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Bruch und Spröd-duktil- Übergang in polykristallinem Wofram: Einfluss von Mirk - Bild 1 von 1

Bruch und Spröd-Duktil- Übergang in Polykristallinem Wofram: Einfluss von Mirkostruktur und Lastrate von Daniel Rupp (2010, Taschenbuch)

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Über dieses Produkt

Produktinformation

Zahlreiche Werkstoffe brechen bei tiefen Temperaturen spröde wie Glas und weisen erst mit zunehmender Temperatur einen Übergang zu einem duktilen Bruchverhalten auf. Ein Beispiel hierfür bilden die kubisch-raumzentrierten Metalle, die diesen sogenannten Spröd-duktil-Übergang zeigen und deren Einsatz als Strukturmaterialien dadurch eingeschränkt wird. Die Mechanismen, die dieses Verhalten kontrollieren, sind immer noch nicht vollständig verstanden und Gegenstand aktueller Forschung. Erste grundlegende Arbeiten in diesem Bereich konzentrierten sich vor allem auf Untersuchungen an Einkristallen, so dass besonders die Frage, welchen Einfluss die Mikrostruktur und existierende Defektstrukturen dabei haben, noch nicht beantwortet ist. Das Anliegen der vorliegenden Arbeit ist es, das Bruchverhalten und den Spröd-duktil-Übergang an polykristallinem Wolfram als Modellmaterial systematisch zu untersuchen und zu charakterisieren. Für die Untersuchungen wurden gesinterte und gewalzte Wolframstäbe ausgewählt, die eine ausgeprägte Fasertextur besitzen und bei denen es sich um eine der gängigsten Formen von unlegiertem Wolfram handelt. Es wurden Bruchversuche in einem weiten Temperaturbereich von -150 bis 950°C an gekerbten Proben in Dreipunkt-Biegung durchgeführt und die Bruchzähigkeit bestimmt. Um den Einfluss der mikrostrukturellen Anisotropie auf das Bruchverhalten und den Versagensmechanismus zu untersuchen, wurden drei unterschiedliche Probenorientierungen in Bezug zur Walzrichtung entnommen und geprüft. Weiterhin wurde eine detaillierte Charakterisierung der Mikrostruktur durchgeführt, ebenso wie eine ausführliche fraktographische Untersuchung der getesteten Proben. Einzelne Bruchflächen wurden zusätzlich mit Hilfe der Auger-Spektroskopie auf mögliche Segregationen von Verunreinigungen an den Korngrenzen hin untersucht. Um Einblicke in die Rissinitiierung und den Versagensablauf zu gewinnen, wurden in-situ Bruchexperimente durchgeführt, die Parallelen zum Versagensverhalten von Verbundwerkstoffen erkennen lassen. Die Ergebnisse belegen, dass die Mikrostruktur einen entscheidenden Einfluss auf das Bruchverhalten hat. Es können grundsätzlich zwei Versagensmechanismen unterschieden werden, die den Bruch im spröden und semi-spröden Bereich dominieren: interkristalline Rissausbreitung entlang der in Walzrichtung langgestreckten Korngrenzen und transkristalliner Spaltbruch senkrecht zur Walzrichtung. In den entlang der Stabachse entnommenen Proben dominiert letzterer und führt dort im Vergleich zu den beiden anderen Probentypen zu einer wesentlich höheren Bruchzähigkeit und einer deutlich niedrigeren Übergangstemperatur, bei der sich der Übergang vom spröden zum duktilen Verhalten vollzieht. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Lastratenabhängigkeit der Bruchzähigkeit und der Spröd-duktil-Übergangstemperatur. Hierzu wurde der Spröd-duktil-Übergang in den verschiedenen Probentypen bei insgesamt drei Lastraten untersucht, wobei diese über zwei Größenordnungen variiert wurde. Die beobachtete Lastratenabhängigkeit folgt einem Arrhenius-Ansatz, was die Bestimmung einer Aktivierungsenergie für den Spröd-duktil-Übergang erlaubt und Rückschlüsse auf den kontrollierenden Mechanismus zulässt.