Process parameter dependent recrystallization behaviour of a ferritic ODS alloy

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung des dynamischen Rekristallisationsverhaltens (DRX) einer ferritischen, oxid-dispersionsverfestigten (ODS) FeAlOY-Legierung. Ziel der Entwicklung dieser Legierung ist es, eine zukunftsfähige Alternative zu herkömmlichen Hochtemperaturwerkstoffen zu schaffen, die einen deutlich reduzierten Anteil an kritischen Rohstoffen wie Nickel und Kobalt aufweist. Die FeAlOY-Legierung ist speziell für Anwendungen im Energiesektor, beispielsweise für wasserstoffbetriebene Gasturbinen, konzipiert. Für solche Einsatzgebiete sind hohe mechanische Festigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit sowie thermische Stabilität über lange Betriebszeiten erforderlich. Die Herstellung der Legierung erfolgte durch mechanisches Legieren (MA) der Elementpulver Eisen, Aluminium, Chrom und Yttriumoxid ($Y_{2}O_{3}$) unter zwei unterschiedlichen Prozessbedingungen: ausschließlich bei Raumtemperatur (RT) sowie in Kombination aus Raum- und Tieftemperatur (CT) unter Einsatz von Flüssigstickstoff. Anschließend wurden die pulvermetallurgisch hergestellten Proben durch Warmwalzen verdichtet und in Warmumformversuchen mit der Gleeble 3800-GTC-Anlage unter unterschiedlichen Umformraten und Temperaturen getestet, um industrielle Warmumformprozesse zu simulieren und deren Einfluss auf die Mikrostruktur zu analysieren. Zur detaillierten Bewertung der Mikrostruktur kam Rasterelektronenmikroskopie (REM) zum Einsatz. Zudem wurde eine eigens entwickelte Python-Software verwendet, um die Oxidpartikelverteilung und -größe automatisiert und präzise auszuwerten. Es erfolgte eine systematische Untersuchung der Korngrößenentwicklung sowie des Oxidwachstums unter Betrachtung des Zener-Drags. Ergänzend wurde ein semi-empirisches Modell basierend auf dem Zener-Hollomon-Parameter angepasst und die Anwendbarkeit auf den untersuchten Werkstoff überprüft. Aufgrund der geringen Ausgangskorngröße von etwa 150 nm nach dem Walzen zeigen die Ergebnisse eine geringe, aber signifikante Abhängigkeit der rekristallisierten Korngröße sowie der Oxidpartikelgröße von der angewendeten Umformrate und -temperatur. Höhere Umformraten führten infolge einer erhöhten Versetzungsdichte und der damit verbundenen stärkeren Triebkraft für die Rekristallisation zu feineren Kornstrukturen. Lokale Inhomogenitäten und Schwankungen in der Oxidverteilung führten jedoch zu Abweichungen von den Modellvorhersagen. Ein semiempirisches Modell zur Korngrößenvorhersage wurde evaluiert und zeigte trotz inhärenter Einschränkungen, insbesondere im Hinblick auf partikelbedingte Effekte, eine akzeptable Prognosefähigkeit im untersuchten Parameterbereich. Diese Arbeit verdeutlicht, dass mechanische Legierungsparameter, Oxidverteilung sowie thermomechanische Prozesse entscheidenden Einfluss auf die resultierende Mikrostruktur und die Eigenschaften von FeAlOY haben. Die gewonnenen Erkenntnisse leisten somit einen wertvollen Beitrag zur Prozessoptimierung und zur industriellen Anwendung ferritischer ODS-Legierungen in anspruchsvollen Hochtemperatureinsatzbereichen.