W foil: Toughness - Identification of the mechanisms of the evolution of the activation energy of the brittle-to-ductile transition caused by cold rolling
Final Report Abstract
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, weitere Erkenntnisse zum Spröd-duktil-Übergang von vorverformten, texturierten, polykristallinen, kubisch raumzentrierten Metallen zu gewinnen. Dazu wurden fünf Wolfram-Bleche aus ein und derselben Sinterplatte gewalzt. Die Bleche unterschieden sich im Umformgrad und damit in ihrer Mikrostruktur, nicht jedoch in ihrer chemischen Zusammensetzung. Relevante mikrostrukturelle Größen wurden mittels Elektronenrückstreubeugunganalysen (Korngröße, Kornform, Aspektverhältnis, kristallographische Textur) und Röntgendiffratometrieanalysen (Versetzungsdichte) bestimmt. Des Weiteren wurde die durch Kaltwalzen induzierte Evolution der Zähigkeit, der Spröd-duktil-Übergangstemperatur sowie der Aktivierungsenergie des Spröd-duktil-Übergangs, ∆H-BDT, auf Basis von Zähigkeitsversuchen nach Norm E399 bestimmt. Die Korrelation zwischen Mikrostrukturdaten und experimentellen Ergebnissen erlaubte es postulierte Arbeitshypothesen zu bewerten. So konnte eine ursprünglich im Antrag formulierte Arbeitshypothese hinsichtlich der durch Kaltwalzen induzierten Evolution der Aktivierungsenergie des Spröd-duktil-Übergangs sowie dessen Interpretation als eine Versetzung-Korngrenze-Wechselwirkungsenergie falsifiziert werden. Die wesentlichen Erkenntnisse dieses Forschungsvorhabens lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Der Spröd-duktil-Übergang von polykristallinem Wolfram wird weiterhin durch die Bewegung der Schraubenversetzung kontrolliert. Die Aktivierungsenergie des Sprödduktil-Übergangs, ∆ , und die Gibbs’sche freie Energie der Aktivierung der Versetzungsgleitung stimmen überein. 2. Die Temperatur bei der der Spröd-duktil-Übergang auftritt reduziert sich mit abnehmendem Abstand der Versetzungsquellen entlang der Rissfront, . Mögliche Versetzungsquellen sind (i) die Schnittpunkte von Korngrenzen mit der Rissfront (siehe Korrelation der Korngröße in Normalenrichtung mit der Übergangstemperatur) sowie (ii) Versetzungsmultiplikationsprozesse wie die Aufweitung von offenen oder geschlossenen Loops, der Doppelquergleitmechanismus nach Köhler, der Dreifachkreuzungsmechanismus (engl.: triple junction mechanism) und andere (siehe Abhängigkeit der Übergangstemperatur von der Versetzungsdichte). Zu den positiven Überraschungen und damit zu den technologischen Highlights gehört, dass ein Wolfram-Blech hergestellt werden konnte, welches eine Übergangstemperatur unterhalb Raumtemperatur besitzt ( = -65°C). Im Vergleich zum Ausgangsprodukt, einer Wolfram-Sinterplatte, ist das eine Verbesserung der Materialeigenschaft um mehr als 600 K.
Publications
- (2019) The brittle-to-ductile transition in cold rolled tungsten plates: Impact of crystallographic texture, grain size and dislocation density on the transition temperature. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 78 146–163
Bonnekoh, Carsten; Jäntsch, Ute; Hoffmann, Jan; Leiste, Harald; Hartmaier, Alexander; Weygand, Daniel; Hoffmann, Andreas; Reiser, Jens
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2018.09.010) - Ductilisation of tungsten through cold rolling: Change of the brittle to ductile transition temperature in highly deformed tungsten, MSE Congress, Darmstadt, 27.–29.09.2016
C. Bonnekoh, J. Reiser, J. Hoffmann, S. Bonk
- Ductilisation of tungsten through cold rolling: Change of the brittle to ductile transition temperature in highly deformed tungsten, SFB-TR 103 Young Reseachers Interaction Week, Iresee, 06.12.2016
C. Bonnekoh, J. Reiser, S. Bonk, J. Hoffmann
- Reducing the brittle-to-ductile transition temperature of tungsten to -50°C (223 K) by cold rolling, 19th PLANSEE Seminar, Reutte, 29.05. – 02.06.2017
C. Bonnekoh, J. Reiser, S. Zaefferer, S. Baumgärtner, J. Hoffmann, A. Hoffmann
- The brittle-to-ductile transition in cold rolled tungsten: On the decrease of the brittle-to-ductile transition by 600 K to − 65 °C, Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 71 (2018) 181–189
C. Bonnekoh, A. Hoffmann, J. Reiser
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.11.017) - C. Bonnekoh, Der Spröd-duktil-Übergang in ultrafeinkörnigem Wolfram. Karlsruhe : KIT-Bibliothek
Bonnekoh, Carsten
(See online at https://dx.doi.org/10.5445/IR/1000137407)
