Bruchwiderstand in Wolfram-Einkristallen: Einfluß der kristallographischen Orientierung, der Temperatur und der Lastrate
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 18]
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| adam_text | Titel: Bruchwiderstand in Wolfram-Einkristallen
Autor: Riedle, Joachim
Jahr: 1995
V Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der verwendeten Symbole vm 1 Zusammenfassung i 2 Einleitung 4 3 Grundlagen 7 3.1 Beschreibung von Bruch in Werkstoffen 7 3.1.1 Spröder Bruch 7 3.1.1.1 Kontinuumsmechanische Beschreibung des Bruchs 7 3.1.1.2 Atomistik des Bruchs 9 3.1.2 Konzepte der linear-elastischen Bruchmechanik 13 3.1.2.1 Spannungsfeld um Rißspitzen und das Konzept des Spannungsintensitätsfaktors 13 3.1.2.2 Konzept der Energiefreisetzung 15 3.1.2.3 Zusammenhang zwischen Spannungsintensität und Energiefreisetzung 18 3.1.2.4 LEBM mit Kleinbereichsfließen 19 3.1.2.5 Fließbruchmechanik: das J-Integral-Konzept 20 3.2 Verformung in kubisch-raumzentrierten Metallen 23 3.2.1 Gleit- und Zwillingsystem in krz-Metallen 24 3.2.2 Aufspaltung im Kern der Schraubenversetzungen 25 3.2.3 Temperaturabhängigkeit der Fließspannung 27 3.2.4 Anisotropie des Verformungsverhaltens 28 3.3 Literaturübersicht 30 3.3.1 Arbeiten zu Verformung und Bruch in Wolfram-Einkristallen 30 3.3.2 Arbeiten zum Spröd-duktü-Übergang 33 4 Probenmaterial und -geometrie 42 4.1 Charakterisierung des Probenmaterials 42 4.1.1 Wolfram-Einkristalle 42 4.1.2 Vielkristallines Wolfram-Material 43 4.2 Präparation von Wolfram-Einkristallen 44 4.3 Untersuchung der Mikrostruktur von Wolfram-Einkristallen 46 4.3.1 Elektronenstrahlbeugung 46 4.3.2 Transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Untersuchung 48 4.4 Röntgenographische Orientierung der Wolfram-Einkristalle 50 4.5 Bruchmechanikproben 53 4.5.1 Geometrie 53 4.5.2 Herstellung 54 4.5.3 Complianceberechnung mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) 55
VI 5 Arbeitsmethoden 58 5.1 Anrißerzeugung 58 5.1.1 Druckermüdung 59 5.1.2 Verbundbiegetechnik 60 5.2 Messung der Bruchzähigkeit 64 5.2.1 Versuchsaufbauten 64 5.2.1.1 Biegevorrichtung 64 5.2.1.2 Prüfmaschine 66 5.2.2 Stabilitätsverhalten der Prüfvorrichtungen 67 5.2.3 Compliance-Methode zur Rißlängenbestimmung 70 5.3 Fraktographie 71 5.3.1 Stenographische Auswertung von REM-Aufnahmen 71 5.3.2 Orientierungsbestimmung an Bruchflächenfacetten durch Laue-Rückstreu-Aufnahmen 74 5.3.3 Topographiebestimmung mit dem konfokalen Laser-Scan-Mikroskop 74 6 Ergebnisse und Diskussion 76 6.1 Orientierungsabhängigkeit des Rißwiderstands in W-Einkristallen 76 6.1.1 Vorversuche an Wolfram-Einkristallen mit Compact-Proben 77 6.1.1.1 Versuchsdurchführung 77 6.1.1.2 Charakterisierung des Bruchverhaltens 78 6.1.2 Versuche mit Biege-Proben 85 6.1.3 Risse auf der (lOO)-Spaltebene 86 6.1.3.1 Bruchzähigkeitsmessungen 86 6.1.3.2 Einfluß der Kerbgrundgeometrie 88 6.1.3.3 Bruchflächencharakterisierung 89 6.1.3.4 Versetzungsätzung 97 6.1.4 Risse auf der (HO)-Spaltebene 102 6.1.4.1 Bruchzähigkeitsmessungen 102 6.1.4.2 Bruchflächencharakterisierung 103 6.1.5 Risse auf der (211)-Ebene 114 6.1.5.1 Bruchzähigkeitsmessungen 114 6.1.5.2 Bruchflächencharakterisierung 116 6.1.6 Risse auf der (lll)-Ebene 126 6.1.6.1 Bruchzähigkeitsmessungen 126 6.1.6.2 Bruchflächencharakterisierung 126 6.1.7 Diskussion und Interpretation 130 6.2 Spröd-duktil-Übergang in Wolfram-Einkristallen 140 6.2.1 Versuchsdurchführung 140 6.2.2 Meßergebnisse 140 6.2.2.1 Orientierungsabhängigkeit 142 6.2.2.2 Einfluß der Vorverformung 144 6.2.2.3 Lastratenabhängigkeit 145 6.2.2.4 Abhängigkeit vom Kerbgrundradius 148 6.2.3 Modellierung des Spröd-duktil-Übergangs 149 6.2.4 Diskussion und Interpretation 151 6.3 Bruchverhalten in vielkristallinem Wolfram-Material 161 6.3.1 Versuchsvorbereitung und -durchführung 161
vn 6.3.2 Bruchzähigkeitsmessungen: Längsproben 162 6.3.2.1 Messungen im Stickstoffbad 162 6.3.2.2 Messungen bei Raumtemperatur 163 6.3.3 Bruchzähigkeitsmessungen: Querproben 164 6.3.3.1 Messungen im Stickstoffbad 164 63.3.2 Messungen bei Raumtemperatur 165 6.3.4 Bruchflächencharakterisierung: Längsproben 166 63.4.1 Morphologie der Anrißbruchfläche 166 63.4.2 Bruchflächenmorphologie nach Bruch bei 77K 166 6.3.43 Bruchflächenmorphologie nach Bruch bei Raumtemperatur 168 6.3.5 Bruchflächencharakterisierung: Querproben 171 6.3.5.1 Morphologie der Anrißbruchfläche 171 63.5.2 Bruchflächenmorphologie nach Bruch bei 77K 171 6.3.53 Bruchflächenmorphologie nach Bruch bei Raumtemperatur 171 6.3.6 Diskussion und Interpretation 174 6.4 Schlußbemerkungen 179 7 Anhang isi 7.1 Methoden bei Bruchexperhnenten mit RCT-Proben 181 7.1.1 Probenherstellung und Complianceberechnung 181 7.1.2 Anrißerzeugung 183 7.1.2.1 Verbundbiegetechnik 183 7.1.2.2 Überlagerung von Druckspannungen 184 7.1.23 Überlagerung von Temperaturgradienten 188 7.1.3 Versuchsaufbau 188 7.1.4 Compliancemethode zur Rißlängenbestimmung 189 7.2 Linear-elastisches Rißspitzenfeld nach Irwin 192 7.3 Gleitsysteme vor den Rißsystemen 194 7.3.1 Rißsystem (100)[001] 197 7.3.2 Rißsystem (100)[011] 198 7.3.3 Rißsystem (011)[100] 199 7.3.4 Rißsystem (011)[ 011] 200 7.3.5 Rißsystem (211)[ 011] 201 7.3.6 Rißsystem (211)[ lil ] 202 7.3.7 Rißsystem (111)[011] 203 7.4 Listen der Einzelmessungen zur Orientierungsabhängigkeit 204 7.4.1 {100}-Rißsysteme 204 7.4.2 {110}-Rißsysteme 206 7.4.3 {211}-Rißsysteme 207 7.4.4 {lll}-Rißsysteme 209 8 Quellennachweis 210
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