Mikromechanische Untersuchung der Kriecheigenschaften von Ni- und Co-Basis Superlegierungen bei erhöhten Temperaturen

Ziel dieser Arbeit war es, mikrostrukturelle und chemische Inhomogenitäten in Ni- und Co-Basis Superlegierungen auf der Mikro- und Nanoskala mechanisch bei hohen Temperaturen zu untersuchen, um deren Einfluss auf das makroskopische mechanische Verhalten bei erhöhten Temperaturen zu ermitteln. Hierzu wurden kombinatorische Untersuchungen an Diffusionspaaren unter Einsatz eines integrierten Legierungsentwicklungsansatzes durchgeführt, um den optimalen Cr-Gehalt in einer Co-Basis Superlegierung zu bestimmen, der eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften ermöglicht. Daneben wurden Zugkriechversuche mit verschieden großen Proben und Mikrostrukturen durchgeführt, um den Einflusses der Miniaturisierung auf die Kriecheigenschaften zu untersuchen. Dabei konnte festgestellt werden, dass eine Reduktion des Durchmessers von 6 mm auf 150 µm zur gleichen minimalen Kriechrate führt. Bei dieser starken Miniaturisierung kommt es jedoch zu einer Abnahme der Bruchdehnung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden außerdem Druckversuche bei konstanter Dehnrate sowie Dehnratenwechselversuche zur Bestimmung des temperatur- und dehnratenabhängigen Mischkristallhärtungsverhaltens von W, Ta, Re, Mo und Ru in Ni durchgeführt. Dabei konnte ein semiempirisches Modell entwickelt werden, mit welchem sich die Mischkristallhärtung der untersuchten Legierungselemente in Ni in Abhängigkeit von Temperatur, Dehnrate und Zusammensetzung quantitativ abschätzen lässt. Insgesamt können die in dieser Arbeit entwickelten Methoden gezielt eingesetzt werden, um die Legierungsentwicklung neuer Superlegierungen zu beschleunigen und zu optimieren.