Mikrostrukturelle Charakterisierung einer lichtbogenbasiert additiv gefertigten FeMnAlNi-Formgedächtnislegierung

Die Verwendung von Formgedächtnislegierungen zur Verstärkung und Aussteifung bestehender Stahlstrukturen bietet vielversprechende Ansätze zur Lebensdauerverlängerung und Ressourceneffizienz dieser Strukturen, insbesondere in seismisch aktiven Gebieten. Fe-basierte FGL, wie die Fe43,5Mn34Al15Ni7,5-Legierung, zeichnen sich durch kostengünstige Herstellung, vorteilhafte Umform- und Schweißeigenschaften sowie eine geringe Temperaturabhängigkeit der Umwandlungsspannung aus. Im Gegensatz zu NiTi Formgedächtnislegierungen, deren Anwendungsgebiete aufgrund der hohen Temperaturabhängigkeit limitiert sind, ermöglicht die FeMnAlNi-Legierung einen Einsatz in einem breiten Temperaturbereich von 77 K bis 513 K und erfüllt damit die Anforderungen bezüglich der Betriebstemperatur der ASTM 709 für den Strukturbau. Die martensitische Festphasen Transformation (α→γ‘) der FeMnAlNi Legierung ermöglicht die Dissipation der Verformungsenergie und eine große, sogenannte pseudoelastische Deformation. Zur Maximierung der Dämpfungswirkung werden anisotrope, lastrichtungsorientierte Mikrostrukturen benötigt, die durch additive Fertigung mittels lichtbogen- und drahtbasierter Verfahren generiert werden können. Die prozessbedingte gerichtete Erstarrung führt zu einer grobkörnigen und texturierten Mikrostruktur, welche die Reversibilität der Deformation und Dämpfungsleistung der Legierung erhöhen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Schweißeigenschaften einer quaternären FeMnAlNi Formgedächtnislegierung während des Wolfram- und Metall Inertgas Schweißens hinsichtlich der Phasenverhältnisse und Kornmorphologie evaluiert. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden auf das Lichtbogendrahtauftragschweißen übertragen. Anschließend erfolgte eine umfassende Analyse der Dämpfungseigenschaften additiv gefertigter, vielkristalliner FeMnAlNi-Legierung unter Einbeziehung von Textur, Ausscheidungen, Kornmorphologie und Phasenverhältnissen. Hierdurch sollte eine Bewertung des Einflusses der wiederholten Wärmezufuhr und damit verbundenen Erstarrungsmorphologien und Texturen während der additiven Fertigung auf die Pseudoelastizität und martensitische Transformation ermöglicht werden. Schlussendlich sollten die Untersuchungen das Potential der mikrostrukturorientierten Fertigung auf die Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen für die Fertigung vielkristalliner Dämpferelemente auf Basis von FeMnAlNi Legierungen aufzeigen.