Mathematische Modellierung der Ausscheidung ... - OPUS-Datenbank

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Maximale Länge der Ausscheidungsplättchen
Es ist eine zentrale Aufgabe der Legierungsentwicklung, die maximale Länge der spröden
Ausscheidungsphasen vorherzusagen, da diese Größe in die bruchmechanische Betrachtung
des Einflusses auf die mechanische Festigkeit eingeht. Dies ist mit dem vorliegenden
Modell möglich. Es zeigt sich, dass das thermodynamische Gleichgewicht bei 825 °C erst
nach mehr als 20 Mio. Stunden mit µ-Phasenausscheidungen von ca. 130 µm Länge erreicht
wird. Eine nennenswerte Ausscheidung beginnt nach ca. 14 000 Stunden.
a)
max. Länge l / µm
10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7
150
µ
125
100
P
75
σ
50
25
0
Zeit t / h
b)
max. Länge l / µm
150
125
100
75
50
25
σ
10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7
0
Zeit t / h
Abbildung 5.40: Maximale Länge der TCP-Phasenausscheidungen in der Legierung TMS-
121 bei (a) 825 °C und (b) 1100 °C bei einem Aspektverhältnis von φ=200. Die maximalen
Längen der Ausscheidungen liegen um die 100 µm (Multikomponentenmodell).
Dagegen ist bei 1100 °C schon nach 30 Stunden eine nennenswerte Ausscheidung erfolgt,
und die längsten Plättchen besitzen nach etwa 200 000 Stunden Längen von 100 µm. Al-
lerdings werden bereits nach etwa einem Jahr Plättchenlängen von 80 µm erreicht. Die σ-
Phase ist zu diesem Zeitpunkt schon verschwunden, während sich die ebenfalls metastabile
P-Phase in technisch relevanten Zeiten nicht nennenswert auflöst.
Die Modellierung bestätigt damit klar, dass bei der Ausscheidung von TCP-Phasen in Superlegierungen
aus thermodynamischen und kinetischen Gründen ganze Ausscheidungs-
sequenzen auftreten und die σ-Phase in vielen Fällen eine metastabile Vorläuferphase ist.
Man stellt aber auch fest, dass das Wachstum der stabilen TCP-Phasen aus der σ-Phase
ein sehr langsamer Prozess ist und daher in realistischen Zeiträumen das thermodynamische
Gleichgewicht nicht erreicht wird.
µ
P