Fracture toughness and microstructural stability of heavily deformed tungsten materials

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Die Untersuchung des Bruchverhaltens hochverformter, auf Wolfram basierender Materialien – Folien und Drähten – stellt den wichtigsten Teil dieser Dissertation dar. Erweitert wurde dieser durch die Untersuchung der Auswirkungen von Temperaturbehandlungen sowohl auf die Mikrostruktur als auch auf das Bruchverhalten. Die Bruchzähigkeiten von reinen und Kalium-dotierten Wolframfolien, mit einer Dicke von 100µm, wurden als Funktion der Probenausrichtung und der Testtemperatur (-196°C – 800°C) gemessen.Die hohen Werte der Bruchzähigkeit und das Absinken der DBTT auf etwa Raumtemperaturniveau zeigen den positiven Einfluss der während der Prozessierung entstandenen feinkörnigen Mikrostruktur. Untersuchungen der Bruchoberflächen zeigen eine starke Abhängigkeit der Fraktographie von der Testtemperatur. Es finden Übergänge des Bruchverhaltens von sprödem, transkristallinem Bruch bei niedrigen Temperaturen, zu starker Delamination bei mittleren Temperaturen hin zu duktilem Versagen bei den höchsten Temperaturen statt. Betreffend den zweiten Typus hochverformter Ausgangsmaterialien, dünnen Drähte, war es das Ziel eine systematische Studie zum Einfluss von Wärmebehandlungen auf die Entwicklung von Mikrostruktur- und Brucheigenschaften und deren Wechselwirkung durchzuführen. Eine detaillierte mikrostrukturelle Charakterisierung von 150µm-Wolframdrähten, rein und mit Kalium dotiert, unter Berücksichtigung unterschiedlicher Aspekte wie Korngrenzenart, Kornform und – größe, sowie Textur wurde durchgeführt.Die Ergebnisse zeigen, dass reine Wolframdrähte im Temperaturbereich von 1300°C – 1500°C vollständig rekristallisieren, was mit dem vollständigen Verlust der anfänglich lang gestreckten Fasertextur einhergeht. Im Gegensatz dazu zeigen dotierte Wolframdrähte ein besseres Hochtemperaturverhalten; Glühungen bei der höchsten Temperatur führen nur zu geringen mikrostrukturellen Änderungen. Rekristallisation und Kornwachstum finden erst bei Temperaturen über der höchsten Glühtemperatur statt.Das Auftreten von sowohl sprödem als auch zähem Verhalten für beide ungeglühte Materialien lässt darauf schließen, dass die DBTT in der Nähe der Raumtemperatur zu finden ist. Reine, geglühte Wolframdrähte zeigen eine starke Verringerung der Bruchzähigkeit, einhergehend mit einer Änderung im Bruchbild zu reinem Sprödbruch. Die Versprödung durch die Glühbehandlungen kann mit dem kompletten Verschwinden der lang gestreckten Fasertextur erklärt werden. Im Gegensatz dazu zeigen die geglühten, dotierten Wolframdrähte eine ausgezeichnete mikrostrukturelle Stabilität. Dies spiegelt sich in den gemessenen hohen Bruchzähigkeiten wider. Dabei findet man duktilen Bruch mit charakteristischer „knife edge“ Einschnürung auch nach Glühbehandlungen bei 1600°C. Zusätzlich zu den Untersuchungen an industriell hergestellten, hochverformten Materialien wurde eine Voruntersuchung zur Herstellung und Charakterisierung dünner Schichten aus binären Wolframlegierungen durchgeführt. Das längerfristige Ziel dieses Teils der vorliegenden Dissertation ist es, Studien mit hohem Durchsatz an einer Vielzahl von Legierungen unterschiedlichster Zusammensetzung zu ermöglichen. Der Einfluss einzelner Legierungselemente auf bestimmte Eigenschaften kann so leicht bestimmt werden. Die dünnen Schichten wurden über kombinatorisches Magnetron co-sputtern hergestellt, mit dem Resultat wohldefinierter, graduellen Änderungen der chemischen Zusammensetzung über die gesamte Probe. Chemische, morphologische und mikrostrukturelle Analysen zeigen einen starken Einfluss der Konzentration der Legierungselemente auf die Ergebnisse. Diese Voruntersuchungen lieferten weitere Ausblicke und Möglichkeiten zur Untersuchung verbesserter mechanischer Eigenschaften spezieller Wolframlegierungen. Es wird aber angemerkt, dass gewisse Anforderungen an das Probenmaterial für die Durchführung mikromechanischer Versuche zu stellen sind.

Details

Titel in ÜbersetzungBruchzähigkeit und Mikrostruktur-Stabilität von hochverformten, auf Wolfram basierenden Materialien
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Clemens, Helmut, Beurteiler B (intern)
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
StatusVeröffentlicht - 2018