Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur in der refraktären AlMo0.5NbTa0.5TiZr-Superlegierung
Quelle: BAM
Legierungen mit komplexer Zusammensetzung (Compositionally complex alloys, CCAs) sind eine Materialklasse mit oft einzigartigen Mikrostrukturen und Eigenschaften, die auf besagte chemische Komplexität zurückzuführen sind. Sie erlangten Aufmerksamkeit als mögliche Alternativen zu konventionellen Legierungen welche bei Hochtemperaturanwendungen an ihre Grenzen kommen. Die AlMo0.5NbTa0.5TiZr-CCA, zeichnet sich größtenteils durch eine A2/B2-Mirkostruktur aus, die der wohlbekannten γ/γ‘-Mikrostruktur in Ni-Basis-Superlegierungen sehr ähnlich sieht. Diese Mikrostruktur und die Hochtemperatur-Druckeigenschaften der Legierung, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei hohen Temperaturen, zeichnen die CCA als vielversprechende Kandidatin für strukturelle Anwendungen aus.
Die Duktilität dieser Legierung und verwandten Zusammensetzungen ist jedoch ein wunder Punkt. In früheren Studien wurde versucht, die Duktilität bei Raumtemperatur durch Inversion der Phasen und Anpassung der Zusammensetzung zu verbessern. Leider ging der Anstieg der Duktilität mit dem Verlust der Festigkeit einher. Daher wird in dieser Arbeit ein anderer Ansatz versucht, nämlich die Anpassung der Abkühlgeschwindigkeit nach dem Anlassen und deren Einfluss auf die Makrostruktur und die mechanischen Eigenschaften. Somit wird eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Duktilität untersucht.
Die mikrostrukturelle Analyse zeigt, dass eine höhere Abkühlgeschwindigkeit mit einer feineren A2/B2-Morphologie im nm-Bereich einhergeht du zudem die ungewünschte Bildung der dritten Al-Zr-reichen Phase an den Korngrenzen unterdrückt. Die Gitterfehlpassung zwischen A2 und B2 sinkt mit ansteigender Abkühlgeschwindigkeit. Es wird angenommen, dass die komplexe Vergröberung der A2/B2-Mirkostruktur einen großen Einfluss auf die Gitterfehlpassung hat.
Es ist anzumerken, dass die Bruchzähigkeit (Kc = 4.2 ± 0.4 MPa∙m1/2) von der Änderung der Abkühlgeschwindigkeit nicht betroffen ist. Dies lässt darauf schließen, dass sich auch die Duktilität nicht verändert. Die Erhöhung der Nanohärte mit erhöhter Abkühlgeschwindigkeit lässt sich jedoch auf die kleineren A2-Ausscheidungen zurückführen. Insgesamt beleuchtet die Studie die Zusammenhänge zwischen Abkühlgeschwindigkeit, Mikrostruktur, mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur in der AlMo0.5NbTa0.5TiZr CCA. Die Ergebnisse liefern Einsichten in die Design- und Optimierungsmöglichkeiten von refraktären Hochentropielegierungen in strukturellen Anwendungen.
Influence of cooling rate on the microstructure and room temperature mechanical properties in the refractory AlMo0.5NbTa0.5TiZr superalloy
Patricia Suárez Ocaño, Anna Manzoni, Inmaculada Lopez-Galilea, Benjamin Ruttert, Guillaume Laplanche, Leonardo Agudo Jácome
publiziert in Journal of Alloys and Compounds, Band 949, Seite 169871ff.
BAM Werkstofftechnik
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