Einfluss des Legierungsgehaltes und der Temperatur auf das Verformungsverhalten von nanokristallinen PdAu-Legierungen

Nanokristalline Metalle (Korngröße D < 100 nm) sind durch ihre gesteigerte mechanische Festigkeit eine attraktive Alternative für konventionelle metallische Werkstoffe. Um diese Eigenschaft nutzen zu können, ist das Verständnis der bei der Verformung aktivierten Mechanismen notwendig. Die Steigerung der mechanischen Festigkeit wird aufgrund der durch die reduzierte Korngröße behinderten konventionellen Versetzungsplastizität bewirkt. Demzufolge werden andere Verformungsmechanismen dominant. In der Literatur werden Mechanismen wie das Korngrenzgleiten, die Kornrotation und Kornausrichtung, das spannungsinduzierte Kornwachstum, die Zwillingsbildung sowie komplexe Korngrenzen und Versetzungsinteraktion diskutiert.
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verformungsverhalten von nanokristallinen PdAu-Legierungen mit einer mittleren Korngröße von ca. 30 nm untersucht. Es wurde der Einfluss der Dehnrate, des Legierungsgehaltes sowie der Temperatur betrachtet. Hierzu wurden die mechanischen Eigenschaften mittels Nanoindentation und Mikrodruckversuchen untersucht. Die mikrostrukturellen Änderungen während der Verformung wurden an Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahmen von Probenquerschnitten, die mit dem Ionenstrahlmikroskop präpariert wurden, analysiert.
Hierbei konnte für die nanokristallinen PdAu-Legierungen eine ausgeprägte Dehnratensensitivität beobachtet werden. Der Legierungsgehalt und die Temperatur zeigen jeweils einen Einfluss auf die Härte, jedoch nicht auf die Dehnratensensitivität. Bei der Mikrostruktur kam es zum Auflösen der in den Proben ausgeprägten (111) Texturen sowie eine Änderung der Korngröße und Kornform. Dies weist auf einen Verformungsmechanismus auf Basis von Versetzungsbewegungen und die Interaktion zwischen Korngrenzen und Versetzung hin. Für größere Verformungsgrade kommt es zu spannungsinduziertem Kornwachstum, welches zu einem entfestigenden Materialverhalten führt.

Nanocrystalline metals (grain size D < 100 nm) are promising alternatives to conventional metallic materials due to their improved mechanical strength. In order to benefit from this improvement, it is essential to understand the mechanisms activated during deformation. Because of the reduced grain size, the conventional dislocation plasticity is hindered resulting the higher mechanical strength and activation of other deformation mechanisms. In the literature, various deformation mechanisms are discussed, i.e. grain boundary sliding, grain rotation and alignment, stress induced grain growth, twinning as well as complex interaction of dislocations with grain boundaries are discussed. ... mehr
In this research work, the deformation behavior of nanocrystalline PdAu alloys with an average grain size of approximately 30 nm was studied. The effect of the strain rate, the alloying content, and the temperature on the mechanical properties were investigated. The mechanical properties were examined by nanoindentation and micro-compression tests. The microstructural changes after the deformation were analyzed by transmission electron microscopy. A significant strain rate sensitivity of the nanocrystalline PdAu alloys was revealed. Both the alloying content and the temperature were observed to affect the hardness, while the strain rate sensitivity appeared unaffected. After deformation changes of grain size and shape as well as texture were observed, which indicates the presence of dislocation-based deformation mechanisms including dislocation interaction and the interaction of dislocations with grain boundaries. Furthermore, the plastic deformation to high strains was accompanied by stress-induced grain growth, which resulted in material softening behavior.