Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft

Zum Einfluss der σ-Phase auf die thermodynamischen, kinetischen und mechanischen Eigenschaften von polykristallinen Superlegierungen.
Im Rahmen seiner Doktorarbeit forscht Tim Storch am Transferprojekt T6 des Sonderforschungsbereichs SFB/TR 103, welches in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner VDM Metals International entstanden ist. Im Projekt T6 wird mit einer polykristallinen Ni-Basis Superlegierung, welche vom Industriepartner bereitgestellt und eine Weiterentwicklung der kommerziell erhältlichen Legierung VDM® Alloy C-264 ist, gearbeitet. Mit dem Ziel die Kriecheigenschaften zu verbessern, wurde die Ti+Al Summe (Erhöhung des Volumenanteil der
γ‘-Phase) und die W-Konzentration (Verlangsamung der Teilchenvergröberung) gegenüber der Vorgängerlegierung angehoben. Dabei wurde jedoch auch die topologisch dichtest gepackt σ-Phase stabilisiert. Diese komplex aufgebaute TCP-Phase wird in der Literatur größtenteils als schädlich für die mechanischen Eigenschaften angesehen, wohingegen auch positive Effekte bei geringen Mengen dieser Phase beschrieben werden. Allerdings wurden diese Untersuchungen jeweils an kommerziell erhältlichen Legierungen mit wenig σ-Volumenanteil (< 2 %) durchgeführt.
Das Transferprojekt T6 widmet sich daher der Frage, welchen Einfluss die σ-Phase auf die mechanischen Eigenschaften hat. Dafür wird ausgehend vom ausscheidungsgehärteten Zustand eine Model-Mikrostruktur eingestellt, welche bei gleichbleibender γ/γ‘-Mikrostruktur unterschiedliche
σ-Phasenanteile (bis zu 6 %) aufweist. Weitergehend werden an diesen beiden mikrostrukturellen Zuständen unterschiedliche mechanische Prüfung wie z.B. Kriechversuche, Hochtemperatur-Zugversuche oder Ermüdungsversuche durchgeführt.
Darüber hinaus bearbeitet Tim Storch ein thematisch verwandtes Projekt, welches von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird und sich mit der Kinetik der σ-Phase in Ni-Basis Superlegierungen beschäftigt. Bei der Ausscheidung der TCP-Phase in einer Superlegierung mit 16 % Volumenanteil γ‘-Phase wurde eine γ‘-Saumbildung um die σ-Partikel beobachtet. Diese verändert mutmaßlich die Morphologie der σ-Phase von globularen zu länglichen Ausscheidungen entlang der Korngrenze.
Im Rahmen des Forschungsprojekts werden daher Ni-Basis Superlegierungen mit der gleichen chemischen Zusammensetzung der γ-Matrix - um die Triebkraft der σ-Phasenausscheidung konstant zu halten - und unterschiedlichen γ‘-Volumenanteilen (16 %, 8 % und 0 %) hergestellt. Anschließend wird systematisch die Ausscheidungskinetik, Teilchendichte und das Wachstum der σ-Partikel mikroskopisch untersucht.