Gefüge und Eigenschaften von äquiatomaren Legierungen aus dem System Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al

Konfigurationsentropiestabilisierte Legierungen bestehen aus einer Vielzahl von Legierungselementen.
Die Besonderheit bei diesen Legierungen ist, dass die Konzentration der
Elemente nahezu konstant (= äquiatomar) ist und kein Basiselement, wie bei konventionellen
Legierungen, vorhanden ist. Mehrkomponentige, nahe-äquiatomare Legierungen können
als einphasiger Mischkristall vorliegen, indem konkurrierende, intermetallische Sekundärphasen
prozesstechnisch unterdrückt werden. Bei diesen mehrkomponentigen Mischkristallen
mit einer Vielzahl an verschiedenen Atomradien wird erwartet, dass starke Gitterverzerrungen
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zu einer signifikanten Mischkristallverfestigung im Material führen. Mithilfe eines
Parameters, der die Abweichung vom mittleren Atomradius im Mischkristall beschreibt, soll
es möglich sein, das Ausmaß der Gitterverzerrungen und somit die Festigkeitssteigerung
durch Mischkristallverfestigung zu beschreiben. In dieser Arbeit wird bewertet, ob dieser
Parameter für die Beschreibung der Mischkristallverfestigung in nahe-äquiatomaren Legierungen
des Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al-Systems geeignet ist.
Die schmelzmetallurgisch hergestellten Legierungen wurden homogenisiert, um eine
gleichmäßige Verteilung der Elemente im Gefüge zu gewährleisten. Intermetallische Sekundärphasen
konnten nahezu vollständig unterdrückt werden. Sie waren durch röntgenografische
Methoden nicht zu detektieren. Die Homogenität im Mischkristall wurde mithilfe der
Kombination aus mikroskopischen und tomografischen Charakterisierungsmethoden auf
verschiedenen Längenskalen nachgewiesen.
Die Bewertung des Parameters zur Beschreibung der Mischkristallverfestigung erfolgte
durch Gegenüberstellung mit experimentell ermittelten Festigkeiten aus einer Legierungsserie
des Systems Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al. Hierfür wurden die Mikrohärte, Nanohärte und
0,2 %-Dehngrenze als Festigkeitskennwerte bestimmt. Die Gegenüberstellung des Parameters
mit der Festigkeit zeigt eine lineare Korrelation. Weitere Verfestigungsmechanismen,
die die Festigkeit in den vorliegenden Legierungen beeinflussen könnten, werden ebenfalls
diskutiert.

High entropy alloys consist of multiple alloying elements. Unlike conventional alloys with
one principal alloying element, the element concentrations in high entropy alloys are almost
equal. These multiple principal element alloys can form single-phase solid solutions by suppressing
competing intermetallic, secondary phases. Combining atoms with different atomic
radii in the solid solutions, it is expected that the lattice of these high entropy alloys is severely
distorted and, hence, that the strength is significantly increased by solid solution
strengthening. The so-called atomic size misfit is utilized as a parameter which describes the
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extent of lattice distortion in solid solutions and, thus, predicts the influence of solid solution
strengthening in high entropy alloys. This work evaluates whether or not the atomic size
misfit is able to characterize the strengthening in solid solutions of alloys from the Ta-Nb-
Mo-Cr-Ti-Al system.
The investigated alloys were cast and homogenized to ensure uniform element distribution.
Intermetallic secondary phases were almost completely suppressed. They were not detected
by X-ray diffraction experiments. The homogeneity within the solid solutions was confirmed
by microscopy and tomography techniques on different length scales.
To evaluate the atomic size misfit as a parameter for describing solid solution strengthening
in high entropy alloys, a correlation to the respective strengths for an alloy series from the
Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al system was carried out. The microhardness, nanohardness and strength
at 0.2 % plastic strain were determined for this purpose. The atomic size misfit and the
strength exhibit a linear correlation. Further strengthening mechanisms that can vary the
materials strengths in the investigated alloys are also discussed.