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Forschung

Hochtemperaturwerkstoffe

 

Bildlink zum Forschungsbereich Hochtemperaturwerkstoffe

Die Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe beschäftigt sich mit der Materialentwicklung und der Prozesstechnik (Gießen und pulvermetallurgische Verfahren) von Hochtemperaturwerkstoffen, insbesondere von Nickelbasissuperlegierungen.

Mitarbeiterfoto Alexander Müller

Alexander Müller, Dipl.-Phys.

Mitarbeiterfoto Paul Git

Paul Git, Dipl.-Phys.

Mitarbeiterfoto Matthias Hofmeister

Matthias Hofmeister, Dipl.-Ing.

Mitarbeiterfoto Nils Ritter

Nils Ritter, M.Sc.

Mitarbeiterfoto Naicheng_Sheng

Naicheng Zheng, Ph.D.

Mitarbeiterfoto Andreas Meyer

Andreas J. Meyer, M.Sc.

In B1 wird das Vakuumfeingießen von einkristallinen Ni-Basis-Superlegierungen mit einem Wirbelbett als Alternativprozess zur bisher verwendeten Flüssigmetallkühlung (Liquid Metal Cooling – LMC) entwickelt. Dadurch können die zwei wesentlichen Nachteile des LMC-Verfahrens überwunden werden: Korrosionsangriff der Zinnschmelze aufgrund von Formschalenrissen sowie die langfristig zu befürchtende Einschleppung von Zinn in die Superlegierungen.

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Ziel dieses Projekts ist es, die Möglichkeiten, die das selektive Elektronenstrahlschmelzen für die additive Herstellung von einkristallinen Superlegierungen eröffnet, zu eruieren. Insbesondere soll das Potenzial, das die prozessinhärente, rasche gerichtete Erstarrung hinsichtlich der Realisierung von ultra-feinen, homogenen Mikrostrukturen bietet, ausgeschöpft werden, um das Eigenschaftsspektrum der Superlegierungen weiter zu verbessern. Die Herausforderung besteht darin, den Aufbauprozess soweit theoretisch zu verstehen und dadurch gezielt führen zu können, dass ein einkristallines Gefüge entsteht.

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A new numerical tool will be explored that supports the experimental alloy developer in defining new compositions with potential for high strength. Starting with a composition space that is defined by the developer based on his metallurgical experience and his design goals, the numerical tool will propose the most promising compositions. The research program will on the one hand address open questions regarding the mathematical optimization in this application and on the other hand new models for predicting the relevant material properties.

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Das Serviceprojekt WSP ist mit der Bereitstellung der einkristallinen Ni- und Co-Basis-Superlegierungen für die Teilprojekte befasst. Zu den Aufgaben des Serviceprojekts gehören die Be-schaffung, der einkristalline Abguss, die Qualitätskontrolle sowie die Dokumentation des Probenmaterials. Um die für eine spätere Antragsperiode vorgesehene Werkstoffentwicklung vorzubereiten, soll außerdem ein Rechenwerkzeug entwickelt werden, das die Planung einer Zusammensetzungsmatrix für Reihenuntersuchungen von Legierungen auf eine rationale Grundlage stellt.

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Das Kernziel des Vorhabens ist ein verbessertes mechanistisches Verständnis der Heißrissbildung bei der Erstarrung von Nickelbasislegierungen. Die Ergebnisse können in einem eventuellen Nachfolgeprojekt zur Entwicklung neuer besser gießbarer Legierungssysteme genutzt werden. Auf Basis umfangreicher Vorarbeiten gehen wir von der Erkenntnis aus, dass die Restschmelze in gut gießbaren Legierungen lokalisiert vorliegt und nicht filmartig verteilt ist. Im Antragszeitraum soll unter Verwendung numerischer und experimenteller Methoden die Mikrostrukturbildung während der Abkühlung aus dem vollflüssigen Bereich für unterschiedliche Legierungszusammensetzungen untersucht werden. Die numerische Darstellung des transienten Erstarrungsvorganges innerhalb der Mehrkomponentensysteme erfolgt mit Hilfe der Phasenfeldmethode. Es soll untersucht werden, ob der Legierungseinfluss über die Grenzflächenenergie oder die Grenzflächenmobilität ausgeübt wird. Die experimentellen Arbeiten umfassen detaillierte metallographische Untersuchungen (SEM-FIB, Mikrosondenmessungen) und die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des erstarrenden dendritischen Netzwerkes anhand von Gleeble-Versuchen.

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