Thermodynamic stability and mechanical properties of nanocrystalline high-entropy alloys

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

High-Entropy Legierungen sind eine neue Klasse von metallischen Multi-Komponenten Legierungen, die seit 2004 großes Aufsehen in der Wissenschaft erregen. Der Grund hierfür liegt unter anderem darin, dass sie in manchen Fällen herausragende mechanische Eigenschaften sowie gute Oxidations- und Korrosionseigenschaften zeigen. Dadurch werden sie oftmals als potentielle Kandidaten für zukünftige Strukturwerkstoffe gesehen. Die Arbeiten in dieser Dissertation wurde dabei an einer kubisch-flächenzentrierten Hochleistungslegierung, nämlich CrCoNi, und zwei kubisch raumzentrierten Legierungen, AlTiVNb und TiZrNbHfTa, durchgeführt. Diese Legierungen wurden mittels Kornfeinung durch Hochdrucktorsion in eine nanokristalline Mikrostruktur überführt und im Anschluss verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen. Dies geschah aus zwei Gründen: I) Die thermodynamische Stabilität der jeweiligen Legierung konnte durch anschließende Mikrostrukturuntersuchungen getestet werden. II) Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen konnten durch zusätzliche mechanische Tests an den nanokristallinen und geglühten Proben abgeleitet werden. Die durchgeführten Arbeiten waren dabei unter den ersten, die diese neue Materialklasse im nanokristallinen Korngrößenbereich untersucht haben. Es konnte gezeigt werden, dass die CrCoNi Legierung in diesem Korngrößenregime ähnlich gute Eigenschaften wie vergleichbare Strukturwerkstoffe, beispielsweise austenitischer 316L Stahl, besitzt. Zusätzlich zeigte die nanokristalline TiZrNbHfTa Legierung hervorragende mechanische Eigenschaften, da sie trotz einer Verdoppelung der Zugfestigkeit, im Vergleich mit der grobkörnigen Variante, beinahe dieselbe Duktilität aufweist. Alle untersuchten Materialien wurden in der Vergangenheit als Werkstoffe mit einer einphasigen Mikrostruktur gehandhabt. Mittels systematischer Wärmebehandlungsstudien konnte jedoch gezeigt werden, dass der Gleichgewichtszustand in den jeweiligen Legierungen über einen großen Temperaturbereich eine mehrphasige Mikrostruktur ist. Dies hat wichtige Konsequenzen, besonders für beide kubisch-raumzentrierte Legierungen, da die einsetzende Bildung von Zweitphasen zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt. Das hat äußerst nachteilige Auswirkungen auf ihre Brauchbarkeit als Strukturwerkstoffe. Interessanterweise zeigte die CrCoNi Legierung ein stark abnormales Kornwachstum, wodurch es möglich war eine bimodale Korngrößenverteilung einzustellen. Dies ist eine bekannte Strategie um verbersserte mechanische Eigenschaftskombinationen zu erreichen. Durch die Einstellung einer bimodalen Mikrostruktur konnte ein Zustand mit hoher Zugfestigkeit bei gleichzeitig stark erhöhter Duktilität, im Vergleich zum nanokristallinen Zustand, erreicht werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegende Arbeit neue Erkenntnisse in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften und die thermodynamische Stabilität von High-Entropy Legierungen im nanokristallinen Korngrößenbereich liefert.

Details

Titel in ÜbersetzungThermodynamische Stabilität und mechanische Eigenschaften von nanokristallinen High-Entropy Legierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
  • Clemens, Helmut, Beurteiler B (intern)
StatusVeröffentlicht - 2018