Einfluss von Zwillingseffekten und Korngrößenverteilung auf das Rissausbreitungsverhalten der Medium-Entropie-Legierung CrCoNi durch hochgradig plastische Verformung und Wärmebehandlung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468469638

In über 90 % der Fälle ist eine zyklische Beanspruchung ursächlich für das Versagen von Konstruktionsbauteilen. Neben der Ermüdungsfestigkeit ist der Rissfortschrittswiderstand von entscheidender Bedeutung für die technische Anwendbarkeit eines Werkstoffes. Um Werkstoffe weiterzuentwickeln, muss konzeptionell in die Mikrostruktur eingegriffen werden. In klassischen Legierungen mit einem eigenschaftsbestimmenden Basiselement stößt diese Vorgehensweise allerdings zunehmend an ihre Grenzen. Anders gestaltet sich dies bei Hoch-Entropie-Legierungen (engl.: high-entropy alloys, HEAs) und Medium-Entropie-Legierungen (engl.: medium-entropy alloys, MEAs), deren Entwicklungspotential weitestgehend unerschlossen ist. Einen vielversprechenden Vertreter dieses Legierungskonzepts für eine Anwendung unter zyklischer Beanspruchung stellt die MEA CrCoNi dar. Zum einen weist diese eine der höchsten gemessenen Bruchzähigkeiten im Vergleich zu etablierten Legierungen auf, zum anderen zeichnet sich CrCoNi durch einen hohen Schwellenwert für Rissfortschritt aus. Dieser wird maßgeblich durch die chemische Zusammensetzung der Legierung als auch durch das gezielte Einbringen von Mikrostrukturdefekten beeinflusst. Besonders durch letztere Methode kann die Mikrostruktur eines Werkstoffes auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden. Deshalb liegt der Forschungsschwerpunkt auf der Mikrostruktureinstellung im System CrCoNi mithilfe einer hochgradig plastischen Umformung in Kombination mit einer darauf abgestimmten Wärmebehandlungsroute. Ziel ist es, eigenschaftsrelevante Mikrostrukturelemente zur Beeinflussung des Schwellenwertes zu identifizieren und deren Einfluss bezogen auf den Anteil im Gefüge zu beurteilen. Dadurch lassen sich Mikrostrukturelemente wie Zwillinge, Korngröße und deren Verteilung sowie deren Wechselwirkung mit anderen Gitterfehlern, wie Stapelfehlern, in Bezug auf ihre Wirkung auf den Schwellenwert für Rissfortschritt erforschen. Besonders die Wirkung von Zwillingen (Zwillings(bündel)breite, -abstand und -orientierung) soll ermittelt werden, da diesen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung ermüdungsfester Werkstoffe zukommt. Auf diese Weise lassen sich Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ableiten, die die Grundlage einer Datenbasis zur Entwicklung einer zukünftigen qualitativen sowie quantifizierbaren Modellvorstellung bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen