MEMoRIAL-M2.1 | Optimierung neuartiger Hochtemperaturwerkstoffe auf Vanadiumbasis

Hintergrund
Aufgrund der geringen Dichte in Kombination mit einem hohen Schmelzpunkt weist Vanadium ein großes Leichtbaupotenzial für Turbinen in Flugzeugen oder der Energiewirtschaft auf. Da Vanadium als Konstruktionswerkstoff erst seit kurzem im Fokus der Forschung steht, sind die Auswirkungen verschiedener Legierungselemente auf die Werkstoffeigenschaften noch nicht oder nur unzureichend untersucht.

Zielsetzung
Die Untersuchung der Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehung in binären, ternären und quaternären V-Basis-Legierungen, um die Erkenntnisse zur Verbesserung von Hochtemperaturlegierungen auf Basis von V-Si-B zu nutzen.

Methoden
Mittels Barrenmetallurgie (Lichtbogenschmelzverfahren) wurden Vanadiumproben mit unterschiedlichen Konzentrationen an Legierungselementen hergestellt. Daraus wurden einphasige Vanadium-Mischkristalle (Vss), zweiphasige und dreiphasige Legierungen hergestellt. Um die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Legierungsbestandteilen zu bestimmen, wurden Mikrohärtemessungen und Druckversuche durchgeführt. Mit Hilfe von REM (Rasterelektronenmikroskopie) und XRD (Röntgendiffraktometrie) wurden die Mikrostruktur untersucht, Phasen identifiziert und die Elementkonzentration in den jeweiligen Phasen gemessen.

Ergebnisse
Die Kombination von mechanischen Eigenschaften und mikrostrukturellen Untersuchungen ermöglicht Rückschlüsse auf das Werkstoffverhalten und die Effizienz der Mischkristallverfestigung und der Zweitphasenverfestigung.

Schlussfolgerungen
Die Elemente Cr, Mo und Nb haben ein hohes Potenzial zur Verbesserung des Verhältnisses der Mikrostruktureigenschaften in modernen V-Si-B-Legierungen.

Zweckmäßigkeit
Grundlagenforschung zu den Auswirkungen verschiedener Legierungselemente in Vanadium-Mischkristallen sowie in vielversprechenden ternären V-Si-B-Hochtemperaturlegierungen.

Schlüsselwörter
Vanadium-Basis-Legierungen, Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehung, Intermetallik, V-Si-B-X, Vanadium-Mischkristallphase

MEMoRIAL-M2.1 | Optimisation of novel vanadium-based high temperature materials

Background
Due to the low density in combination with a high melting point, vanadium demonstrates a great lightweight potential for turbines in aircrafts or energy industry. Since vanadium as a structural material is in focus of research only recently, the effects of several alloying elements on the materials properties are not or insufficiently examined yet.

Objective
The investigation of the microstructure-property relationship in binary, ternary and quaternary V-based alloys in order to use the findings to improve high-temperature alloys based on V-Si-B.

Methods
By means of ingot metallurgy (arc-melting process), vanadium samples with different concentrations of alloying elements were manufactured. Resulting from this, single phase vanadium solid solutions (Vss), two-phase and three-phase alloys were produced. Microhardness measurements and compression tests were carried out to determine the mechanical properties in dependence on the alloying components. SEM (Scanning Electron Microscopy) and XRD (X-ray Diffraction) methods were used to examine the microstructure, to identify phases and to measure elements concentration in the respective phases.

Results
The combination between mechanical characteristics and microstructural investigations enables conclusions concerning the materials behavior and the efficiency of solid solution strengthening and second phase strengthening.

Conclusions
The elements Cr, Mo and Nb have a high potential for improving the microstructure property relationship in modern V-Si-B alloys.

Orignality
Basic research on the effects of various alloying elements in vanadium solid solution, as well as in promising ternary V-Si-B high temperature alloys.

Keywords
Vanadium-based alloys, microstructure-property-relationship, intermetallics, V-Si-B-X, vanadium solid solution phase