Details

Autor(en) / Beteiligte

• Maier, Verena

Titel

Deformation Behavior of Ultrafine Grained Metals Investigated by Means of Novel Nanoindentation Methods

Ort / Verlag

ProQuest Dissertations & Theses

Erscheinungsjahr

2013

Quelle

ProQuest Dissertations & Theses A&I

Beschreibungen/Notizen

• Die ständig wachsende Bevölkerung und gleichzeitig eine zunehmende Mobilität bis ins hohe Alter führen zu einem rasant steigenden Ressourcenbedarf. Dies erfordert einen nachhaltiger Umgang mit den limitierten Rohstoffen, so dass Bauteile möglichst leicht, aber immer noch hinreichend fest sein sollen. Steigert man generell die Festigkeit eines Werkstoffs, so kann Gewicht eingespart werden. So können beispielsweise im Automobilbau neben dem primären Materialaufwand auch die laufenden Betriebskosten reduziert werden. Zur Steigerung der Festigkeit gibt es mehrere, gängige Konzepte in den Werkstoffwissenschaften – Legieren, Kaltverfestigen, Ausscheidungshärten oder auch Feinkornhärtung. Allerdings benötigt das Legieren und Ausscheidungshärten relativ teure Legierungselemente, was wiederum die wirtschaftliche Effizienz des Werkstoffes reduziert. Seit etwa 60 Jahren ist hingegen der Hall‐ Petch Effekt [1,2] bekannt, welcher besagt dass die Festigkeit invers mit der Korngröße skaliert. Gleichzeit konnte gezeigt werden, dass manche Werkstoffe mit einer extrem feinen Mikrostruktur trotz Erhöhung der Festigkeit auch noch eine hinreichende Duktilität besitzen [3]. Solche ultrafeinkörnigen und nanokristallinen Werkstoffe mit ihren sehr interessanten und für die Zukunft viel versprechenden Materialeigenschaften finden schon heute Anwendung in der Medizintechnik für Zahn‐ nd Hüftimplantate aus Titanlegierungen, zeigen aber auch großes Potenzial für weitere Leichtbauanwendungen, wie im Automobilbau oder in der Luft‐ und Raumfahrttechnik. Besonders die erhöhte Duktilität wird in engem Zusammenhang mit einer erhöhten Dehnratenabhängigkeit der Fließspannung schon bei Raumtemperatur beschrieben. Allerdings sind die genauen Verformungsmechanismen und der verantwortliche, geschwindigkeitsbestimmende Schritt bisher nicht exakt bekannt und verstanden.Die Untersuchung der wirkenden Verformungsmechanismen ist auf einer globalen Ebene mittels Zug‐ und Druckversuchen bereits etabliert. Auch eine exakte Bestimmung von zeit‐ und dehnratenabhängigem Materialverhalten ist dabei einfach zu realisieren. Um allerdings ein skalenübergreifendes Verständnis für die werkstoffwissenschaftlichen Vorgänge im Material zu erhalten, muss auch das Verformungsverhalten auf einer lokalen Skala studiert werden können. Hierfür können lokale Methoden, wie die Nanoindentierung oder uniaxiale Mikrosäulenkompressionversuche, dienen. Allerdings hat sich gezeigt, dass dies zu einigen experimentellen, schwer überwindbaren Hindernissen führt, da insbesondere umgebungsbedingte Effekte, wie thermische Drift, die Messergebnisse erheblich beeinflussen können.Im Rahmen dieser Arbeit sollen neue, innovative Methoden zur Ermittlung von zuverlässigen Daten bezüglich des lokalen zeit‐ und dehnratenabhängigen Verformungsverhaltens von Materialien entwickelt werden. Diese neuen Methoden werden anschließend auf verschiedene Metallsysteme angewandt, um daraus ein umfassendes Verständnis des lokalen Verformungsverhaltens von Metallen bezüglich der Gefüge‐aber auch Kristallstruktur zu erhalten. Hierfür sollen die lokalen mechanischen Eigenschaften und insbesondere das zeit‐und dehnratenabhängige Verformungsverhalten von kubisch‐flächen‐ und kubisch‐raumzentrierte sowie hexagonal‐dichtest‐gepackte Metalle mit unterschiedlichen Mikrostrukturen bei Raum‐und erhöhten Temperaturen untersucht werden. Diese Ergebnisse werden anschließend in direkten Zusammenhang mit globalen Resultaten aus Druck‐oder Zugversuchen gesetzt. Zudem sollen exemplarisch an einem Cu‐Al‐Mischkristallsystem die Auswirkung von Mischkristallhärtungseffekten auf das lokale Verformungsverhalten und an einer α-β‐duplex‐Ti‐ Legierung der Einfluss der Legierungselemente und der inkohärenten Phasengrenzen auf das verformungsverhalten des Verbundzustands näher analysiert werden.