W-Folie: Zähigkeit - Identifikation der Mechanismen der durch Kaltwalzen induzierten Evolution der Aktivierungsenergie des Spröd-duktil-Übergangs

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Reiser
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274714564

Wolfram (W) wird bis zum heutigen Zeitpunkt ausschließlich als Funktionsmaterial eingesetzt, da u.a. dessen geringe Zähigkeit bei Raumtemperatur sowie dessen hohe Spröd-duktil-Übergangstemperatur (engl.: brittle-to-ductile transition temperature, BDTT) einen Einsatz als Strukturwerkstoff ausschließen. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, wie W duktilisiert werden kann.Der vom Antragsteller untersuchte Duktilisierungsansatz ist die Synthese eines W-Laminats aus W-Folie. Kaltgewalzte W-Folie besitzt erstaunliche Eigenschaften hinsichtlich Duktilität und Zähigkeit. Durch die Synthese eines W-Laminats aus W-Folie ist es dem Antragsteller gelungen, die positiven Eigenschaften der Folie auf ein Massivbauteil zu übertragen. Des Weiteren konnte der Antragsteller W-Laminatrohre herstellen, die durch ihre thermo-mechanischen Eigenschaften überzeugen und als Strukturkomponente für innovative Energiekonversionssysteme diskutiert werden.Aus den bisherigen Arbeiten des Antragstellers zu W-Laminatwerkstoffen lassen sich zahlreiche Fragestellungen ableiten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen die Mechanismen der durch Kaltwalzen induzierten Evolution der Aktivierungsenergie des Spröd-duktil-Übergangs, HBDT, identifiziert werden.Untersuchungen zum BDT von W-Einkristallen von ROBERTS und GUMBSCH sind widersprüchlich und zeichnen daher kein eindeutiges wissenschaftliches Bild. Diese Diskrepanz setzt sich in Arbeiten zu polykristallinem W fort. Hier postuliert ROBERTS, dass Korngrenzen (KG) keinen Einfluss auf den BDT haben, wohingegen Simulationsergebnisse von HARTMAIER zeigen, dass für sehr feinkörniges W-Material eine deutliche Reduzierung der Ratenabhängigkeit und damit eine Erhöhung der HBDT zu erwarten ist. Als Grund wird genannt, dass die plastische Zone durch die KG beschränkt sei und Versetzungsaufstaus an den KG die Mobilität sehr einschränken würden. HARTMAIER spekuliert nun, dass die HBDT eine Art Versetzungs-Korngrenz-Wechselwirkungsenergie sein könnte (Aktivierung von Gleitsystemen im Nachbarkorn). Allerdings würde nach diesem Modell die BDTT durch Kornfeinung ansteigen, da die Bruchzähigkeit durch das feine Korn verringert wird. Dies steht jedoch im Widerspruch zu den experimentellen Ergebnissen von PIPPAN sowie des Antragstellers.Ziel des beantragten Projekts ist es, die Mechanismen der durch Kaltwalzen induzierten Evolution der Aktivierungsenergie des Spröd-duktil-Übergangs zu identifizieren und so einen Beitrag zum Verständnis des Spröd-duktil-Übergangs von polykristallinem W zu leisten. Dazu werden die Mechanismen sowohl direkt über Elektronenmikroskopieanalysen (EBSD, HR-EBSD, KAM, ECCI, TEM) als auch indirekt über die Bestimmung der HBDT identifiziert. Durch Korrelation der HBDT mit Elektronenmikroskopieanalysen werden schließlich die Widersprüche in den Modellen von HARTMAIER, ROBERTS, PIPPAN sowie des Antragstellers aufgelöst und ein modifiziertes, mechanismenbasiertes Bild des BDT von polykristallinem W dargestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen