Cryogenic nanoindentation of single crystalline Copper, Chromium and Tungsten

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Die zunehmende Digitalisierung erfordert die Herstellung von Komponenten in immer kleiner werdendem Maßstab. Folglich erlangt die Kenntnis von Materialkennwerten in diesen Dimensionen Priorität. Hierbei profiliert sich die Nanoindentierung als Messsonde zur Erfassung der Kennwerte in diesen Größenordnungen. Zwei Phänomene treten dabei in den Vordergrund. Bei kleiner werdenden Prüfdimensionen tritt eine Erhöhung der materialspezifischen Festigkeitswerte auf. Der sogenannte Eindringgrößeneffekt geht mit einer steigenden Härte bei Verringerung der Indentierungstiefe einher. Zudem kann beim Nanoindentieren eine Diskontinuität in der typischen Last-Eindringkurve beobachtet werden, der sogenannte Pop-In, der den elastisch-plastischen Übergang kennzeichnet. Um den Größeneffekt sowie das Pop-In-Phänomen, und vor allem die Ausprägung derselben bei tiefen Temperaturen, zu analysieren wurden Einkristalle, konkret Kupfer als kubisch flächenzentriertes Metall, sowie Chrom und Wolfram als Vertreter der kubisch raumzentrieren Metalle, bei Raumtemperatur und -150°C nanoindentiert. Die größte Herausforderung bestand darin, den thermischen Drift, der auf Temperaturunterschiede zwischen Probe und Indenterspitze zurückzuführen ist, zu kontrollieren. Kupfer zeigte eine Zunahme des Eindringgrößeneffekts bei abnehmenden Temperaturen was in Korrelation zu ersten wissenschaftlichen Untersuchungen von Einkristallen bei erhöhten Temperaturen steht. Chrom wies eine Abnahme des Eindringgrößeneffekts bei Reduktion der Temperatur auf. Diese Beobachtung bestätigt ebenfalls erste wissenschaftliche Thesen, nach denen kubisch raumzentrierte Metalle unterhalb der materialspezifischen kritischen Temperatur den gegenteiligen Effekt im Vergleich zu flächenzentrierten Metallen zeigen. Des weiteren wurde gezeigt, dass die spezifische Last zur Initiierung der plastischen Verformung mit abnehmender Temperatur zunimmt, was die Bedeutung thermisch aktivierter Prozesse für die Versetzungsnukleation unterstreicht.

Details

Titel in ÜbersetzungTieftemperatur-Nanoindentierung von einkristallinem Kupfer, Chrom und Wolfram
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung30 Okt. 2015
StatusVeröffentlicht - 2015