Einfluss von Mischkristallhärtungseffekten auf die thermomechanischen Eigenschaften von Cu-Mn, Cu-Sn, Cu-Zn Legierungen nach hochgradig plastischer Verformung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Durst
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497284200

Hochgradig plastische Umformverfahren wie Hochdrucktorsion (HPT) ermöglichen eine Strukturfeinung von metallischen Legierungen. Bei der HPT Verformung stellt sich eine werkstoffabhängige Sättigungskorngröße ein und es können Korngrößen kleiner als 100 nm erreicht werden. Die mechanischen Eigenschaften von nanostrukturierte Legierungen nach hochgradig plastischer Verformung sind durch eine sehr hohe Festigkeit in Verbindung mit einer guten Duktilität gekennzeichnet. Weiterhin wird eine erhöhte Dehnratenempfindlichkeit der Legierungen beobachtet. Entscheidend für das Verformungsverhalten der nanokristallinen Legierungen sind komplexe Wechselwirkung zwischen Versetzungs- und Korngrenzenmechanismen, welche noch nicht völlig verstanden sind. Die Korngrenzen dienen dabei als Quellen und Senken für Versetzungen und sind weiterhin mechanischen und thermischen Migrationsprozessen unterworfen. So zeigt es sich, dass UFG-Metalle bei erhöhten Temperaturen und niedrigen Dehnraten eine geringere Festigkeit als die grobkörnigen Zustände aufweisen können. Es tritt also ein Übergang von der Feinkornhärtung hin zu einer thermisch aktivierten Entfestigung der nanostrukturierten Legierungen bei niedrigen Dehnraten und erhöhten Temperaturen auf. Die genannten Effekte sind komplex und sollen in diesem Antrag anhand eines Versuchsplans basierend auf Cu-Mischkristalllegierungen (Cu-Mn, Cu-Sn, Cu-Zn), welche über Hochdrucktorsionsverformung (HPT) in den nanokristallinen Zustand überführt werden, untersucht werden. Durch die Wahl der Legierungselemente können die Mischkristallhärtung, sowie die Stapelfehlerenergie der Legierungen unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Mischkristallhärtungseffekte wiederum beeinflussen die Quergleitprozesse und Zwillingsbildung, sowie die Korngrenzmigration und Strukturentwicklung bei der hochgradig plastischen Verformung. Die Mikrostrukturentwicklung und die thermomechanischen Eigenschaften dieser Legierungssysteme sollen genutzt werden, um ein besseres metallphysikalisches Verständnis der Wechselwirkungsprozesse zwischen Korngrenzen und Versetzungen in nanokristallinen Legierungen zu liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Enrico Bruder; Dr.-Ing. Alexander Kauffmann; Professor Dr. Christian Kübel