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Department Metallkunde und Werkstoffprüfung

Mechanische Eigenschaften und Hochleistungswerkstoffe

Dr. Verena Maier-Kiener

Hochleistungswerkstoffe spielen eine dominante Rolle in der modernen Gesellschaft, so dass ohne sie moderne Fertigungs- und Transporttechnologien unmöglich wären. Um das Potential von Hochleistungswerkstoffen zielgerichtet zu verbessern und die eingesetzten Materialien entsprechend ihrer Eigenschaften optimal auszunützen, ist ein skalenübergreifendes Verständnis des Zusammenspieles von mechanischen Eigenschaften und mikrostrukturellen Elementen essentiell.

Die Arbeitsgruppe für „Mechanische Eigenschaften & Hochleistungswerkstoffe“ am Department für Metallkunde und Werkstoffprüfung beschäftigt sich mit der materialübergreifenden Identifikation und der gezielten Analyse des Wechselspieles zwischen mikrostrukturellen Aspekten, wie Gefügebestandteilen, Grenzflächen, Kristallstrukturen, Ausscheidungen und anderen Materialdefekten, und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften.

Dazu werden insbesondere raten- und temperaturabhängige plastische Verformungsprozesse auf der lokalen Skala meist mittels Nanoindentation und uniaxialen Mikrokompressionsexperimenten sowie auf globalen Skala mittels Druck- und Zugversuchen bestimmt. Diese mechanischen Daten können anschließend gezielt mit den am Department zugänglichen hochaufgelösten strukturellen und chemischen Analysentechniken, wie REM, TEM und APT ergänzt und korreliert werden. Basierend auf diesen Untersuchungen können dadurch verlässliche, mechanistische Modelle der bei der Verformung dominierenden Mechanismen von Hochleistungswerkstoffen unter harschen Belastungsbedingungen erstellen werden.

Aktuelle Werkstoffklassen betreffen, sind aber nicht limitiert zu: intermetallische Werkstoffe, Materialien mit hoher Peierlsspannung, Hochentropiewerkstoffe, nanokristalline und ultrafeinkörnige Werkstoffe, Nanokomposite, amorphe Metalle, oder auch nanostrukturierte Schichten.

Korrelation von hochauflösenden Mikroskopietechniken und angewandeten Nanoindentationsmethoden: Phasenumwandlungen in CoCr Legierungen verwendet für Zahnimplantante, Hochtemperaturverformung von Mg17Al12 intermetallischen Phasen und elastische Anisotropie von Hochentropielegierungen.

Isochrone Wärmebehandlungen an einer CrMnFeCoNi-Hochentropielegierung: Korrelation zwischen Nanoindentierungshärte und Elastizitätsmodul mit Phasenentmischungen untersucht mittels Atomsondentomographie