TY - THES

T1 - Bruch- und Verformungsverhalten von ultrafeinkörnigem Titan

AU - Völker, Bernhard

N1 - gesperrt bis null

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Seit einigen Jahren stehen feinkörnige Metalle hergestellt durch Methoden der Hochverformung im Fokus wissenschaftlichen Interesses, da man sich von ihnen vorteilhafte mechanische und physikalische Eigenschaften erwartet. Das starke Interesse hat aktuell auch schon zu den ersten Anwendungen speziell im Medizinbereich und in der Luftfahrttechnik geführt. Dabei steht Titan und dessen Legierungen im Mittelpunkt, die meist durch "Equal Angular Channel Pressing" (ECAP) verformt werden. Im Gegensatz zu dem zuerst genannten Verfahren lässt "High Pressure Torsion" (HPT) aufgrund der Überlagerung eines hydrostatischen Druckanteils viel höhere Umformgrade zu, was wiederum zu einer stärkeren Kornfeinung führt. Dieser entscheidende Vorteil liefert die Motivation für die durchgeführten Untersuchungen. In dieser Arbeit wurde das Verformungs- und Bruchverhalten von hochverformten Titan und ausgewählten Legierungen, verformt bei Raumtemperatur und bei 500°C, untersucht. Als wichtige Voraussetzung jeglicher mechanischer Tests und möglicher Anwendungen wurde die Homogenität der HPT-Proben, welche gleichzeitig eine Sättigung in der Kornfeinung widerspiegelt, mittels Härteverläufen entlang der Probenradien untersucht. Im Fall des reinen Titans und der TiNb13Zr13 Legierung konnte ein solcher Sättigungsbereich festgestellt werden. Die TiAl6V4 Legierung wies bei Raumtemperaturumformung bei den hier untersuchten Verformungsgraden keinen Sättigungsbereich auf, bei 500°C hingegen schon. Mikrostrukturuntersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie zeigten, dass die HPT-Verformungstemperatur keinen entscheidenden Einfluss auf die Korngröße von reinem Titan besitzt. Das Verformungsverhalten von reinem Titan wurde mittels Zugversuchen charakterisiert. Diese zeigten, dass bei Raumtemperaturverformung eine höhere Festigkeit (ca. 1300 MPa) erzielt wird als bei 500°C (ca. 900 MPa), wobei die Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung und Brucheinschnürung sich nicht signifikant unterschieden. Diese extrem hohen Festigkeiten bei relativ guter Bruchdehnung könnten diese Materialien für weitere Anwendungen interessant machen. Zur Bestimmung des Bruchverhaltens von reinem Titan wurden aus den hochverformten Plättchen CT-Proben gefertigt. Die Auswertung der Messungen zeigte eine starke Orientierungsabhängigkeit und einen Einfluss der Verformungstemperatur auf die Bruchzähigkeit. Um hochverformte Materialien in Zukunft für eine industrielle Anwendung attraktiver zu gestalten, bedarf es der Erforschung und Entwicklung neuer Prozesse, die eine ausreichende Verformung ermöglichen, aber gleichzeitig auch ökonomisch durchführbar sind.

AB - Seit einigen Jahren stehen feinkörnige Metalle hergestellt durch Methoden der Hochverformung im Fokus wissenschaftlichen Interesses, da man sich von ihnen vorteilhafte mechanische und physikalische Eigenschaften erwartet. Das starke Interesse hat aktuell auch schon zu den ersten Anwendungen speziell im Medizinbereich und in der Luftfahrttechnik geführt. Dabei steht Titan und dessen Legierungen im Mittelpunkt, die meist durch "Equal Angular Channel Pressing" (ECAP) verformt werden. Im Gegensatz zu dem zuerst genannten Verfahren lässt "High Pressure Torsion" (HPT) aufgrund der Überlagerung eines hydrostatischen Druckanteils viel höhere Umformgrade zu, was wiederum zu einer stärkeren Kornfeinung führt. Dieser entscheidende Vorteil liefert die Motivation für die durchgeführten Untersuchungen. In dieser Arbeit wurde das Verformungs- und Bruchverhalten von hochverformten Titan und ausgewählten Legierungen, verformt bei Raumtemperatur und bei 500°C, untersucht. Als wichtige Voraussetzung jeglicher mechanischer Tests und möglicher Anwendungen wurde die Homogenität der HPT-Proben, welche gleichzeitig eine Sättigung in der Kornfeinung widerspiegelt, mittels Härteverläufen entlang der Probenradien untersucht. Im Fall des reinen Titans und der TiNb13Zr13 Legierung konnte ein solcher Sättigungsbereich festgestellt werden. Die TiAl6V4 Legierung wies bei Raumtemperaturumformung bei den hier untersuchten Verformungsgraden keinen Sättigungsbereich auf, bei 500°C hingegen schon. Mikrostrukturuntersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie zeigten, dass die HPT-Verformungstemperatur keinen entscheidenden Einfluss auf die Korngröße von reinem Titan besitzt. Das Verformungsverhalten von reinem Titan wurde mittels Zugversuchen charakterisiert. Diese zeigten, dass bei Raumtemperaturverformung eine höhere Festigkeit (ca. 1300 MPa) erzielt wird als bei 500°C (ca. 900 MPa), wobei die Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung und Brucheinschnürung sich nicht signifikant unterschieden. Diese extrem hohen Festigkeiten bei relativ guter Bruchdehnung könnten diese Materialien für weitere Anwendungen interessant machen. Zur Bestimmung des Bruchverhaltens von reinem Titan wurden aus den hochverformten Plättchen CT-Proben gefertigt. Die Auswertung der Messungen zeigte eine starke Orientierungsabhängigkeit und einen Einfluss der Verformungstemperatur auf die Bruchzähigkeit. Um hochverformte Materialien in Zukunft für eine industrielle Anwendung attraktiver zu gestalten, bedarf es der Erforschung und Entwicklung neuer Prozesse, die eine ausreichende Verformung ermöglichen, aber gleichzeitig auch ökonomisch durchführbar sind.

KW - severe plastic deformation

KW - HPT

KW - titanium

KW - titanium alloys

KW - fracture behaviour

KW - deformation behaviour

KW - Hochverformung

KW - HPT

KW - Titan

KW - Titan-Legierungen

KW - Verformungsverhalten

KW - Bruchverhalten

M3 - Diplomarbeit

ER -