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T1 - Thermomechanische Prozessführung der Molybdänbasislegierung MHC (Mo-Hf-C)

AU - Lang, David

N1 - gesperrt bis 28-10-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Partikelhärtende Mo-Hf-C Legierungen auf Molybdänbasis besitzen hervorragende Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden diese Legierungen heutzutage größtenteils via Pulvermetallurgie (PM), mit anschließender thermomechanischer Behandlung zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften, hergestellt. Das bedeutet, diese Legierungen werden weder umgeschmolzen noch einer Lösungsglühung unterzogen. Hier zeigt vor allem MHC, eine Legierung mit 0,65 at.% Hafnium und 0,65 at.% Kohlenstoff, eine gute Balance zwischen Festigkeitssteigerung und der weiteren Verarbeitbarkeit. Die Festigkeitszunahme dieses Materials erfolgt hauptsächlich durch verformungsinduzierte Ausscheidungsbildung von nm-großen HfC (theoretisch 1 vol.%) und durch Versetzungsverfestigung bzw. der Ausbildung einer Subzellstruktur. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der schmelzmetallurgischen und der PM Prozessführung ist ein höherer Sauerstoffgehalt. Zusätzlich kommt es durch das Sintern zu unterschiedlich thermodynamisch stabilen Phasen in der Mikrostruktur, welche das Ausscheidungspotential an feinen HfC- Teilchen erheblich herabsetzen. Um die positiven Hochtemperatureigenschaften von MHC weiter verbessern zu können, ist es daher vor allem notwendig die thermomechanische Behandlung unter Berücksichtigung der komplexen Wechselwirkungen von Ausscheidungsbildung, Erholung und Rekristallisation entsprechend zu optimieren. Als Basis hierfür dienen thermodynamische Untersuchungen in der molybdänreichen Ecke des ternären (quaternären) Mo-Hf-C(-O) Systems mithilfe von quantitativen metallographischen Untersuchungen (Licht- und Rastelektronenmikroskopie). Unterstützt werden diese Studien durch Berechnungen mittels CALPHAD und MatCalc. Hierfür wurde die Chemie der Karbidphasen von MHC mittels Atomsondentomographie analysiert und relevante Literatur bewertet, welche anschließend in die neue MatCalc Datenbank für Materialien auf Molybdänbasis aufgenommen wurden. Die Berechnungen zeigen vor allem, dass geringste Änderungen des Sauerstoff- und Kohlenstoffgehaltes große Auswirkungen auf die Phasenstabilität und Volumsfraktion der einzelnen Phasen haben. Durch gezielte Lösungsglühungen war es möglich den Hafniumgehalt in Lösung zu steigern und die Mo2C- Phase, welche als Kohlenstoffquelle für die verformungsinduzierte Ausscheidungsbildung von HfC dient, aufzubauen. Kinetikstudien der Ausscheidungsbildung von feinen HfC wurden mithilfe von Neutronenkleinwinkelstreuung und komplementären Methoden wie zweistufigen Umformversuchen, Elektronenrück-streudiffraktometrie, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie durchgeführt. Diese Untersuchungen geben Aufschluss über den zeitlichen Ablauf der Ausscheidungsbildung von nm-großen HfC- Teilchen und korrelieren diese mit den gebildeten Volumsfraktionen und den zugehörigen Festigkeiten des Materials.

AB - Partikelhärtende Mo-Hf-C Legierungen auf Molybdänbasis besitzen hervorragende Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden diese Legierungen heutzutage größtenteils via Pulvermetallurgie (PM), mit anschließender thermomechanischer Behandlung zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften, hergestellt. Das bedeutet, diese Legierungen werden weder umgeschmolzen noch einer Lösungsglühung unterzogen. Hier zeigt vor allem MHC, eine Legierung mit 0,65 at.% Hafnium und 0,65 at.% Kohlenstoff, eine gute Balance zwischen Festigkeitssteigerung und der weiteren Verarbeitbarkeit. Die Festigkeitszunahme dieses Materials erfolgt hauptsächlich durch verformungsinduzierte Ausscheidungsbildung von nm-großen HfC (theoretisch 1 vol.%) und durch Versetzungsverfestigung bzw. der Ausbildung einer Subzellstruktur. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der schmelzmetallurgischen und der PM Prozessführung ist ein höherer Sauerstoffgehalt. Zusätzlich kommt es durch das Sintern zu unterschiedlich thermodynamisch stabilen Phasen in der Mikrostruktur, welche das Ausscheidungspotential an feinen HfC- Teilchen erheblich herabsetzen. Um die positiven Hochtemperatureigenschaften von MHC weiter verbessern zu können, ist es daher vor allem notwendig die thermomechanische Behandlung unter Berücksichtigung der komplexen Wechselwirkungen von Ausscheidungsbildung, Erholung und Rekristallisation entsprechend zu optimieren. Als Basis hierfür dienen thermodynamische Untersuchungen in der molybdänreichen Ecke des ternären (quaternären) Mo-Hf-C(-O) Systems mithilfe von quantitativen metallographischen Untersuchungen (Licht- und Rastelektronenmikroskopie). Unterstützt werden diese Studien durch Berechnungen mittels CALPHAD und MatCalc. Hierfür wurde die Chemie der Karbidphasen von MHC mittels Atomsondentomographie analysiert und relevante Literatur bewertet, welche anschließend in die neue MatCalc Datenbank für Materialien auf Molybdänbasis aufgenommen wurden. Die Berechnungen zeigen vor allem, dass geringste Änderungen des Sauerstoff- und Kohlenstoffgehaltes große Auswirkungen auf die Phasenstabilität und Volumsfraktion der einzelnen Phasen haben. Durch gezielte Lösungsglühungen war es möglich den Hafniumgehalt in Lösung zu steigern und die Mo2C- Phase, welche als Kohlenstoffquelle für die verformungsinduzierte Ausscheidungsbildung von HfC dient, aufzubauen. Kinetikstudien der Ausscheidungsbildung von feinen HfC wurden mithilfe von Neutronenkleinwinkelstreuung und komplementären Methoden wie zweistufigen Umformversuchen, Elektronenrück-streudiffraktometrie, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie durchgeführt. Diese Untersuchungen geben Aufschluss über den zeitlichen Ablauf der Ausscheidungsbildung von nm-großen HfC- Teilchen und korrelieren diese mit den gebildeten Volumsfraktionen und den zugehörigen Festigkeiten des Materials.

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M3 - Dissertation

ER -