Skalenübergreifende mechanische Charakterisierung und Modellierung von Deformationsmechanismen in Mo-basierten Mischkristallen
Motivation
Immer speziellere Anwendungsprofile führen zu immer komplexeren Legierungszusammensetzungen. Durch die Entwicklung von hochentropischen Legierungen stieg gleichzeitig die Anzahl der verfügbaren Legierungszusammensetzungen signifikant an. Anstatt dass bestehende Legierungen schrittweise verbessert werden, sollte die Zusammensetzung allein durch die gewünschten Eigenschaften bestimmt werden. Hierfür ist ein umfassendes theoretisches Verständnis der zusammensetzungsabhängigen Materialeigenschaften nötig.
Im Gegensatz zum etablierten Verständnis über kubisch-raumzentrierte Legierungen deuten Ergebnisse in hochentropischen Legierungen darauf hin, dass die Bewegung von Stufenversetzungen einen signifikanten Beitrag zur Festigkeit leistet. Um die Festigkeit korrekt in Modellen abzubilden, muss dieses Verhalten systematisch untersucht werden.
In diesem Projekt werden die Deformationsmechanismen in (binären) Mo-basierten Mischkristallen untersucht, um die Modellierung dieser Mechanismen für theoriegeleitete Legierungsentwicklung zu verbessern. Hierbei wird der Fokus auf die Druckfestigkeit gelegt und die Versetzungstypen werden identifiziert, die dies kontrollieren. Durch die Verwendung von binären Legierungen werden typische Probleme von hochentropischen Legierungen vermieden, wie zum Beispiel die Bildung von Ausscheidungen oder geordneten Phasen.
Mittels mechanischer Charakterisierung von der Nano- zur Makroskala kann Mischkristallverfestigung isoliert. Der Einfluss von Stufen- und Schraubenversetzungen auf die Festigkeit wird dann mithilfe moderner Modelle zur Mischkristallverfestigung identifiziert. Diese Ergebnisse dienen dann als Grundlage für verallgemeinerte Vorhersagen zu beliebigen Zusammensetzungen.
Ziele
- Experimentelle Bestimmung aller relevanten Festigkeitsbeiträge in Mo-basierten Mischkristallen, um Mischkristallverfestigung zu isolieren.
- Identifikation der festigkeitsbestimmenden Versetzungstypen durch den Abgleich der Festigkeit mit etablierten Modellen für Mischkristallverfestigung in kubisch-raumzentrierten Legierungen.
- Verallgemeinerungen der gefundenen Beziehungen auf beliebige Legierungszusammensetzungen, um die Modellierung in theoriegeleiteter Legierungsentwicklung zu verbessern.
Methoden
Mechanische Charakterisierung von der Nano- zur Makroskala:
- Nanoindentation zur Ermittlung von Härte und elastischem Modul ohne Einflüsse von Korngrenzeneffekten.
- Vickers-Härteprüfung, um die Nanoindenationsmessungen mit makroskopischen Ergebnissen korrelieren zu können.
- Druckversuche, um die (Druck-)Festigkeit der Legierungen, gemittelt über viele Kornorientierungen, zu ermitteln.
Chemische und strukturelle Analysen der Mischkristalle:
- REM und EDS für Mikrostruktur und Zusammensetzung
- Röntgenbeugung für die Kristallstruktur
- Atomsondentomographie, Heißgasextraktion und Optische Emissionsspektroskopie zur Bestimmung substitutionell und interstitiell gelöster Elemente
Datenverarbeitung und Festigkeitsanalyse mittels Modellierung:
- Automatisierte Datenverarbeitung experimenteller Ergebnisse
- Statistische Analyse großer Datensätze
- Modellierung der Festigkeit
Förderung
Gradiertenkolleg 2561 "Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen" der Deutschen Forschungsgemeinschaft
