Foto Fabry

Dr.-Ing. Hans Chen wurde auf dem diesjährigen Festkolloquium der KIT-Fakultät Maschinenbau mit dem Manfred Hirschvogel Preis für die beste Dissertation der Fakultät ausgezeichnet. Seine Dissertation „Gefüge und Eigenschaften von äquiatomaren Legierungen aus dem System Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al“ liefert wichtige und international beachtete Beiträge zur Herstellung, Charakterisierung und den Eigenschaften von neuartigen Al-haltigen, refraktärmetallbasierten High Entropy Alloys. Durch die Anwendung skalenübergreifender Charakterisierungsmethoden konnte Herr Dr.-Ing. Chen nachweisen, dass in der Tat in einem großen Konzentrationsbereich, chemisch homogene und einphasige Gefüge in solchen Legierungen eingestellt werden können. Im Gegensatz zu den Erwartungen in diesem neuen Themengebiet, konnte Herr Dr.-Ing. Chen das Auftreten langreichweitiger, kristallographischer Ordnung nachweisen, die sich negativ auf die Duktilität solcher Legierungen auswirkt. Er setzte dazu auf die Anwendung der thermischen Analyse, die im Vergleich zu beugungsbasierten Methoden einen Nachweis für Ordnungsphänomene liefert, auch wenn die konkrete Besetzung von Gitterpositionen das Auftreten von charakteristischen Beugungsmaxima verhindert. Darüber hinaus konnte er durch die Kombination von Druckversuchen und Nanoindentation den Einfluss der Gitterverzerrung auf die Mischkristallhärtung unter Beachtung der intrinsischen Temperaturabhängigkeit der Festigkeit in kubischraumzentrierten Legierungen aufzeigen. Seine Beiträge bilden weiterhin Grundlage für Forschung in unserer Abteilung und somit freut uns die Auszeichnung von Herrn Dr.-Ing. Chen außerordentlich. Der Manfred Hirschvogel Preis ist mit 5000 Euro dotiert.

seils

In dieser Veröffentlichung haben wir den Einfluss des Mn-Gehalts auf die mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften pulvermetallurgischer oxidpartikelverstärkter (ODS-)Stähle untersucht. In unserer vorangegangenen Arbeit (Seils et al., Materials Science and Engineering A 786 (2020) 139452) haben wir gezeigt, dass der Beitrag der Versetzungshärtung zur Streckgrenze von austenitischen, Cr-Ni-basierten ODS-Stählen im Vergleich zu ferritischen ODS-Stählen während des Konsolidierens stärker sinkt. Nun zeigen wir, dass in Mn-haltigen ODS-Stählen, deren niedrigere Stapelfehlerenergie die Erholung und Rekristallisation während des Konsolidierens behindert, höhere Versetzungsdichten in austenitischen ODS-Stählen erreicht werden. Bei vergleichbarer Korngröße und Oxidpartikelgröße und -dichte wird dadurch eine höhere Streckgrenze erreicht.

laube

Zusammen mit dem IAM-AWP und der Universität Siegen präsentieren wir in dieser Arbeit unsere neuesten Fortschritte im Bereich mehrphasiger Hochtemperaturlegierungen auf Refraktärmetallbasis. Mittels thermodynamischer Berechnungen konnte ein Zweiphasengebiet mit geordneten und ungeordneten Kristallstrukturen im komplexen System Ta-Mo-Ti-Cr-Al identifiziert werden. Vorarbeiten sowie thermodynamische Berechnungen legen dabei nahe, dass Al eine Schlüsselrolle zur gezielten Einstellung der Ordnungs- und Ausscheidungsreaktion einnimmt. Die relevanten Temperaturen für die Phasenumwandlung sowie Ausscheidungsreaktionen konnten für zwei Modelllegierungen mittels dynamischer Differenzkalorimetrie sowie Abschreckversuchen bestimmt werden. Ein Zusammenhang zwischen der bei Raumtemperatur vorliegenden Mikrostruktur, den Phasenumwandlungen sowie der chemischen Zusammensetzung konnte hergeleitet werden. Die vorliegenden Mikrostrukturen sind durch ihre Kombination aus geordneten und ungeordneten Phasen dabei vielversprechende Kandidaten für Hochtemperaturanwendungen.

Dr.-Ing. Aditya Srinivasan Tirunilai wurde für seinen Vortrag zu "Discontinuous Deformation of FCC High and Medium Entropy Alloys at Close to 0 K" im Rahmen des Symposiums ST04 "High Entropy Materials - From Fundamentals to Potential Applications" während des MRS Spring Meetings 2021 als beste Präsentation des Symposiums ausgezeichnet. Die Auszeichnung ist mit einem Preisgeld von $250 verbunden.

schellert

In diesem Übersichtsartikel, der in Zusammenarbeit mit dem IAM-AWP und der Universität Siegen entstanden ist, fassen wir den aktuellen Stand der Forschung zur Oxidationsbeständigkeit von refraktärmetallbasierten High Entropy Alloys zusammen. Der aktuelle Literaturstand wird dabei für diese neue Werkstoffgruppe hinsichtlich der Legierungszusammensetzung, der Massenänderungen, der Korrosionsprodukte und des Schichtaufbaus bewertet. Neben den von den Refraktärmetallen bekannten Problemen hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit, gibt es auch einzelne Beispiele für Legierungen mit sehr guter Oxidationsbeständigkeit. Dabei treten bereits bekannte, schützende Oxidschichten auf, aber auch das komplexe CrTaO₄ rückt als schützendes Oxid in den Fokus. Neben der Zusammenfassung der Ergebnisse werden die thermodynamischen und kinetischen Aspekte der Schichtbildung und des Schichtwachstums beleuchtet sowie Perspektiven und Notwendigkeiten für die künftige Entwicklung dieses Forschungsfeldes herausgearbeitet.

chen

In dieser Arbeit des CryoMaK am ITEP und der PhM beschäftigen wir uns mit den temperatur- und dehnungsabhängigen Beiträgen zur plastischen Verformung von HfNbTaTiZr. Die sogenannte Senkovlegierung dient dabei als außergewöhnlich duktiles Modellsystem zur Erforschung der Verformungsmechanismen in konzentrierten kubischraumzentrierten Mischkristallen. Dazu haben wir in Druckversuche bei Temperaturen von 77 K bis 1073 K kontrolliert eingestellte plastische Dehnungen realisiert und das entstandene Gefüge analysiert. Das Verfestigungsverhalten wird dabei stark durch die Temperatur bei der Verformung bestimmt. Durch Orientierungsabbildung mittels Rückstreuelektronenbeugung konnten wir das Auftreten der bereits bekannten Kinkbandbildung auf Temperaturen unterhalb von 1073 K eingrenzen. Die beobachteten Kinkbänder haben wir ausführlich hinsichtlich der auftretenden Orientierungsänderungen über die Kinkbandgrenzen und entlang der Kinkbänder statistisch relevant ausgewertet.

obert

In dieser Studie präsentieren wir neue Mo-Si-Ti Legierungen mit einer bisher einzigartigen Kombination aus Oxidations- und Kriechbeständigkeit im Vergleich zu gegenwärtigen Mo-Si-basierten Legierungssystemen. Wir stellen einen Ausweg aus dem typischen Dilemma von Ti- vs. Mo-Gehalt und somit Oxidations- vs. Kriechbeständigkeit dar, indem von einem mit Ti substituierten Mo-Silizid, dem (Mo,Ti)₅Si₃, profitiert wird. Durch dessen Primärerstarrung während der schmelzmetallurgischen Herstellung sind feinstrukturierte Gefüge mit (Mo,Ti)₅Si₃ Partikeln in einer eutektisch-eutektoiden Matrix erzielbar. Diese Legierungen besitzen eine sehr gute Oxidationsbeständigkeit im Temperaturbereich von 800 bis 1200 °C. Zugleich weisen sie Solidustemperaturen oberhalb von 1900 °C auf, so dass sie zu den kriechbeständigsten Mo-Si-Ti Legierungen gehören. Wir zeigen neben den resultierenden Gussgefügen und typischen Oxidschichten, kriechverformte Gefüge und vergleichen das erzielte Eigenschaftsprofil mit einer kommerziell verwendeten Ni-Basis Superlegierung.

obert

In dieser Veröffentlichung gehen wir der Ursache der außergewöhnlich guten Oxidationsbeständigkeit (Pesting-Stabilität) einer eutektischen Mo-Si-Ti Legierung auf den Grund. Hierfür untersuchen wir den mikrostrukturellen und chemischen Aufbau der Oxidschichten, die sich im Temperaturbereich von 800 °C bis 1200 °C bilden. Mittels Rasterelektronenmikroskopie und Röntgendiffraktometrie unter streifendem Einfall weisen wir hauptsächlich amorphes SiO₂ und Rutil-TiO₂ nach. Atomsondentomographie gibt Aufschluss über die entsprechenden chemischen Zusammensetzungen der Oxide. Die Analyse des Oxidschichtwachstums zeigt, dass bei 800 °C die Kinetik bis 100 h linear, also reaktionsbestimmt, ist und anschließend kubisch. Die geringe Oxidationskonstante führt zu dem sehr langsamen Oxidschichtwachstum. Im Vergleich hierzu erfolgt das Schichtwachstum bei 1200 °C parabolisch und somit diffusionskontrolliert.

kauffmann

In dieser aktuellen Studie widmen wir uns den Gründen für das Auftreten diskontinuierlicher, plastischer Verformung in kubischflächenzentrierten Metallen und Legierungen bei Temperaturen nahe 0 K. Unsere früheren Untersuchungen [Tirunilai et al., Journal of Materials Research 33 (2018) 3287-3300] legten eine Verbindung zu versetzungsbasierten Prozessen nahe. Unsere aktuelle Studie zeigt , dass der Mechanismus auf den Versetzungsaufstau an Lomer-Cotrell Locks sowie der Möglichkeit zum Ausweichen durch Quergleitung zurückzuführen ist. Die Beschreibung geht dabei auf eine bereits bestehende Hypothese von A. Seeger zurück [A. Seeger in Dislocations and Mechanical Properties of Crystals (1958), John Wiley & Sons, New York, 243-330]. Wir konnten durch die systematische Untersuchung des Temperatur- und Vorverformungseinflusses andere potentielle Hypothesen zur Entstehung bzw. zu signifikanten Einflüssen ausschließen.

gombola

Zusammen mit unseren Kollegen der Otto von Guericke Universität und des Helmholtz-Zentrums Geesthacht stellen wir in dieser Arbeit eine neue Methode zur zeitaufgelösten In-Situ-Untersuchung von gerichteten Erstarrungsprozessen mit hochenergetischer Synchrotronstrahlung vor. Die Anlage ist speziell für den Einsatz an der HEMS Beamline P07 ausgelegt und damit eine wertvolle Ergänzung der Infrastruktur von Petra III (DESY, Hamburg). Flüssig-Fest Übergänge, Umwandlungs- und Zersetzungsvorgänge verschiedener Werkstoffen mit bis zu 2000 °C Liquidustemperatur konnten mithilfe dieses Aufbaus untersucht werden. Um die Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen, wurden aus fünf Legierungssystemen verschiedene Zusammensetzungen, Dichten und Probengeometrien sowie unterschiedliche Prozessparameter getestet. In dieser Arbeit wurden Versuchsergebnisse zu zeitaufgelösten Prozessen von TiAl und FeAl-Legierungen vorgestellt. Weitere detaillierte experimentelle Ergebnisse sind anderweitig veröffentlicht worden.