Bearbeiter des Projekts: M.Eng. Jan Lars Riedel

Motivation

Eisenaluminide haben inhärent gute Oxidationsbeständigkeit und gute Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien bei erhöhten Temperaturen bis 800°C. Durch die kostengünstigen Ausgangsstoffe und die einfache Verarbeitung könnten diese Werkstoffe ein guter Ersatz für hochlegierte Stähle darstellen. Dennoch wird die Anwendung dieser Legierungen als Strukturwerkstoffe durch die schlechte Duktilität und durch die Anomalie der Festigkeit stark eingeschränkt. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Eisenaluminiden werden maßgeblich von der thermischen Historie beeinflusst. Daneben spiele auch Umwelteinflüsse, wie Versprödung durch Wasserstoff eine wichtige Rolle. Dieses Forschungsprojekt, das in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien in Düsseldorf durchgeführt wird, widmet sich der Erforschung der Ursachen für den steilen Anstieg der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur im Bereich von 41 bis 45 at.% Al in Bezug auf die plastische Verformung, die durch Versetzungen getragen wird. Bisherige Untersuchungen konnten zeigen, dass eine starke Abhängigkeit des Spröd-Duktil-Übergangs neben der thermischen Historie vor allem von der mechanischen Bearbeitung und auch der Zusammensetzung der Proben gegeben ist. Zusätzliche Faktoren sind die Erstarrung der Legierung, die Leerstellenkonzentration, der Anteil an Verunreinigungen und die Korngröße.

Zur Untersuchung des Spröd-Duktil-Übergangs wird eine neuartige Methode herangezogen, die am KIT entwickelt wurde [1]. Diese zielt darauf ab, die Anzahl an Proben auf eine einzige zu beschränken, sodass der Einfluss der Legierungskomposition, die sich von Charge zu Charge in der chemischen Zusammensetzung und der Mikrostruktur minimal unterscheiden kann, keinen direkten Effekt auf die Messung der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur hat.

Ziele

1. Untersuchung der Umwelteinflüsse auf materialspezifische Parameter, wie die Festigkeit, die Verfestigung und Härte
2. Bestimmung des Einflusses einer Wärmebehandlung auf die Legierungen
3. Ermittlung der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur für verschiedene Legierungen

Untersuchungen

• Metallographische Probenpräparation
• Wärmebehandlung der Proben
• Rasterelektronenmikroskopische Charakterisierung von Gefüge mittels Rückstreuelektronenkontrast und energiedispersiver Röntgenspektroskopie
• Phasenidentifikation mittels Röntgendiffraktometrie
• Atomsondentomografie zur nanoskaligen Gefügeanalyse
• Bestimmung der Spröd-Duktil-Übergangstemperatur mit einer neuartigen Versuchsmethodik

Förderung

Dieses Vorhaben wird im Projekt Nr. 511095365 der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt (Link: DFG - GEPRIS - Ermittlung der Ursachen des ungewöhnlichen mechanischen Verhaltens von B2 FeAl)

[1]         S. Nizamoglu, K.-H. Lang, S. Guth, and M. Heilmaier, “A New Method for Determining the Brittle-to-Ductile Transition Temperature of a TiAl Intermetallic,” Metals, vol. 10, no. 11, p. 1550, 2020, doi: 10.3390/met10111550.

[2]         D. Risanti et al., “Dependence of the brittle-to-ductile transition temperature (BDTT) on the Al content of Fe–Al alloys,” Intermetallics, vol. 13, no. 12, pp. 1337–1342, 2005, doi: 10.1016/j.intermet.2005.02.007.