Solid Solution Strengthening and Difusion in Nickel- and Cobalt-based Superalloys

Beschreibung

Nickel- und Cobaltbasissuperlegierungen mit γ-γ‘ mikrostruktur sind für ihre exzellente Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen bekannt. Ihre Mikrostruktur wird über verschiedene Legierungselemente eingestellt, welche sich entweder in der fcc γ Matrix oder der geordneten γ‘ Phase anreichern. In der vorliegenden Arbeit wurde das Segregationsverhalten verschiedener Legierungselemente in Nickelbasissuperlegierungen, deren Diffusivität in Kobaltbasislegierungen und die temperaturabhängige Mischkristallhärtung von Nickelbasislegierungen untersucht. Der Einfluss chemischer Segregationen auf die mechanischen Eigenschaften einzelner Phasen wurde mittels einer Kombination aus Nanoindentierung und Elektron Probe Mikroanalyse untersucht. Zusätzlich wurde der Härtungsbeitrag unterschiedlicher Legierungselemente zur Mischkristallhärtung von fcc Nickel mittels binärer Nickelbasislegierung bestimmt. Es zeigte sich, dass bei niedrigen Temperaturen der parelastisch Effekt dominiert und Elemente mit dem höchsten Größenunterschied zu Nickel den größten Härtungsbeitrag leisten. Bei höheren Temperaturen reichern sich die Legierungselemente an Versetzungen an, so dass die am langsamsten diffundierenden Elemente die Versetzungsbewegung über Gleitung und Klettern am effektivsten verhindern. Abschließend wurde die Diffusivität technisch relevanter Legierungselemente in fcc Kobalt mittels Diffusionspaar untersucht. Herbei stellte sich heraus, dass größere Atome in Kobaltbasissuperlegierungen ebenso wie in Nickelbasissuperlegierung schneller diffundieren als kleinere.