Verformungsmechanismen im nanolamellaren mehrkomponentigen Schichtsystem Cu-Nb
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die im Verlauf des Projektes erzielten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: 1. Das an 63 nm Cu/Nb und 34 nm Cu/Nb beobachtete Verfestigungsverhalten zeigt eine ausgeprägte Zweiteilung. Oberhalb von ca. 77 K wird eine annähernd lineare Zunahme der experimentellen Ratenempfindlichkeit mit der Spannung, d.h. ein „quasi“ Cottrell-Stokes-Verhalten, beobachtet, während bei tiefen Temperaturen auf eine zunächst moderate Zunahme bei kleinen Spannungen ein extrem starker Anstieg der Ratenempfindlichkeit folgt. 2. In der Gesamtschau (Verfestigungsverhalten, Ratenempfindlichkeit, Vergleich mit einphasigem ARB AA6016 bzw. Molybdän) ergibt sich das folgende Bild: a. Das Tieftemperaturverhalten (T ≤ 77 K) von 63 nm und 34 nm Cu/Nb wird bei kleinen Spannungen zu Beginn der plastischen Verformung zunächst von den Cu-Schichten (Erhöhung der Versetzungsdichte, thermisch aktiviertes Schneiden von Waldversetzungen) bestimmt während sich gleichzeitig in den Nb-Schichten zunächst die leicht beweglichen Nicht-Schraubenversetzungen bewegen und lang ausgezogene Schraubenversetzungen hinterlassen. Erst mit zunehmender Dehnung/Spannung werden auch die <111> Schraubenversetzungen in den Nb-Schichten immer beweglicher und tragen zunehmend zur makroskopischen plastischen Verformung bei, um diese dann bei sehr hohen Spannungen schließlich zu dominieren (Kinkpaarbildung auf Schraubenversetzungen). b. Das Hochtemperaturverhalten (T > 77 K) von 63 nm und 34 nm Cu/Nb ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Versetzungstypen sowohl in den Cu- als auch in den Nb-Schichten (Stufenversetzungen) beweglich(er) sind, und von Beginn an zur makroskopischen plastischen Verformung beitragen, dass also von Beginn an ein gemischtes kfz-krz-Verhalten vorliegt, wobei auch hier zum Schluss das krz Nb das Verformungsverhalten offenbar dominiert. 3. Diese temperaturabhängigen Unterschiede im Verformungsverhalten sind wahrscheinlich maßgeblich durch eine starke Temperaturabhängigkeit der „Emissionstätigkeit“ und/oder „Durchlässigkeit“ der Cu/Nb Phasengrenze für Gleitversetzungen bedingt. Angesichts der Komplexität der KS-Phasengrenze kann bisher nur spekuliert werden, ob die unterschiedlichen Ebenen der Kinkpaarbildung in Nb (nämlich {211} bei höheren Temperaturen, {110} bei tiefen Temperaturen) zu dem unterschiedlichen Verhalten des Cu/Nb Schichtsystems im Bereich 322 K ≥ T > 77 K (gemischte Verformung kfz und krz) bzw. T ≤ 77 K (Umschlag in der Ratenempfindlichkeit vom reinen kfz zum reinen krz-Typ) führten. 4. Die an 63 nm Cu/Nb und 34 nm Cu/Nb beobachtete experimentelle Ratenempfindlichkeit erlaubt es, den temperaturunabhängigen athermischen Fließspannungsanteil σd für die Cu-Komponente im Bereich zwischen 250 MPa und 300 MPa zu identifizieren. Damit wäre die angestrebte Bestimmung des temperaturunabhängigen athermischen Hall-Petch Zusammenhangs für nanoskaliges Cu möglich. 5. Sowohl bei 4 K als auch bei 322 K wurden Lokalisationsphänomene beobachtet. Die vermuteten Ursachen sind grundverschieden: • Bei 4 K: adiabatische Scherung, ausgelöst durch Zwillingsbildung. • Bei 322 K: diffusionsgestützte Bildung von Makro-Scherbändern über die Phasengrenzen hinweg nach Abfall der Dehnrate während einzelner Relaxationsexperimente (lokales Kriechen). 6. Cu/Nb 245 nm: Die Ergebnisse weisen auf eine Verformung von Bereichen reinen Niobs hin. Ursache ist das inhomogene Gefüge des Materials.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “New experimental insight into the mechanisms of nanoplasticity”, Acta Mater. 61 (2013) 7271-7284
W. Skrotzki, A. Eschke, B. Jóni, T. Ungár, L.S. Tóth, Yu. Ivanisenko, L. Kurmanaeva
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.08.032) - „Formation of micro shear bands during cyclic deformation of sub-microcrystalline nickel”, Scripta Mater. 68 (2013) 631-634
S.R. Dey, L. Hollang, B. Beausir, E. Hieckmann, W. Skrotzki
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.12.023) - „Shear banding in submicrocrystalline nickel at 4 K“, Mech. Mater. 66 (2013) 1-6
S.R. Dey, L. Hollang, B. Beausir, E. Hieckmann, W. Skrotzki
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2013.05.018) - „Processing of high strength light-weight metallic composites“, Adv. Eng. Mater. 16 (2014) 1208-1216
W. Skrotzki, A. Eschke, I. Okulov, J. Romberg, J. Scharnweber, T. Marr, R. Petters, C.-G. Oertel, J. Freudenberger, U. Kühn, L. Schultz, J. Eckert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adem.201400190) - „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
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.03.064) - „Microstructure, texture and mechanical properties of laminar metal composites produced by accumulative roll bonding“, Adv. Eng. Mater. (2018) 1800210
J. Scharnweber, P. Chekhonin, C.-G. Oertel, J. Romberg, J. Freudenberger, J. Jaschinski, W. Skrotzki
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adem.201800210)
