatztemperaturen von über 120 °C können HT-FGL z.B. Teile von komplexen mechatronischen Systemen ersetzen und dadurch neue Märkte schaffen. Die bisher verfügbaren HT-FGL auf Basis von Ni-Ti konnten sich in der Anwendung nicht durchsetzen, da entweder die Legierungskosten zu hoch sind oder unzureichende Umformbarkeit der Anwendung entgegenstand. Bei den in der Forschergruppe im Fokus stehenden Systemen Ti-Ta-X-Y und Co-Ni-Ga-X konnten durch die erfolgreiche Zusammenarbeit der komplementär aufgestellten Arbeitsgruppen bereits erhebliche Fortschritte hinsichtlich der Herstellbarkeit und auch der Erweiterung der Einsatzgrenzen erreicht werden. Basierend auf der Erforschung elementarer Prozesse mit Fokus auf Prozessierung, Funktionalität sowie das Degradationsverhalten in beiden HT-FGL Systemen konnten die Legierungszusammensetzungen sowie die thermomechanischen Prozessrouten systematisch weiterentwickelt werden, so dass die Einsatztemperaturen erhöht, die Umwandlungsdehnungen gesteigert und die funktionelle Stabilität gleichzeitig signifikant verbessert sind. Hierbei ist es sogar gelungen, vollständig neue Möglichkeiten zur gezielten Beeinflussung von funktionellen Eigenschaften zu realisieren, die die bisherigen Einsatzgrenzen klar überwinden. Die enge Kooperation der Teilprojekte war für das Erreichen der gesetzten Ziele von zentraler Bedeutung. Aufbauend auf den erforschten Legierungssystemen sollen in der zweiten Förderperiode die Prozesse nun systematisch weiterentwickelt werden. Hierbei soll - entsprechend der Vision der Forschergruppe - über Demonstratorbauteile nachgewiesen werden, dass für die Legierungen durch Erarbeitung der materialwissenschaftlichen und werkstofftechnischen Grundlagen der Weg in die Anwendung möglich geworden ist.

DFG-Verfahren Forschungsgruppen

• Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Struktur und den Eigenschaften von Ti-Ta-X-Y und Co-Ni-Ga-X Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen - Synchrotron- und Neutronenbeugung und atomistische Modellierung (Antragstellerinnen / Antragsteller Rogal, Jutta ;  Schmahl, Wolfgang W. )
• Funktionelle Stabilität von vielkristallinen Co-Ni-Ga-basierten Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen - Einfluss von Mikrostruktur und Martensitstabilisierung (Antragsteller Frenzel, Jan ;  Maier, Hans Jürgen ;  Niendorf, Thomas )
• Kombinatorische Legierungsentwicklung, schmelzmetallurgische Herstellung und thermomechanische Optimierung von Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen (Antragsteller Frenzel, Jan ;  Ludwig, Alfred )
• Koordination der Forschungsgruppe 1766 (Antragsteller Maier, Hans Jürgen )
• Thermomechanische Ermüdung von Ti-Ta-X-Y Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen: Untersuchung des zyklischen Spannung-Dehnung-Verhaltens und der Schädigungsentwicklung (Antragsteller Maier, Hans Jürgen ;  Schmahl, Wolfgang W. )
• Zur Rolle von Ausscheidungsteilchen und Gitterdefekten bei der martensitischen Umwandlung von Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen (Antragsteller Eggeler, Gunther ;  Somsen, Christoph )

Sprecher Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier