Diplomarbeit Quantitative Analyse des Ausscheidungs- verhaltens ...

Die Aktivierungsenergie E der Ausscheidungsvergröberung beträgt 388 kJ/mol
und ist im Vergleich zu Messungen an einer binären Nickel-Aluminium-
Legierung mit 269 kJ/mol [ARDELL, 1966] höher. TEM-Untersuchungen an
Inconel 738 LC ergeben einen Wert von 330 ± 40 kJ/mol [MALOW, 1994] und für
die Nickelbasislegierung SC 16 340 ± 50 kJ/mol [MALOW, 1994].
Weiters ist die Bestimmung der Grenzflächenenergie aus C = 2,44.10 -3
m 3 K/s möglich. Für V lässt sich mit Hilfe der Gitterkonstante von Ni3(Al,Ti)-
Ausscheidungen ein Wert von 2,81.10 -5 m 3 /mol berechnen. Das Produkt D0.σγγ‘
wird mit 6,77.10 -7 J/s ermittelt. Da keine Literaturangaben über
Diffusionskoeffizienten D der Legierungselemente in Nimonic 80a vorhanden
sind, mussten Abschätzungen für D aus Kombinationen binärer und ternärer
Systeme der Elemente Nickel, Chrom, Aluminium und Titan (Matcalc-Datenbank
[LIND, 2002]) verwendet werden. Aus einem Vergleich geht hervor, dass die
Diffusion von Titan in einem ternären Nickel-Aluminium-Titan-System am
langsamsten und somit geschwindigkeitsbestimmend für das Teilchenwachstum
und die Grenzflächenenergie ist. Die Sprungfrequenz D0 wird mit 5,92.10 -5 m 2 /s
und die Aktivierungsenergie mit 289 kJ/mol angegeben. Die Genauigkeiten von
D0 ist im allgemeinen relativ schlecht, und eine Berechnung von σγγ‘ ist unter
Berücksichtigung dieser Tatsache zu betrachten. Nach Verwendung dieser
Sprungfrequenz ergibt sich eine Grenzflächenenergie von 11,4 mJ/m 2 . Aus
Untersuchungen an einer binären Nickel-Aluminum-Legierung ist ein Wert von
ungefähr 0,030 J/m 2 [ARDELL, 1966] bekannt. Für das System Nickel-Titan wird
eine Grenzflächenenergie von etwa 0,021 J/m 2 [ARDELL, 1970] angegeben. In
beiden Fällen handelt es sich um Messungen mit
Transmissionselektronenmikroskopie an Modelllegierungen. Mit Hilfe von SANS
wurde eine Grenzflächenenergie in Nimonic PE 16 mit 0,014 bis 0,021 J/m 2
[BEDDOE, 1984] bestimmt. Die einzige Arbeit an Nimonic 80a liefert allerdings
einen fragwürdigen Wert von 0,140 J/m 2 [RICKS, 1983].
Simulationsrechnungen der Ausscheidungskinetik in Nimonic 80a mit
einem Modell [SVOBODA, 2001], dass neben der chemischen Zusammensetzung
nur die Grenzflächenenergie und Nukleationsrate als Eingabeparameter benötigt,
wurden am Institut für Werkstoffkunde, Schweißtechnik und spanlose
Formgebung (IWS) der Technischen Universität Graz durchgeführt [LIND, 2002].
Die Nukleationsrate hat nur geringen Einfluss auf das weitere Wachstum und die
Vergröberung. Wenn für die Grenzflächenenergie ein Wert von 19 mJ/m 2 gewählt
wird, zeigen Simulation und Experiment bei den Auslagerungstemperaturen von
750°C und 800°C gute Übereinstimmungen. Hingegen treten bei 850°C und
900°C Abweichungen auf, die möglicherweise aus einer Temperaturabhängigkeit
der Grenzflächenenergie resultieren.
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