Polykristalline Hoch-Entropie-Superlegierungen (PHESA)

Polykristalline Hoch-Entropie-Superlegierungen (PHESA) –Kombination von Härtungsmechanismen in CoNiCr-basierten Superlegierungen mit komplexer chemischer Zusammensetzung und hohem Anteil an intermetallischen Mehrkomponentenausscheidungen

 

Themenbereich:
Hochtemperaturwerkstoffe

Verantwortlicher Mitarbeiter:

Dr.-Ing. Steffen Neumeier
Andreas Bezold (M. Sc.)

Legierungsraum der untersuchten polykristallinen hoch entropischen Superlegierungen impseudo-ternären Co-Ni-(Cr,Al,W,Mo,X) Phasendiagramm (X bezeichnet verschiedene Minorelemente) und die verschiedenen Härtungsmechanismen, welche in diesem Projekt untersucht werden und aktuell noch nicht in Superlegierungen für Hochtemperaturanwendungen verwendet werden.

Polykristalline Ni-basis Superlegierungen sind das Material der Wahl für Gasturbinenscheiben in der Turbinensektion, weil sie das einzige Materialsystem darstellen, welches gleichzeitig eine ausreichende Kriechfestigkeit und Duktilität besitzt als auch auch einen ausreichenden Korrosionsschutz aufweisen kann. Die Wiederentdeckung von Co-basis Superlegierungen in 2006 entfachte weltweites wissenschaftliches Interesse an der Erschaffung einer neuer Superlegierungsklasse. Seitdem stellte sich heraus, dass insbesondere polykristalline CoNi-basis Superlegierungen ebenfalls ein exzellentes Eigenschaftsprofil und ein hohes Anwendungspotential aufweisen.

In diesen polykristallinen CoNi-basis Superlegierungen wird eine medium-entropische fcc g CoNiCr Matrix, welche mit Refrektärelementen legiert ist, durch multinäre (Ni,Co,X)3(Al,W/Mo,Cr,X) g¢ Ausscheidungen verstärkt, weswegen diese Legierungen auch als komplex konzentrierte Legierungen oder auch hoch-entropische Superlegierungen bezeichnet werden. Eine der Besonderheiten von diesen Legierungen sind die niedrigeren Defektenergien der g und g‘ Phase im Vergleich zu Ni-basis Superlegierungen, was zu unterschiedlichen Verformungsmechanismen führt. Außerdem ermöglichen diese geringen Defektenergien die Benutzung neuer Härtungsmechanismen, welche zurzeit noch nicht in Ni-basis Superlegierungen verwendet werden.

In diesem Projekt, welches in das DFG-Schwerpunktsprogramm SPP 2006:  Legierungen mit komplexer Zusammensetzung – Hochentropielegierungen (CCA – HEA) eingegliedert ist, soll nach einer ausführlichen Charakterisierung des Ausgangszustandes dieser polykristallinen hoch-entropischen Superlegierungen (PHESAs) der Fokus auf zwei Hauptpunkte gelegt werden: (i) Untersuchung der Verformungsmechanismen von polykristallinen hoch entropischen Superlegierungen unter Zugbelastung bei unterschiedlichen Kriechbedingungen und Zugversuchen bei konstanter Dehnrate. (ii) Evaluation des Potential unerforschter Härtungsmechanismen in dieser Legierungsklasse, welche durch die niedrige Stapelfehlerenergie begünstigt sind, wie z.B. den Suzuki Mechanismus, die Phasenumwandlungshärtung und den Effekt von nanoverzwillingten Strukturen.