The Influence of Alloying and Temperature on the Stacking-fault Energy of Iron-based Alloys

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Plastische Verformungen bestimmen die mechanischen Eigenschaften von Stählen. In austenitischen Stählen können plastische Verformungen durch verschiedene Mechanismen erfolgen, wie etwa durch Versetzungsgleiten, Zwillingsbildung (twinning induced plasticity, TWIP), und Phasenumwandlung (transformation induced plasticity, TRIP). Die Stapelfehlerenergie (SFE) hat Einfluss auf die Aktivierung dieser Mechanismen; deshalb ist sie ein Schlüsselparameter für das Verständnis plastischer Verformungen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Berechnung der SFE in austenitischen Stählen. Um den Einfluss von interstitiellem Kohlenstoff auf die SFE in austenitischen kohlenstoffhaltigen Stählen zu untersuchen, berechnen wir die γ-Kurve, aus der wir die Stapelfehlerenergie ableiten. Explizite Stapelfehler werden in reinem Eisen, Fe24C und Fe3C berechnet, was Konzentrationen von 0, 0.89 und 6.67 Gew.% Kohlenstoff entspricht. Unsere Ab-initio-Rechnungen werden mit der sogenannten Full-Potential All-Electron Linearized Augmented Plane-Wave (FP-LAPW) Methode durchgeführt, wie sie im Wien2k-Code implementiert ist. Unsere Ergebnisse zeigen ein starke Abhängigkeit des Verhaltens der γ-Kurve (i) vom Kohlenstoffgehalt und auch (ii) von der Lage des interstitiellen Kohlenstoffs in Bezug auf die Stapelfehlerebene. In Übereinstimmung mit früheren experimentellen und theoretischen Arbeiten finden wir, dass die SFE mit dem Kohlenstoffgehalt ansteigt. Darüber hinaus zeigen unsere Resultate, dass der Anstieg nicht konstant erfolgt, sondern bei hohen Konzentrationen niedriger ist. Schließlich erweitern wir die γ-Kurve, um die gesamte γ-Oberfläche auszuwerten. Um die Temperaturabhängigkeit der SFE in Edelstählen zu untersuchen, berechnen wir den Mischkristall Fe0.716 Cr0.200 Ni0.084 im Temperaturbereich von 293–1273 K (25–1000 °C). Die SFE wird unter Verwendung des Axial Next-Nearest Neighbor Ising (ANNNI) Modells berechnet. Die zufällige Verteilung der Elemente auf dem Gitter und der paramagnetische Zustand werden dabei durch Verwendung der Coherent Potential Approximation (CPA) bzw. der Disordered Local Moments (DLM) Näherung berücksichtigt, wie sie im Exact Muffin-Tin Orbitals (EMTO) Code implementiert sind. Die Gitterkonstanten bei verschiedenen Temperaturen werden dabei von Temperaturaus-dehnungsdaten aus Röntgenbeugungsmessungen gewonnen. Die Temperaturabhängigkeit der lokalen magnetischen Momente wird unter Berücksichtigung von Schwankungen in der Größe des magnetischen Moments ausgewertet. Der Einfluss verschiedener Näherungen und Beiträge, das heißt der elektronischen Entropie, der Wärmeausdehnung, der sogenannten Frozen-Core-Näherung und des Austausch-Korrelations-Funktionales, werden eingehend untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die SFE deshalb mit der Temperatur ansteigt, weil das Gittervolumen und die lokalen magnetischen Momente größer werden. Wir finden, dass die Temperaturabhängigkeit der SFE hauptsächlich auf die Gitterausdehnung zurückgeht. Die thermische Anregung der magnetischen Momente zeigt einen eher kleinen Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit der SFE. Wir finden auch, dass die Wahl des Austausch-Korrelations-Potentials die SFE signifikant beeinflusst. Gute Übereinstimmung mit experimentellen Daten erhält man durch Verwendung der Generalized Gradient Approximation (GGA).

Details

Titel in ÜbersetzungÜber den Einfluss von Legierungselementen und der Temperatur auf die Stapelfehlerenergie von Eisen-basierten Legierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2013