Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von elektronenstrahlgeschmolzenen NiAl-(Cr,Mo) und Nb-Si-Cr in-situ Kompositwerkstoffen

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Granting Institution
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Issue Date
2023
Authors
Förner, Andreas
Editor
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-708-1
Abstract

Eutektische Legierungen der Materialsysteme Ni-Al-Cr-Mo und Nb-Si-Cr eignen sich aufgrund ihrer geringen Dichte und der hohen Schmelzpunkte hervorragend für den Einsatz bei hohen Temperaturen. Allerdings werden sie wegen der unzureichenden Kriechfestigkeit und der geringen Bruchzähigkeit bei Raumtemperatur bisher nicht als Strukturwerkstoff eingesetzt. Diese Arbeit verwendet daher das selektive Elektronenstrahlschmelzen als additives Fertigungsverfahren zur Herstellung intermetallischer in-situ Komposite mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Die hohen Abkühlgeschwindigkeiten im selektiven Elektronenstrahlschmelzen erzeugen in NiAl-28Cr-6Mo und Nb-10,9Si-28,4Cr nanostrukturierte Phasen in neuartig angeordneten Mikrostrukturen. Durch mikro- und makromechanische Tests werden die Kriecheigenschaften bei erhöhter Temperatur und das Bruchverhalten bei Raumtemperatur charakterisiert. Die zugrunde liegenden Verformungsmechanismen werden anschaulich mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie untersucht. Wichtige Phasenumwandlungen in Nb-Si-Cr, sowie Grenzflächenversetzungsnetzwerke und diskontinuierliche Ausscheidungsvorgänge in NiAl-(Cr,Mo) können erstmals mit der Atomsonde beobachtet werden.

Abstract

Eutectic alloys of the Ni-Al-Cr-Mo and Nb-Si-Cr material systems are excellent for use at high temperatures due to their low density and high melting points. However, due to their insufficient creep resistance and low fracture toughness at room temperature, they have not yet been used as structural materials. This work therefore uses selective electron beam melting as an additive manufacturing process to produce intermetallic in-situ composites with improved mechanical properties. The high cooling rates in selective electron beam melting produce nanostructured phases in NiAl-28Cr-6Mo and Nb-10.9Si-28.4Cr in newly arranged microstructures. Micro- and macromechanical tests are carried out to characterize the creep properties at elevated temperature and the fracture behaviour at room temperature. The underlying deformation mechanisms are investigated using high-resolution electron microscopy. Important phase transformations in Nb-Si-Cr, as well as interfacial dislocation networks and discontinuous precipitation processes in NiAl-(Cr,Mo) can be observed for the first time with the atom probe.

Series
FAU Studien Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Series Nr.
27
Description
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-707-4
DOI
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