Materials World Network: Mechanisms leading to nanometer-sized materials
Final Report Abstract
Innerhalb der Projektlaufzeit konnten die Mechanismen, die für Gefügeverfeinerung in einphasigen Kupferlegierungen bei massiver plastischer Umformung bei Raumtemperatur und kryogener Temperatur in Betracht kommen, in Abhängigkeit von der Stapelfehlerenergie, der Umformtemperatur und des Spannungszustands getrennt werden. Dabei wurde gezeigt, dass unter geeigneten Lastbedingungen die Zwillingsbildung in reinem Kupfer durch eine Umformung in flüssigem Stickstoff eine entscheidende Rolle bei der Restrukturierung hin zu einem nanokristallinen Material spielt. Die notwendigen Abhängigkeiten wurden anhand der Beziehungen von Gefüge und mechanischen und elektrischen Eigenschaften dargestellt. Beim Übergang von Kupfer zu Kupferlegierungen mit niedriger Stapelfehlerenergie wurde ein Bereich der Stapelfehlerenergie beobachtet, für den die Kryoumformung besonders attraktiv erscheint. Dabei sorgt der Wechsel von versetzungsbasierter Umformung bei Raumtemperatur zu zwillingsbasierter Verformung bei 77 K zu einer deutlich verbesserten Verfeinerung des Gefüges bei 77 K. Dementsprechend werden knapp 80 % höhere Festigkeiten als bei einer konventionellen Umformung gefunden. Sofern die Festigkeit Zielgröße der Materialentwicklung ist, könnte durch die Absenkung der Umformtemperatur der Legierungsgehalt deutlich abgesenkt werden ohne Festigkeitseinbußen hinnehmen zu müssen. Die dynamische Rekristallisation konnte sowohl bei der in-situ-Konsilidierung von reinem Kupfer als auch beim Hochenergiemahlen von CuZn-Legierungen bei 77 K als dominanter Verfeinerungsmechanismus identifiziert werden. Dabei steigt mit sinkender Stapelfehlerenergie die Triebkraft zur dynamischen Rekristallisation, und nanostrukturierte Gefüge mit sehr kleinen Korngrößen im Bereich von 5 nm bis 20 nm konnten hergestellt werden. Die dynamisch rekristallisierten Körner weisen im Gegensatz zu rein verformungsbasiert verfeinerten Körnern eine nahezu defektfreie Struktur auf.
