TY - THES

T1 - Lokales Verformungsverhalten von gehipptem Molybdän

AU - Heim, Christopher

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die Nanoindentation ist ein tiefenregistrierendes Härteprüfverfahren, welches nicht nur auf die Messung der Härte beschränkt ist. Mit geeigneter Methodik können unter anderem der Elastizitätsmodul, die Dehnratenabhängigkeit und lokale Mikroplastizität eines Werkstoffes gemessen werden. Durch die einfache Probenpräparation ist das Messverfahren eine ausgezeichnet Wahl als Screening Methode für Fertigungsprozesse, in der Werkstoffentwicklung und zur Validierung von Modellierungsansätzen. Diese Arbeit befasst sich mit dem lokalen Verformungsverhalten einer Molybdänlegierung mit Hauptaugenmerk auf die Entwicklung einer neuen Nanoindenter Messmethode zur Bestimmung des lokalen Ermüdungsverhalten. Bei dem untersuchten Material handelt es sich um DUMOMET der Plansee SE, welches eine mikrodotierte Molybdänlegierung ist. Untersucht wurden drei Fertigungszustände Sinter, HIP und gewalzt und rekristallisiert. Es erfolgte eine umfassende Mikrostrukturanalyse mittels REM, EBSD-Messungen und Lichtmikroskop, um die Vergleichbarkeit der Fertigungszustände zu überprüfen. Mittels Nanoindentierung wurden Versuche mit einer Berkovichspitze bei konstanter Dehnrate durchgeführt zur Bestimmung der Härte und des Elastizitätsmoduls, Dehnratenwechselversuche zur Bestimmung der Dehnratenabhängigkeit und Kriechversuche mit konstanter Last zur Bestimmung von zeitabhängiger lokaler Mikroplastizität. Um mögliche Vergleiche zu ziehen, wurde die Makro- und Mikrohärte nach Vickers bestimmt. Zusätzlich erfolgte die Aufnahme lokaler Fließkurven des Werkstoffes durch Kugeleindrücke. Die neu entwickelte Ermüdungsmethode mittels Nanoindenter basiert auf der Steuerung der Belastungszyklen über das globale Eindringtiefensignal. Vorangegangene Versuche mit Belastungszyklen durch das überlagerte CSM-Signal führten nicht zur Ermüdung des Werkstoffes, weshalb der Wechsel auf die globale Eindringtiefensteuerung folgte, da diese größere Amplitudenänderungen und partielle Entlastungen ermöglicht. Die Auswertung der entwickelten Methode wird durch Pythonskripte durchgeführt, die für jeden Entlastungsast eines Belastungszykluses die Steifigkeit des Werkstoffes und die Entwicklung der Belastungs-Hysteresenbreite bestimmt. Somit kann die Entwicklung der Steifigkeit und Hysteresenbreite mit der Lastspielzahl beziehungsweise mit der Zeit untersucht werden. Die Auswirkung der Entlastungshöhe und Messfrequenz auf die automatisierte Auswertung wurde analysiert, um Unterschiede festzustellen und Versuchsparameter zu optimieren. Die Nanoindenterversuche wurden, bis auf die Kugeleindrücke (nur RT), für Raumtemperatur, 100 °C und 300 °C durchgeführt, um die Entwicklung der Werkstoffkennwerte mit steigender Temperatur zu untersuchen. Um mögliche Vergleiche ziehen zu können erfolgten zudem makroskopische Ermüdungsversuche im HCF- und Dauerfestigkeitsbereich bei Raumtemperatur. Diese Arbeit zeigt wieder aufs Neue die Flexibilität und die breit gefächerten Anwendungsmöglichkeiten der Nanoindentation, wobei die entwickelte Nanoindenter Ermüdungsmethode eine solide Grundlage für weitere Forschung darstellt.

AB - Die Nanoindentation ist ein tiefenregistrierendes Härteprüfverfahren, welches nicht nur auf die Messung der Härte beschränkt ist. Mit geeigneter Methodik können unter anderem der Elastizitätsmodul, die Dehnratenabhängigkeit und lokale Mikroplastizität eines Werkstoffes gemessen werden. Durch die einfache Probenpräparation ist das Messverfahren eine ausgezeichnet Wahl als Screening Methode für Fertigungsprozesse, in der Werkstoffentwicklung und zur Validierung von Modellierungsansätzen. Diese Arbeit befasst sich mit dem lokalen Verformungsverhalten einer Molybdänlegierung mit Hauptaugenmerk auf die Entwicklung einer neuen Nanoindenter Messmethode zur Bestimmung des lokalen Ermüdungsverhalten. Bei dem untersuchten Material handelt es sich um DUMOMET der Plansee SE, welches eine mikrodotierte Molybdänlegierung ist. Untersucht wurden drei Fertigungszustände Sinter, HIP und gewalzt und rekristallisiert. Es erfolgte eine umfassende Mikrostrukturanalyse mittels REM, EBSD-Messungen und Lichtmikroskop, um die Vergleichbarkeit der Fertigungszustände zu überprüfen. Mittels Nanoindentierung wurden Versuche mit einer Berkovichspitze bei konstanter Dehnrate durchgeführt zur Bestimmung der Härte und des Elastizitätsmoduls, Dehnratenwechselversuche zur Bestimmung der Dehnratenabhängigkeit und Kriechversuche mit konstanter Last zur Bestimmung von zeitabhängiger lokaler Mikroplastizität. Um mögliche Vergleiche zu ziehen, wurde die Makro- und Mikrohärte nach Vickers bestimmt. Zusätzlich erfolgte die Aufnahme lokaler Fließkurven des Werkstoffes durch Kugeleindrücke. Die neu entwickelte Ermüdungsmethode mittels Nanoindenter basiert auf der Steuerung der Belastungszyklen über das globale Eindringtiefensignal. Vorangegangene Versuche mit Belastungszyklen durch das überlagerte CSM-Signal führten nicht zur Ermüdung des Werkstoffes, weshalb der Wechsel auf die globale Eindringtiefensteuerung folgte, da diese größere Amplitudenänderungen und partielle Entlastungen ermöglicht. Die Auswertung der entwickelten Methode wird durch Pythonskripte durchgeführt, die für jeden Entlastungsast eines Belastungszykluses die Steifigkeit des Werkstoffes und die Entwicklung der Belastungs-Hysteresenbreite bestimmt. Somit kann die Entwicklung der Steifigkeit und Hysteresenbreite mit der Lastspielzahl beziehungsweise mit der Zeit untersucht werden. Die Auswirkung der Entlastungshöhe und Messfrequenz auf die automatisierte Auswertung wurde analysiert, um Unterschiede festzustellen und Versuchsparameter zu optimieren. Die Nanoindenterversuche wurden, bis auf die Kugeleindrücke (nur RT), für Raumtemperatur, 100 °C und 300 °C durchgeführt, um die Entwicklung der Werkstoffkennwerte mit steigender Temperatur zu untersuchen. Um mögliche Vergleiche ziehen zu können erfolgten zudem makroskopische Ermüdungsversuche im HCF- und Dauerfestigkeitsbereich bei Raumtemperatur. Diese Arbeit zeigt wieder aufs Neue die Flexibilität und die breit gefächerten Anwendungsmöglichkeiten der Nanoindentation, wobei die entwickelte Nanoindenter Ermüdungsmethode eine solide Grundlage für weitere Forschung darstellt.

KW - Nanoindentation

KW - Molybdenum

KW - local deformation behaviour

KW - CSM

KW - local creep

KW - strain rate jump test

KW - fatigue

KW - local fatigue

KW - ball indents

KW - microplasticity

KW - Nanoindentierung

KW - Molybdän

KW - lokales Verformungsverhalten

KW - CSM

KW - lokales Kriechen

KW - Dehnratenwechselversuche

KW - Ermüdung

KW - lokale Ermüdung

KW - Kugeleindrücke

KW - Mikroplastizität

M3 - Masterarbeit

ER -