The Role of Interfaces in BCC Metal Plasticity across Length-Scales and Temperatures

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Das umfangreiche Verständnis von Größeneffekten in der Kristallplastizität ist heutzutage noch immer eine Herausforderung, obwohl man sich in der Literatur zumindest über Größeneffekte in dem relativ einfachen, kubisch-flächenzentrierten Kristallsystem einig ist. Für Metalle mit kubisch-raumzentrierter Gitterstruktur hingegen werden immer wieder kontroverse Daten publiziert. Diese stammen meist von dem temperaturabhängigen, thermischen Spannungsanteil, der das Skalierungsverhalten der Festigkeit wesentlich beeinflusst. Eine noch viel komplexere Situation ergibt sich, wenn zusätzliche Grenzflächen in das Material eingebracht werden und die Plastizität eines Kristalls beeinflussen. Für technische Anwendungen auf Mikrometerebene ist die Plastizität von Strukturen mit Grenzflächen von enormer Bedeutung. Durch Designoptimierungen erfolgt ein weiterer Schritt Richtung Bauteilminiaturisierung welche zur Verlängerung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer beitragen kann. In der vorliegenden Dissertation wird der mögliche Einfluss von internen Grenzflächen auf Größeneffekte in zwei kubisch-raumzentrierten Metallen (Chrom und Wolfram) untersucht. Durch makroskopische Druckversuche, Nanoindentierung und mikroskopische in-situ Druckversuche werden Experimente über mehrere Längenskalen abgedeckt. Weiters wurden Versuchstemperaturen von Raumtemperatur bis ~600°C realisiert. Um Versuche bei erhöhter Temperatur im Rasterelektronenmikroskop an mikroskopisch kleinen Proben durchzuführen, wurde ein bereits existierender Mikroindenter mit einer selbstentwickelten Heizung ausgestattet. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass eine Kalibrierung der Kontakttemperatur durch eine Finite Elemente Simulation möglich ist. Des Weiteren konnten in-situ Versuche bis 300°C durchgeführt werden. Vorherrschende thermisch aktivierte Verformungsmechanismen wurden in den Modellmaterialien durch Bestimmung der Dehnratenabhängigkeit und der dazugehörigen Aktivierungsvolumina bestimmt. Weiters wurde das plastisch verformte Probenvolumen sorgfältig reduziert, um den Einfluss freier Oberflächen zu prüfen, bis ein Übergang von makroskopischem zu einkristallinem Verformungsverhalten beobachtet wurde. Die vorliegende Arbeit identifiziert mikrostrukturelle Mechanismen, die zu Größeneffekten in kubisch-raumzentrierten Metallen beitragen sowie Anteile, welche durch freie Oberflächen entstehen. Vorherrschende Verformungsmechanismen in ultrafeinkörnigem Chrom und Wolfram werden untersucht und mit dem Verformungsverhalten von Einkristallen verglichen. Bei niedrigen Temperaturen verformen einkristalline sowie ultrafeinkörnige Proben durch thermisch aktivierte Bewegung von Schraubenversetzungen, wohingegen bei erhöhten Temperaturen ein konstantes Aktivierungsvolumen auf Interaktionen von Versetzungen mit Korngrenzen schließen lässt.

Details

Titel in ÜbersetzungDie Rolle von Grenzflächen in kubisch-raumzentrierter Metallplastizität in Abhängigkeit verschiedener Längenskalen und Temperaturen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2017