Legierungen auf Basis der intermetallischen Phase γ-TiAl sind eine neue Werkstoffklasse. Wegen ihrer spezifischen Festigkeit bei hohen Temperaturen sind sie besonders dort interessant, wo das Gewicht bewegter Teile eine große Rolle spielt. Beispiele sind Kompressorschaufeln in Flugtriebwerken und Turbolader in Abgassystemen. Die Legierungen sind im Vergleich zu solchen auf Nickel- und Kobaltbasis leichter und unterm Strich auch energiesparender. In dem Projekt „Advance – Sophisticated experiments and optimisation to advance an existing Calphad database for next generation TiAl alloys“ kooperiert das Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) mit Thermocalc-Software AB, Stockholm, der Montanuniversität Leoben und dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht.

Datenbank-legierte Systeme haben in der modernen Legierungsentwicklung eine entscheidende Rolle. Grundlage der Datenbanken sind thermodynamische Kennwerte zu Gleichgewicht, Umwandlung und Zusammensetzung der beteiligten Phasen in Abhängigkeit von Temperatur und Pauschalzusammensetzung: Phasen sind hier bestimmte Bereiche im Material, bei denen die chemische Zusammensetzung und physikalische Parameter homogen sind. „Unsere Gruppe befasst sich vor allem mit der Herstellung und Wärmebehandlung von Modellegierungen. Anschließend werden mittels Metallografie, Röntgendiffraktion, Elektronenstrahl-Mikrobereichsanalyse und Differenz-Thermoanalyse die notwendigen Daten ermittelt. Die Kollegen aus Leoben analysieren die Legierungen mittels Atomsonde und Transmissionselektronenmikroskop und in Geesthacht steht die in situ Synchrotron-Röntgenbeugung im Vordergrund.

Das Unternehmen Thermocalc optimiert die Daten anschließend, prüft ihre Konsistenz und entwickelt die entsprechenden Datenbanken.“, sagt Martin Palm, der das Projekt am MPIE zusammen mit seinem Kollegen Frank Stein leitet. Beide sind Gruppenleiter in der Abteilung Struktur und Nano-/Mikromechanik von Materialien. Mit Hilfe der entwickelten Datenbanken können zum Beispiel die auftretenden Phasen und deren Volumenanteil für solche Zusammensetzungsbereiche berechnet werden, für die keine experimentellen Ergebnisse vorliegen. Damit lassen sich Aussagen zu den zu erwartenden Gefügen treffen, was wiederum Rückschlüsse auf die mechanischen Eigenschaften zulässt. Das Arbeiten mit Hilfe von Datenbanken ermöglicht so eine effiziente und zeitsparende Legierungsentwicklung.

Das MPIE betreibt Grundlagenforschung an Hochleistungsmaterialien, insbesondere metallischen Legierungen und verwandten Werkstoffen. Ziel sind Fortschritte in den Gebieten Mobilität, Energie, Infrastruktur, Medizin und Sicherheit. Das MPIE wird von der Max-Planck-Gesellschaft und dem Stahlinstitut VDEh finanziert. Damit verbinden sich erkenntnisorientierte Grundlagenforschung mit innovativer Entwicklung und Prozesstechnik.

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