SPP 1713 Teilprojekt - Mechanisch-chemische Kopplung während der Bildung von Ausscheidungen in Al-basierten Legierungen

Grunddaten zu diesem Projekt

Art des Projektes: Teilprojekt in DFG-Verbund koordiniert außerhalb der Universität Münster
Laufzeit: 01.07.2017 - 30.06.2020 | 2. Förderperiode

Beschreibung

Al-Legierungen sind aufgrund des schnell wachsenden Bedarfs an hochfesten Leichtbaumaterialien eineindustriell interessante Materialklasse. Die Kombination von extrem feinkörniger (ultra-fine grained; UFG)Mikrostrukturprozessierung, Stabilisierung der Korngröße und Ausscheidungshärtung eröffnet einen attraktivenWeg um Halbzeuge mit hoher Stabilität und Dauerfestigkeit, exzellenter Zähigkeit und ausreichenderRissfestigkeit herzustellen. Für ternäre Al-Mg-Sc-Legierungen wurde kürzlich entdeckt, dass eineUFG-Mikrostruktur die Größe und Morphologie der Sekundärphasen (Ausscheidungen), deren chemischeZusammensetzung aber auch Verteilung in der Al-Matrix massiv beeinflusst. Ziel des hier vorgeschlagenenProjekts ist es daher, die für ein Verständnis der Ausscheidungsbildung und der mechanischen Eigenschaftenwichtige Kopplung zwischen Thermochemie und Thermomechanik aufzuklären.Dies soll durch ab initio basierte Simulationen, eng begleitet von direkt darauf abgestimmten experimentellenUntersuchungen, erreicht werden. Der Einfluss der starken elastischen Verspannungsfelder, welche durch dieMikrostruktur und externe mechanische Beladung verursacht werden, auf die lokale chemischeZusammensetzung soll in einem ersten Schritt mittels Dichtefunktionalrechnungen unter voller Mitnahme vonTemperatureffekten einschliesslich anharmonischer Beiträge behandelt werden. In einem zweiten Schritt wirdein kinetisches Monte-Carlo-Verfahren entwickelt, dass die Bildung von Sekundärphasen in mechanisch starkverspannten Regionen beschreibt. Der gekoppelte thermodynamisch-kinetische Zugang wird es nicht nurermöglichen, den Einfluss von Verspannungen auf die Bildung von Ausscheidungen zu verstehen, sondernauch den umgekehrten Effekt einer Auswirkung gebildeter Ausscheidungen auf die mechanischenSpannungsfelder.Die Entwicklung theoretischer Methoden und eines tiefgehenden Verständnisses erfordert präzise Vergleicheund Benchmarks gegenüber sorgfältig gewählten, projektspezifischen Messungen. So wird eine genau Analyseder UFG-Mikrostruktur mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und darauf aufbauenden Methodenerfolgen. Insbesondere soll die geometrische Phasenanalyse (GPA) zur quantitativen Bestimmung derVerspannungsfelder und der Ausscheidungsverteilung in der Nähe von Korngrenzen genutzt werden. Paralleldazu soll mittels radio-tracer Diffusionsexperimenten bestimmt werden, wie mechanische Verspannungsfeldersich auf die chemische Zusammensetzung, Struktur und Diffusion auswirken.Durch den kombinierten experimentell-theoretischen Zugang ergeben sich Synergieeffekte, die diesystematische Erforschung der mechanisch-chemischen Kopplung in einem technologisch wichtigenMaterialsystem ermöglichen und unser grundlegendes Verständnis des komplexen Wechselspiels zwischenmechanischen Verspannungen, Chemie, Struktur, Grenzflächenkinetik, Ausscheidungsbildung und ihrerRückkopplung auf die mechanischen Eigenschaften deutlich erweitern.

Stichwörter: Mechanisch-chemische Kopplung; Aluminium-basierte Legierungen; Materialphysik