Origin of ductility of intermetallic compounds CoZr and Co39Ni11Zr50 at low temperatures
Final Report Abstract
Die im Verlauf des Projektes erzielten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: 1. Als Ausgangsmaterialien (Co50Zr50 und Co39Ni11Zr50) wurden in einem kombinierten Schmelz- und Walzprozess je drei ellipsenförmige Bleche bereitgestellt. Die mittels chemischer Analyse festgestellten sehr geringen Stöchiometrieabweichungen zeigen, dass die Zusammensetzung der angestrebten Strichphase fast exakt getroffen wurde. Folglich sind in Röntgen-Diffraktogrammen sowohl für das Co50Zr50 als auch für das Co39Ni11Zr50 Blech ausschließlich Reflexe der B2-Struktur nachweisbar. 2. Tieftemperatur-Zugversuche kombiniert mit Spannungsrelaxationsmessungen wurden in einem Temperaturbereich 4K ≤ T ≤ RT beider Probenqualitäten erfolgreich durchgeführt. Für Co50Zr50 wird über den gesamten Temperaturbereich, auch andeutungsweise für die 4K Probe, eine vergleichsweise gute Duktilität bei ausgeprägt parabolischem Verfestigungsverhalten beobachtet. Die Maximalspannung (außer für die 4 K Probe), die zwischen 1,5% und 5,8% Dehnung erreicht wird, liegt zwischen 340 MPa und 390 MPa. Im Gegensatz dazu weist Co39Ni11Zr50 kein einheitliches Verhalten über den gesamten Temperaturbereich auf. Zwischen 180 K und 293 K ist eine sehr gute Duktilität mit Dehnungen zwischen 4 und 16 Prozent bei ebenfalls parabolischem Verfestigungsverhalten zu beobachten. Unterhalb von 180 K ändert sich das Verformungsverhalten aufgrund der martensitischen Phasenumwandlung von duktil zu spröd. 3. Für Co50Zr50 zeigt die experimentelle Dehnratenempfindlichkeit λ bei allen untersuchten Temperaturen einen streng linearen Zusammenhang zwischen λ und σ. Das deutet klar auf das sogenannte Cottrell-Stokes-Verhalten hin, d.h. die Spannungszunahme während der Verformung ist ausschließlich auf eine Erhöhung der Versetzungsdichte im Material zurückzuführen. Für Co39Ni11Zr50 zeigt experimentelle Dehnratenempfindlichkeit für die Temperaturen von 293 K bis 180 K ein analoges Verhalten, wobei sich aber der athermische Fließspannungsanteil σd auf ca. 100 MPa erhöht. Dieses Verhalten lässt sich auf die martensitische Phasentransformation zurückführen. 4. Durch Untersuchungen der Bruchflächen der Zugproben mittels Röntgen- (CuKα) bzw. Synchrotronstrahlung (λ=0,1423 Å) konnte nachgewiesen werden, dass für Co39Ni11Zr50 eine martensitische Phasenumwandlung der B2 Phase in die spröde, orthorhombische B27 Phase den beobachteten Spröd-Duktil-Übergang bestimmt. Dabei wird bis zu einer Temperatur von 180 K nur ein geringer Anteil an B27 Phase gebildet, was an eine Verringerung des B2 Anteils gekoppelt ist. Unter 160 K ist die martensitische Umwandlung, die bei 78 K ein Maximum erreicht, stärker. Vergleichende Untersuchungen mittels Röntgenstrahlung (CuKα) an zwei der Co50Zr50 Zugproben, die bei 293 K bzw. 4 K verformt wurden, zeigten keine Phasenumwandlung. Auf den Bruchflächen der Zugproben wurde jeweils nur die B2 Phase nachgewiesen. 5. Burgersvektoranalysen mittels TEM weisen neben primärer Gleitung entlang <100> auch Sekundärgleitung entlang <110> auf, was der Erfüllung des von Mises Kriteriums genügt. Eine kleine Peierlsspannung, elastische Isotropie und geringe plastische Anisotropie sind vermutlich für die erhöhte Duktilität beider Verbindungen verantwortlich. Die Ergebnisse an Co50Zr50 und Co39Ni11Zr50 ähneln denen, die wir an YAg bzw. YCu gewonnen haben. 6. Beide intermetallische Verbindungen konnten bei RT mittels HPT stark scherverformt werden. Die Textur enthält einige typische bcc Scherkomponenten, aber auch eine spezielle Komponente, die stark davon abweicht. Rückschlüsse auf die Verformungsmechanismen können erst nach Abschluss der Texturmessungen der 77 K HPT-Proben und der Textursimulationen gezogen werden, die Corona-bedingt noch ausstehen.
Publications
- „Deformation mechanisms of nil temperature ductile polycrystalline B2 intermetallic compound YAg“, Acta Mater. 151 (2018) 149 -158
R. Schaarschuch, C.-G. Oertel, G.H. Cao, J. Freudenberger, W. Skrotzki
(See online at https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.03.064) - „Low temperature deformation mechanisms of single crystalline intermetallic compound YAg “, Scripta Mater. 186 (2020) 95 - 98
R. Schaarschuch, C.-G. Oertel, G.H. Cao, J. Freudenberger, W. Skrotzki
(See online at https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.04.038)
