Spröd-duktil-Übergang von ultra-feinkörnigem Eisen
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Diplomarbeit
Standard
2010. 100 S.
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Diplomarbeit
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TY - THES
T1 - Spröd-duktil-Übergang von ultra-feinkörnigem Eisen
AU - Kammerhofer, Christoph Nikolaus
N1 - gesperrt bis null
PY - 2010
Y1 - 2010
N2 - Bedingt durch den kubisch-raumzentrierten Gitteraufbau weist Eisen eine starke Temperaturabhängigkeit in seinen Zähigkeitseigenschaften auf. Bei niedrigen Temperaturen erfolgt das Versagen nahezu verformungslos, wobei diesem Bruchtypus die Bezeichnung Sprödbruch gegeben wird. Bei hohen Temperaturen hingegen kommt es zu beachtlichen plastischen Verformungen, ehe das Versagen eintritt, sodass hierfür der Begriff duktiler Bruch verwendet wird. Somit gibt es eine charakteristische Temperatur, unterhalb der sprödes bzw. darüber duktiles Materialverhalten vorliegt: die sogenannte Spröd-duktil-Übergangstemperatur. Eine Möglichkeit, die Übergangstemperatur zu tieferen Werten zu verschieben, stellt der Mechanismus der Kornfeinung dar. Durch konventionelle metallurgische Maßnahmen, wie z.B kontrolliertes plastisches Umformen, kann eine minimale Korngröße von etwa 1 Mikrometer erreicht werden. Moderne Methoden der Hochverformung - wie das in dieser Arbeit angewandte Verfahren High Pressure Torsion, kurz HPT - erlauben jedoch eine drastische Reduktion der Korngröße bis zu wenigen Hundert Nanometern, was zusätzlich zu einer enormen Festigkeitssteigerung führt. Während der Hochverformung kommt es weiters zur Ausbildung einer Verformungsstruktur, die zu einer Richtungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften führt. Ziel dieser Arbeit war es nun zu untersuchen, ob es zu einer weiteren Absenkung der Übergangstemperatur kommt. Des weiteren sollte auch ein möglicher Einfluss der Richtungsabhängigkeit auf die Übergangstemperatur berücksichtigt werden. Die Ergebnisse aus bruchmechanischen Versuchen haben zu der Erkenntnis geführt, dass die Übergangstemperatur bei Korngrößen im Submikrometerbereich jedoch höher liegt als bei Korngrößen im unteren Mikrometerbereich. Fraktographische Untersuchungen konnten zeigen, dass der Risspfad hierfür entscheidend ist: So brechen die Submikrometerproben in der Tieflage ausnahmslos interkristallin, während der Bruch bei Proben mit Korngrößen im unteren Mikrometerbereich vorwiegend transkristallin erfolgt. Für Korngrößen im Submikrometerbereich können stark unterschiedliche Übergangstemperaturen festgestellt werden, je nachdem wie die Scherebene der HPT-Scheibe zur Rissaubreitungsebene orientiert ist. Somit kann bei Proben, die wegen der Hochverformung aussergewöhnlich hohe Festigkeiten aufweisen,durch geschicktes Ausnutzen der mechanischen Anisotropie die Übergangstemperatur zu tieferen Werten hin verschoben werden.
AB - Bedingt durch den kubisch-raumzentrierten Gitteraufbau weist Eisen eine starke Temperaturabhängigkeit in seinen Zähigkeitseigenschaften auf. Bei niedrigen Temperaturen erfolgt das Versagen nahezu verformungslos, wobei diesem Bruchtypus die Bezeichnung Sprödbruch gegeben wird. Bei hohen Temperaturen hingegen kommt es zu beachtlichen plastischen Verformungen, ehe das Versagen eintritt, sodass hierfür der Begriff duktiler Bruch verwendet wird. Somit gibt es eine charakteristische Temperatur, unterhalb der sprödes bzw. darüber duktiles Materialverhalten vorliegt: die sogenannte Spröd-duktil-Übergangstemperatur. Eine Möglichkeit, die Übergangstemperatur zu tieferen Werten zu verschieben, stellt der Mechanismus der Kornfeinung dar. Durch konventionelle metallurgische Maßnahmen, wie z.B kontrolliertes plastisches Umformen, kann eine minimale Korngröße von etwa 1 Mikrometer erreicht werden. Moderne Methoden der Hochverformung - wie das in dieser Arbeit angewandte Verfahren High Pressure Torsion, kurz HPT - erlauben jedoch eine drastische Reduktion der Korngröße bis zu wenigen Hundert Nanometern, was zusätzlich zu einer enormen Festigkeitssteigerung führt. Während der Hochverformung kommt es weiters zur Ausbildung einer Verformungsstruktur, die zu einer Richtungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften führt. Ziel dieser Arbeit war es nun zu untersuchen, ob es zu einer weiteren Absenkung der Übergangstemperatur kommt. Des weiteren sollte auch ein möglicher Einfluss der Richtungsabhängigkeit auf die Übergangstemperatur berücksichtigt werden. Die Ergebnisse aus bruchmechanischen Versuchen haben zu der Erkenntnis geführt, dass die Übergangstemperatur bei Korngrößen im Submikrometerbereich jedoch höher liegt als bei Korngrößen im unteren Mikrometerbereich. Fraktographische Untersuchungen konnten zeigen, dass der Risspfad hierfür entscheidend ist: So brechen die Submikrometerproben in der Tieflage ausnahmslos interkristallin, während der Bruch bei Proben mit Korngrößen im unteren Mikrometerbereich vorwiegend transkristallin erfolgt. Für Korngrößen im Submikrometerbereich können stark unterschiedliche Übergangstemperaturen festgestellt werden, je nachdem wie die Scherebene der HPT-Scheibe zur Rissaubreitungsebene orientiert ist. Somit kann bei Proben, die wegen der Hochverformung aussergewöhnlich hohe Festigkeiten aufweisen,durch geschicktes Ausnutzen der mechanischen Anisotropie die Übergangstemperatur zu tieferen Werten hin verschoben werden.
KW - Ductile to brittle transition DBTT iron cleavage HPT
KW - Spröd-duktil-Übergangstemperatur Eisen Ultra-feinkörniges Gefüge HPT Spaltbruch
M3 - Diplomarbeit
ER -
