Thermodynamische Gleichgewichts- und Ungleichgewichtsstudien im System TiAl

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertationForschung

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Thermodynamische Gleichgewichts- und Ungleichgewichtsstudien im System TiAl. / Werner, Robert Ewald.

2018.

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertationForschung

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@phdthesis{ded45c57b9594ffc8cb5b85b8e5e5bf6,
title = "Thermodynamische Gleichgewichts- und Ungleichgewichtsstudien im System TiAl",
abstract = "In der vorliegenden Dissertation werden die beiden Themenbl{\"o}cke „Thermodynamische Gleichgewichtsstudien im System TiAl“ und „Thermodynamische Ungleichgewichtsstudien im System TiAl“ behandelt. In beiden Themenbereichen erfolgt dabei ein systematischer Vergleich der gefundenen Resultate aus Experiment und dazugeh{\"o}riger mathematischer Simulation. Der erste Themenbereich beinhaltet eine umfassende mathematische Darstellung der Calculation of Phase Diagrams (CALPHAD)-Methode, welche auf dem Prinzip der Minimierung der gesamten Gibbsenergiefunktion eines thermodynamischen Systems beruht. Mittels der Methode der Lagrangeschen Multiplikatoren wird eine Lagrangefunktion des Gesamtsystems aufgebaut, welche unter gewissen Nebenbedingungen minimiert wird. Dadurch ist es m{\"o}glich Phasengleichgewichte (Phasendiagramme und Phasenanteilsdiagramme) in technisch relevanten Multikomponentensystemen zu berechnen. F{\"u}r die konkrete Anwendung dieser allgemein g{\"u}ltigen Methodik erfolgt eine experimentelle Ermittlung von Phasenanteilsdiagrammen im Spezifikationsfenster der TNM-Legierung mittels ex-situ (konventionelle R{\"o}ntgenbeugung) und in-situ Versuchen (Beugung mit hochenergetischer R{\"o}ntgenstrahlung). F{\"u}r die thermodynamische Beschreibung von Phasenanteilsdiagrammen, der an der Montanuniversit{\"a}t Leoben entwickelten intermetallischen TNM-Legierung, wird eine speziell f{\"u}r diese Legierung optimierte thermodynamische Datenbank erstellt. Der Vergleich zwischen Experiment und Simulation zeigt sehr deutlich, dass die experimentellen Phasenanteilsdiagramme mit dem neu optimierten TNM-Assessment in sehr weiten Temperaturbereichen beschreibbar sind. Innerhalb des zweiten behandelten Themenblockes erfolgt die Untersuchung des isothermen Warmumformverhaltens der TNM-Legierung. Das isotherme Umformverhalten der TNM-Legierung wird systematisch im Dreiphasengebiet mittels Laborversuchen (Gleeble Experimente) untersucht und experimentelle Flie{\ss}kurven werden aufgenommen. Die umgeformte Mikrostruktur wird mittels metallographischer Charakterisierungsmethoden (Rasterelektronenmikroskopie und Elektronenr{\"u}ckstreubeugung) untersucht, wobei die dynamisch rekristallisierten Korngr{\"o}{\ss}en und der dynamisch rekristallisierte Volumenanteil bestimmt werden. Ausgehend von einer mathematischen Beschreibung der experimentellen Flie{\ss}kurven ({\"u}ber ph{\"a}nomenologisch und physikalisch basierte Konstitutivmodelle) erfolgt eine Korrelation zwischen Experiment und Simulation, was die dynamisch rekristallisierten Gef{\"u}gekenngr{\"o}{\ss}en betrifft. F{\"u}r die Betrachtung der mikrostrukturellen Sch{\"a}digung der isotherm verformten TNM-Legierung werden Processing Maps nach dem Dynamic Materials Model (DMM) berechnet und die Resultate mit der verformten Mikrostruktur verglichen.",
keywords = "TNM alloy, CALPHAD method, phase diagrams, phase fraction diagrams, ex-situ and in-situ X-ray diffraction experiments, hot working, Gleeble experiments, Electron Backscatter Diffraction, phenomenological constitutive models, physical-based constitutive models, processing maps, TNM-Legierung, CALPHAD-Methode, Phasendiagramme, Phasenanteilsdiagramme, ex-situ und in-situ R{\"o}ntgenbeugungsexperimente, Warmumformung, Gleeble-Experimente, Elektronenr{\"u}ckstreubeugung, ph{\"a}nomenologische Konstitutivmodelle, physikalisch basierte Konstitutivmodelle, Processing Maps",
author = "Werner, {Robert Ewald}",
note = "gesperrt bis 29-08-2021",
year = "2018",
language = "Deutsch",
school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

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TY - THES

T1 - Thermodynamische Gleichgewichts- und Ungleichgewichtsstudien im System TiAl

AU - Werner, Robert Ewald

N1 - gesperrt bis 29-08-2021

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - In der vorliegenden Dissertation werden die beiden Themenblöcke „Thermodynamische Gleichgewichtsstudien im System TiAl“ und „Thermodynamische Ungleichgewichtsstudien im System TiAl“ behandelt. In beiden Themenbereichen erfolgt dabei ein systematischer Vergleich der gefundenen Resultate aus Experiment und dazugehöriger mathematischer Simulation. Der erste Themenbereich beinhaltet eine umfassende mathematische Darstellung der Calculation of Phase Diagrams (CALPHAD)-Methode, welche auf dem Prinzip der Minimierung der gesamten Gibbsenergiefunktion eines thermodynamischen Systems beruht. Mittels der Methode der Lagrangeschen Multiplikatoren wird eine Lagrangefunktion des Gesamtsystems aufgebaut, welche unter gewissen Nebenbedingungen minimiert wird. Dadurch ist es möglich Phasengleichgewichte (Phasendiagramme und Phasenanteilsdiagramme) in technisch relevanten Multikomponentensystemen zu berechnen. Für die konkrete Anwendung dieser allgemein gültigen Methodik erfolgt eine experimentelle Ermittlung von Phasenanteilsdiagrammen im Spezifikationsfenster der TNM-Legierung mittels ex-situ (konventionelle Röntgenbeugung) und in-situ Versuchen (Beugung mit hochenergetischer Röntgenstrahlung). Für die thermodynamische Beschreibung von Phasenanteilsdiagrammen, der an der Montanuniversität Leoben entwickelten intermetallischen TNM-Legierung, wird eine speziell für diese Legierung optimierte thermodynamische Datenbank erstellt. Der Vergleich zwischen Experiment und Simulation zeigt sehr deutlich, dass die experimentellen Phasenanteilsdiagramme mit dem neu optimierten TNM-Assessment in sehr weiten Temperaturbereichen beschreibbar sind. Innerhalb des zweiten behandelten Themenblockes erfolgt die Untersuchung des isothermen Warmumformverhaltens der TNM-Legierung. Das isotherme Umformverhalten der TNM-Legierung wird systematisch im Dreiphasengebiet mittels Laborversuchen (Gleeble Experimente) untersucht und experimentelle Fließkurven werden aufgenommen. Die umgeformte Mikrostruktur wird mittels metallographischer Charakterisierungsmethoden (Rasterelektronenmikroskopie und Elektronenrückstreubeugung) untersucht, wobei die dynamisch rekristallisierten Korngrößen und der dynamisch rekristallisierte Volumenanteil bestimmt werden. Ausgehend von einer mathematischen Beschreibung der experimentellen Fließkurven (über phänomenologisch und physikalisch basierte Konstitutivmodelle) erfolgt eine Korrelation zwischen Experiment und Simulation, was die dynamisch rekristallisierten Gefügekenngrößen betrifft. Für die Betrachtung der mikrostrukturellen Schädigung der isotherm verformten TNM-Legierung werden Processing Maps nach dem Dynamic Materials Model (DMM) berechnet und die Resultate mit der verformten Mikrostruktur verglichen.

AB - In der vorliegenden Dissertation werden die beiden Themenblöcke „Thermodynamische Gleichgewichtsstudien im System TiAl“ und „Thermodynamische Ungleichgewichtsstudien im System TiAl“ behandelt. In beiden Themenbereichen erfolgt dabei ein systematischer Vergleich der gefundenen Resultate aus Experiment und dazugehöriger mathematischer Simulation. Der erste Themenbereich beinhaltet eine umfassende mathematische Darstellung der Calculation of Phase Diagrams (CALPHAD)-Methode, welche auf dem Prinzip der Minimierung der gesamten Gibbsenergiefunktion eines thermodynamischen Systems beruht. Mittels der Methode der Lagrangeschen Multiplikatoren wird eine Lagrangefunktion des Gesamtsystems aufgebaut, welche unter gewissen Nebenbedingungen minimiert wird. Dadurch ist es möglich Phasengleichgewichte (Phasendiagramme und Phasenanteilsdiagramme) in technisch relevanten Multikomponentensystemen zu berechnen. Für die konkrete Anwendung dieser allgemein gültigen Methodik erfolgt eine experimentelle Ermittlung von Phasenanteilsdiagrammen im Spezifikationsfenster der TNM-Legierung mittels ex-situ (konventionelle Röntgenbeugung) und in-situ Versuchen (Beugung mit hochenergetischer Röntgenstrahlung). Für die thermodynamische Beschreibung von Phasenanteilsdiagrammen, der an der Montanuniversität Leoben entwickelten intermetallischen TNM-Legierung, wird eine speziell für diese Legierung optimierte thermodynamische Datenbank erstellt. Der Vergleich zwischen Experiment und Simulation zeigt sehr deutlich, dass die experimentellen Phasenanteilsdiagramme mit dem neu optimierten TNM-Assessment in sehr weiten Temperaturbereichen beschreibbar sind. Innerhalb des zweiten behandelten Themenblockes erfolgt die Untersuchung des isothermen Warmumformverhaltens der TNM-Legierung. Das isotherme Umformverhalten der TNM-Legierung wird systematisch im Dreiphasengebiet mittels Laborversuchen (Gleeble Experimente) untersucht und experimentelle Fließkurven werden aufgenommen. Die umgeformte Mikrostruktur wird mittels metallographischer Charakterisierungsmethoden (Rasterelektronenmikroskopie und Elektronenrückstreubeugung) untersucht, wobei die dynamisch rekristallisierten Korngrößen und der dynamisch rekristallisierte Volumenanteil bestimmt werden. Ausgehend von einer mathematischen Beschreibung der experimentellen Fließkurven (über phänomenologisch und physikalisch basierte Konstitutivmodelle) erfolgt eine Korrelation zwischen Experiment und Simulation, was die dynamisch rekristallisierten Gefügekenngrößen betrifft. Für die Betrachtung der mikrostrukturellen Schädigung der isotherm verformten TNM-Legierung werden Processing Maps nach dem Dynamic Materials Model (DMM) berechnet und die Resultate mit der verformten Mikrostruktur verglichen.

KW - TNM alloy

KW - CALPHAD method

KW - phase diagrams

KW - phase fraction diagrams

KW - ex-situ and in-situ X-ray diffraction experiments

KW - hot working

KW - Gleeble experiments

KW - Electron Backscatter Diffraction

KW - phenomenological constitutive models

KW - physical-based constitutive models

KW - processing maps

KW - TNM-Legierung

KW - CALPHAD-Methode

KW - Phasendiagramme

KW - Phasenanteilsdiagramme

KW - ex-situ und in-situ Röntgenbeugungsexperimente

KW - Warmumformung

KW - Gleeble-Experimente

KW - Elektronenrückstreubeugung

KW - phänomenologische Konstitutivmodelle

KW - physikalisch basierte Konstitutivmodelle

KW - Processing Maps

M3 - Dissertation

ER -