Investigation into the mechanical character of grain boundaries in technically pure and micro-doped molybdenum

Titel in Übersetzung: Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Korngrenzen in technisch reinem und mikrodotiertem Molybdän

Severin Jakob

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Das Refraktärmetall Mo hat durch seine physikalischen und mechanisch/technologischen Eigenschaften ein breites Anwendungsfeld. Es zeigt keine Phasenumwandlung bis zur Schmelztemperatur von 2620°C und zeigt daher auch keine plötzliche Veränderung in seinen Eigenschaften bis zu erhöhten Temperaturen. Die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit in Kombination mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten erlaubt einzigartige Einsatzmöglichkeiten. Begrenzt wird das Anwendungsfeld als Strukturwerkstoff durch eine Spröd-Duktil-Übergangstemperatur, welche im Bereich der Raumtemperatur liegt, und durch welche eine Neigung zu interkristallinem Sprödbruch bei tiefen Temperaturen resultiert. Moderne Technologien erlauben das gezielte Einstellen der chemischen Belegung der Korngrenzen, um die Kohäsion der Grenzflächen zu verbessern. Die Zugabe kleinster Mengen von B und/oder C zu technisch reinem Mo führt zu einem Übergang von interkristallinem zu transkristallinem Bruchbild. Bis jetzt wurde nur dieses qualitative Kriterium zur Darstellung der verbesserten Korngrenzkohäsion beschrieben.
In dieser Arbeit wurden die chemische Beschaffenheit der Rekristallisationsfront mittels Atomsondentomographie sowie eine Abschätzung zu Diffusionswegen untersucht. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit dem mechanischen Verhalten von Korngrenzen. Zum einen wurden mikromechanische Testmethoden wie Nanoindentation, Mikrosäulen-Druckversuche sowie Mikrometer große Biegebalken an technisch reinem und mit B mikrodotiertem Mo durchgeführt. Die Einflüsse während instrumentierter Härtemessungen werden beschrieben und der entscheidende Einfluss der Prüfkörperform und des Rotationswinkels in Bezug zur Kornorientierung werden diskutiert. Mikrosäulen-Druckversuche wurden genutzt, um die Übertragung von Gleitung an Kristallebenen über die Korngrenze hinweg zu beschreiben. Notwendige Kriterien zur Vergleichbarkeit von Mikrosäulen an unterschiedlichen Materialen werden beschrieben. Es wurden außerdem Biegebalken mit und ohne eine scharfe Kerbe gezielt verformt. Die plastische Verformung vor dem Bruch könnte Aufschlüsse über die Kohäsion der Korngrenze geben.
Darüber hinaus wurde eine neuartige Methodik zur Untersuchung der ersten Schädigung der Korngrenzen an Millimeter großen Biegeproben entwickelt. Durch diese Herangehensweise auf der Meso-Skala können viele Korngrenzen gleichzeitig belastet werden. Die Länge der offenen Korngrenzen wurde an Panorama-Aufnahmen eines Rasterelektronenmikroskops vermessen und in Relation zur gesamten Korngrenzlänge gesetzt. An Proben mit B-Dotierung und mit technisch reinem Mo vergleichbarer Mikrostruktur ist der Anteil offener Korngrenzen auf ein Drittel reduziert. Des Weiteren wurde die Möglichkeit für Gleitübertragung an den Korngrenzen untersucht. Es zeigt sich ein Rückgang zu verminderter Verformungsübertragung von einem Korn auf das andere ab einer Korngrenzen-Missorientierung von 30°. Dieser Wert stimmt mit einem erhöhten Auftreten von beobachteten Rissen an Korngrenzen mit hohen Missorientierungen überein.
Die entwickelte Methodik zur Untersuchung der Korngrenzschädigung an Millimeter großen Proben wurde an Blechen aus dem Produktionsprozess angewandt. Die Biegeversuche wurden an den Geräten des Industriepartners durchgeführt und die untersuchten Oberflächen der Biegeproben zeigen dieselbe Tendenz zu verminderter Rissneigung an B-dotierten Proben.
Titel in ÜbersetzungUntersuchung der mechanischen Eigenschaften von Korngrenzen in technisch reinem und mikrodotiertem Molybdän
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Motz, Christian, Beurteiler B (extern)
  • Maier-Kiener, Verena, Betreuer (intern)
  • Clemens, Helmut, Beurteiler A (intern)
  • Pippan, Reinhard, Mitbetreuer (extern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Molybd�n
  • Korngrenzen
  • Segregation Engineering
  • Atomsondentomographie
  • Grenzfl�chenkoh�sion
  • Gleit�bertrag
  • Mechanische Eigenschaften
  • Mikromechanik
  • Mesoskala
  • Biegeversuch

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