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Diskontinuierliche, plastische Verformung bei tiefen Temperaturen
Serrations

Vergleich der diskontinuierlichen, plastischen Verformung von CoCrFeMnNi und Cu bei 4,2 K.

Orientierungsabbildung
Orientierungsabbildung

Orientierungsabbildung einer verformten CoCrFeMnNi-Legierung nach Zugversuchen bei unterschiedlichen Temperaturen.

Verformungsmechanismen in KFZ und KRZ High Entropy Alloys unter verschiedenen Bedingungen

M.Sc. Aditya Srinivasan Tirunilai

Motivation

Durch die Unterdrückung intermetallischer Phasen in HEAs zeigen die beiden Modelllegierungen CoCrFeMnNi und HfNbTaTiZr gute Duktilität auch bei tiefen Temperaturen. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist, die Mechanismen der plastischen Verformung gerade bei tiefen Temperaturen bzw. bei hohen Dehnraten aufzuklären. Dazu ist es zunächst notwendig die Legierungen in reproduzierbaren Gefügezuständen herzustellen und die vollständige Unordnung auf verschiedenen Längenskalen festzustellen. Anschließend werden die unterschiedlichen Beiträge zur plastischen Verformung durch Versetzungsbewegung oder mechanischer Zwillingsbildung bei tiefen Temperaturen bzw. hohen Dehnraten quantitativ erfasst. Dies soll zu einem besseren Verständnis der plastischen Verformung gerade im bisher wenig untersuchten HfNbTaTiZr-Legierungssystem beitragen. Das so gewonnene Wissen soll anschließend bei tiefsten Temperaturen (z. B. Temperatur des flüssigen Heliums 4,2 K) dazu genutzt werden, um die Wechselwirkung der Verzerrungen und lokalen Unordnung durch die Vielzahl an verschiedenen Elementen mit Versetzungen aufzuklären. Dies ist durch die ausreichende Unterdrückung der thermischen Aktivierung in diesem Temperaturbereich möglich. Zur Interpretation solcher Experimente müssen allerdings auch die besonderen physikalischen Eigenschaften der zu untersuchenden Materialien - niedrige thermische Leitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität - mit in Betracht gezogen werden, die die Kopplung der Proben an das Kühlmedium bzw. die Wärmeabfuhr aus Regionen lokalisierter plastischer Verformung erschweren können. Ein ganzheitliches Bild der Wechselwirkung von Versetzungen mit den Verzerrungen des Kristallgitters soll schließlich anhand seiner wichtigsten makroskopischen Manifestation gewonnen werden - der Mischkristallverfestigung. Eine kürzlich vorgestellte Theorie soll dazu gezielt durch entsprechende mechanische und strukturelle Versuche im System CoCrFeMnNi verifiziert werden bzw. der Vergleich dieser Theorie mit den Ergebnissen im System HfNbTaTiZr auf ihre Übertragbarkeit zur kubischraumzentrierten Kristallstruktur überprüft werden.

Ziele

  • Herstellung kubischflächen- bzw. raumzentrierter Mischkristalllegierungen (z. B. FeMnNiCoCr, HfNbTaTiZr)
  • Optimierung der Gefüge der Legierungen durch thermomechanische Behandlung (in Kooperation mit dem IFW Dresden)
  • Charakterisierung der Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften (in Kooperation mit dem CryoMaK)
  • Untersuchung und Modellierung der Textur- und Gefügeveränderungen unter uniaxialer Last bei verschiedenen Temperaturen zur Bechreibung des Verfestigungsverhaltens
  • Aufklärung aller ablaufenden Verformungsmechanismen und ihr Zusammenhang mit den beobachteten mechanischen Eigenschaften

Untersuchungen

  • Urformung der Legierungen im Lichtbogenofen mit anschließender thermomechanischer Behandlung
  • Makroskopische Verformungsversuche bis zu 4,2 K (diskontinuierliche, plastische Verformung) und bei hohen Dehnraten (Zwillingsbildung)
  • Charakterisierung der Verformungszustände durch analytische Rasterelektronenmikroskopie (Orientierungsabbildung durch Rückstreuelektronenbeugung), Transmissionselektronenmikroskopie und Texturbestimmmung

Partner

Förderung

Dieses Projekt wird im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 2006 "CCA-HEA" gefördert.