Struktur-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen in eutektischen Legierungen des NiAl-Cr-Mo-Systems
Creators: name: Schulz, Camelia Anamaria
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: NiAl-Cr-Mo
Eutektikum
Gefüge
Gerichtete Erstarrung
Orientierungsbeziehung
Textur
Vorzugsorientierung
Seigerung
In-Situ-Experiment
eutectic
microstructure
directional solidification
orientation relationship
texture
segregation
diffraction

description: Zweiphasige NiAl-(Cr,Mo)-Legierungen sind unter allen eutektischen NiAl-X-Legierungen die vielversprechendsten Kandidaten für den Hochtemperatureinsatz, da sie sowohl bei hohen Temperaturen einen verbesserten Kriechwiderstand als auch bei Raumtemperatur eine höhere Bruchzähigkeit gegenüber NiAl zeigen. Die faserförmigen Randsysteme sowie die lamellaren Cr-reichen NiAl-(Cr,Mo)-Legierungen wurden bereits in der Vergangenheit im gerichtet erstarrten Zustand eingehend im Hinblick auf die mechanischen und oxidativen Eigenschaften charakterisiert. Die Orientierungsbeziehungen und Vorzugsorientierungen wurden dabei jedoch oft vernachlässigt und lediglich aus der Literatur übernommen oder auf Basis von kleinen Gefügeauschnitten abgeglichen. Dies führte zu inkonsistenten Angaben in der Literatur. Darüber hinaus wurde erst kürzlich die eutektische Rinne im quasi-ternären NiAl-Cr-Mo-System berechnet und veröffentlicht, wodurch neue eutektische Legierungen für Hochtemperaturanwendungen in Betracht gezogen werden können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher eingehend mit den Struktur-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen der bereits etablierten und neuen eutektischen NiAl-(Cr,Mo)-Legierungen, um die gesamte eutektische Rinne vollständig zu beschreiben. Hierfür wurden prozessübergreifende Analysen im Guss- und im gerichtet erstarrten Zustand auf verschiedenen Längenskalen zwischen Raum- und Liquidustemperatur durchgeführt. Im Gusszustand wurde, abgesehen von ausschließlich faserförmiger und lamellarer Morphologie, abhängig von der Legierungszusammensetzung auch eine gemischte Morphologie beobachtet. Die durch EDX-Messungen begleiteten In-situ-Untersuchungen dieser Legierungen zeigten, dass sich ein Gradient in der Zusammensetzung des (Cr,Mo)MK ausbildet. Sowohl ein Erstarrungsintervall als auch eine Mischungslücke bei niedrigerer Temperatur wurden durch thermodynamische Berechnungen vorhergesagt und können die Entstehung des Gradienten erklären. Um zu bewerten, welches der Zweiphasengebiete für die Gefügeentstehung entscheidend ist, wurden unter anderem Erstarrungssimulationen nach Scheil den experimentellen Untersuchungen während der realen Erstarrung gegenübergestellt und Langzeitwärmebehandlungen durchgeführt. Es konnte ausgeschlossen werden, dass die prognostizierte Mischungslücke den inhomogenen Mischkristall verursacht. Dieser wird durch Seigerungseffekte gebildet, welche knapp unterhalb der Liquidustemperatur starten. Mithilfe des In-situ-Aufbaus erfolgte bei der gerichteten Erstarrung die Texturanalyse direkt an der Erstarrungsfront, sodass nachgewiesen werden konnte, dass die eutektischen Legierungen mit einer Vorzugsorientierung kristallisieren. Für die etablierte Würfel-auf-Würfel-Orientierungsbeziehung zwischen den beiden Phasen wurde sowohl eine 〈001〉- als auch eine 〈111〉-Vorzugsorientierung beobachtet. Die zweite detektierte Orientierungsbeziehung, welche mit einer 60° Drehung um die 〈111〉-Richtung beschrieben werden kann, erstarrte ausschließlich mit einer 〈111〉-Vorzugsorientierung. Um festzustellen welchen Einfluss die Gitterfehlpassung auf die entstehende Vorzugsorientierung hat, fand die Analyse der Gitterparameterentwicklung beider Phasen für alle Zustände statt. Die Abhängigkeiten wurden als Funktion der Legierungszusammensetzung, der Abzugsgeschwindigkeit und -richtung diskutiert. Es konnte gezeigt werden, dass ein Wechsel der kristallographischen Vorzugsorientierung keine Morphologieänderung verursacht. Für die entstehende Morphologie ist die Orientierungsbeziehung ausschlaggebend.