Multiphase Erstarrung und polykristalline Mikrogefüge in Einkristall-Superlegierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396638945

Die Entstehung der Mikrostruktur während der einkristallinen Erstarrung von Superlegierungen ist aufgrund des multikomponenten Systems und den mehrphasigen Ausscheidungen eine komplexe Themenstellung. In Vorarbeiten wurde entdeckt und aufgezeigt, dass das Gamma/Gamma-strich Eutektikum separat von den Gamma-Dendriten im interdendritischen Bereich aus der Schmelze heraus entstehen kann und damit eine zufällige Kristallorientierung aufweist. In Superlegierungen mit Kohlenstoffzusatz keimt das Eutektikum hingegen vorzugsweise an existierenden MC-Karbiden in der Schmelze an und weist ebenfalls eine zufällige Kristallorientierung entsprechend der des Karbids auf. Aus diesem Grund ist die Mikrostruktur der sogenannten Einkristallgussteile in Wirklichkeit polykristallin, obwohl durch Makroätzmethoden keine Fehlkörner erkennbar sind.Aufgrund der Bedeutsamkeit sowohl für die wissenschaftliche Grundlagenforschung als auch für Industrieanwendungen, soll in diesem Projekt die Multiphasenerstarrung und die daraus resultierende polykristalline Mikrostruktur von einkristallin erstarrten Superlegierungen systematisch untersucht werden. Um die Zusammenhänge der Entstehung des Eutektikums direkt aus der Schmelze und der bevorzugten Ankeimung des Gamma/Gamma-strich Eutektikums an Karbiden mit stark unterschiedlichem Kristallgitter zu erklären, wird die Keimbildung der hochgradig fehlorientierten Eutektika während der gerichteten Erstarrung erforscht. Es soll dabei auch geklärt werden, warum die Keimbildung des Eutektikums auf den vorhandenen Gamma-Dendriten, die etwa die gleichen Gitterparameter haben, nicht bevorzugt erfolgt. Abschließend wird ein Modelkonzept entwickelt und erstellt, dass die Erstarrung von Gamma/Gamma-strich Eutektika in Superlegierungen beschreibt. Durch einen daraus ableitbaren verbesserten Erstarrungsprozess und einen adaptierten Legierungsgehalt für die C-haltige Superlegierungen soll das Ziel erreicht werden die Fehlorientierungsdefekte zu vermeiden oder zumindest deutlich zu reduzieren, um eine verbesserte monokristalline und optimale Qualität von Einkristallbauteilen zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr.-Ing. Dexin Ma