Aspects of grain refinement in copper alloys

Titel in Übersetzung: Aspekte der Kornfeinung in Kupferlegierungen

Andreas Cziegler

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Ziel der Arbeit war es, die Grundlagen der Kornfeinung von Kupferlegierungen zu erarbeiten. Eine vorhergehende Literatursuche zeigte, dass die Kornfeinung in Kupfer und Kupferlegierungen in großem Maße vom Legierungssystem, dem Gehalt der Legierungselemente, den Verunreinigungen und den Prozessbedingungen abhängt. Da die Kornfeinung sowohl über die effiziente Keimbildung, als auch über die Wachstumsbehinderung bestimmt wird, wurden im ersten Schritt die Wachstumsbehinderungsfaktoren der Legierungselemente des Kupfers über binäre Phasendiagramme berechnet. Darauf aufbauend konnte eine umfangreiche Liste mit 63 Legierungselementen, gereiht hinsichtlich ihres Wachstumsbehinderungsfaktors, erstellt werden. Es zeigte sich, dass Phosphor die höchste wachstumsbehindernde Wirkung im Kupfer aufweist, gefolgt von Beryllium und Lithium. Im zweiten Teilbereich der Arbeit wurden geeignete Verbindungen, die als Keimstellen wirken können, untersucht. Über 1000 Verbindungen wurden hinsichtlich ihres Passungsfehlers zum Kristallgitter des Kupfers betrachtet, wobei das Hauptaugenmerk auf binäre Verbindungen gelegt wurde. Unter Berücksichtigung des Passungsfehlers und des Schmelzpunktes erwiesen sich SrO, ZrO2 und BN als die geeignetsten Verbindungen. Aufbauend auf der Berechnung der Wachstumsbehinderungsfaktoren wurden Schmelzversuche durchgeführt, um die Wirkung der Legierungselemente Zinn, Zink, Phosphor, Magnesium und Eisen auf die Korngröße von Reinstkupfer zu untersuchen. Die Resultate zeigten, dass Phosphor zu einer Abnahme der Korngröße führt, währenddessen die Zunahme der Gehalte an Zinn, Zink, Magnesium und Eisen zu einem Anstieg der Korngröße führt. Es wird angenommen, dass die Korngröße über eine komplexe Wechselwirkung zwischen dem Wachstumsbehinderungsfaktor, und dessen Einfluss auf die konstitutionelle Unterkühlung und die Wachstumsbehinderung über die Beeinflussung der Wachstumsgeschwindigkeit und somit der latenten Wärmefreisetzung, und der Abkühlrate bestimmt wird. Des Weiteren wird angenommen, dass die Abkühlrate in großem Maße über die abnehmende Wärmeleitfähigkeit der columnaren Randschale und der Änderung der latenten Wärmemenge mit steigendem Legierungsgehalt bestimmt wird.
Titel in ÜbersetzungAspekte der Kornfeinung in Kupferlegierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schumacher, Peter, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung26 Juni 2015
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2015

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 16-04-2020

Schlagwörter

  • Kupferlegierungen
  • Kornfeinung
  • Wachstumsbehinderung
  • Keimstellen

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