Kriechfeste Zinklegierungen: Zur thermodynamischen und mechanischen Stabilität durch Mikrolegierung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Sandra Korte-Kerzel, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Rainer Schmid-Fetzer
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316450342

Das Ziel dieses Projektes ist die Bildung neuer Strategien zum Legierungsdesign für kriechfeste Zinklegierungen. Zu diesem Zweck wurde in einem ersten Projekt zum Thema ein dualer Ansatz verfolgt in welchem sowohl die thermodynamische Datenbasis für das System Zn-Al-Cu-(Mg), als auch die mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften entsprechender Legierungen mit unterschiedlichem Magnesiumgehalt im Detail untersucht wurden, basierend auf einer Druckguss- und mehreren Kokillengusslegierungen. Die Zugabe von Magnesium hat dabei vielversprechende Ergebnisse erbracht und es wird darauf aufbauend ein neues Projekt beantragt, in dem ebenfalls die erfolgreiche Kombination von thermodynamischer und mikrostruktureller/mechanischer Charakterisierung verfolgt werden soll. Hierbei wird die Aufklärung der der mechanischen Stabilität zugrunde liegenden Mechanismen, insbesondere Ausscheidungs- und Dekompositionsvorgänge, mittels hochauflösender Analysetechniken, und die in diesem Zusammenhang essentielle Beschreibung der thermodynamischen Gleichgewichte im Vordergrund stehen. Die Untersuchung der Verformungsmechanismen wird sich auf mikro- und nanomechanische Experimente bei unterschiedlichen Dehnraten und Temperaturen in Korrelation mit TEM und APT konzentrieren, um die Rolle der Einzelkomponenten der Mikrostruktur und der enthaltenen Ausscheidungen in der Verformung aufzuklären. Die thermodynamischen Studien sollen das weitere Element Ti einschließen, um ein Richtschnur zur Zusammensetzung vielversprechender Legierungszusammensetzungen zu liefern. Durch die Verwendung kleiner induktionsgeschmolzener und rasch erstarrter Proben sowohl für die thermodynamische als auch die nanomechanische Charakterisierung, wird nicht nur eine effiziente gemeinsame Versuchsführung erreicht, sondern auch die Kombination des Wissens aus beiden Projektteilen hinsichtlich der Verbesserung der Mikrostruktur und der dafür nötigen thermodynamischen Basis ausgenutzt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen zu Verformungsmechanismen, Ausscheidungsprozessen und Verformungsmechanismen und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften der neuen Zn-Al-Cu-(Mg, Ti) Legierungen sollen schließlich Strategien für zukünftige Legierungsentwicklungen mit dem Ziel höherer mechanischer Stabilität in technischen Zinkdruckgusslegierungen entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Günter Gottstein; Professor Dr.-Ing. Dierk Raabe