Bestimmung lokaler Textur- und Spannungsverteilungen an submikro-/nanokristallinen mehrphasigen Gradientenmaterialien mittels zweidimensionaler Röntgenmikrobeugung sowie anhand analytischer und numerischer Modellierungsansätze:
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Göttingen
Cuvillier
2015
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INHALTSVERZEICHNIS
ERKLAERUNG V
DANKSAGUNG VII
KURZFASSUNG IX
INHALTSVERZEICHNIS XI
ABBILCLUIIGSVERZEICHIIIS XVII
TABELLENVERZEICHNIS XXI
ABKIIRZUNGSVERZEICHNIS XXIII
1 EINFUEHRUNG 1
1.1 MOTIVATION UND PROBLEMSTELLUNG 1
1.2 RAHMEN, INHALT UND ZIEL DER ARBEIT 3
2 GRUNDLAGEN 5
2.1 KORNFCINUNG DURCH STARKE PLASTISCHE VERFORMUNG 5
2.1.1 METHODEN DER STARKEN PLASTISCHEN VERFORMUNG 5
2.1.2 ACCUMULATIVC ROLL BONDING (ARB) 6
2.1.3 ACCUMULATIVC SWAGING AND BUNDLING (ASB) 6
2.2 MECHANISCHE (EIGEN-)SPANNUNGEN 7
2.2.1 DEFINITION VON SPANNUNG. SPANNUNGSTENSOR 8
2.2.2 SPANNUNGEN IN VERSCHIEDENEN REFERENZSYSTEMEN 10
2.2.3 HAUPTSPANNUNGEN IM HAUPTSPANNUNGSSYSTEM 10
2.3 EIGENSPANNUNGSANALYSE MITTELS ROENTGENBEUGUNG 11
2.3.1
GRUNDLEGENDE GLEICHUNGEN DER
ROENTG
ENOGRAFISCHEN SPANNUNGS-
ANALYSC: ROENTGENPHYSIKALISCHE UND CLASTIZITAETSTHCORETISCHC GRUND
LAGEN
11
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2.3.2 KONVENTIONELLE ROENTGENOGRAFISCHE SPANNUNGSANALYSE: ZUR SIN
2
^FR-
METHODE 14
2.3.3 ZWEIDIMENSIONALE ROENTGENOGRAFISCHE SPANNUNGSANALYSE 16
2.3.4 ANMERKUNG ZUR AUSWERTUNG DES ALLGEMEINEN SPANNUNGSZUSTANDES . 19
2.4 KRISTALLOGRAFISCHE TEXTUR 20
2.4.1 DEFINITION DER ORIENTIERUNG UND DER TEXTUR 20
2.4.2 DEFINITION DER ORIENTIERUNGSVERTEILUNGSFUNKTION 21
2.5 TEXTURANALYSE MITTELS ROENTGENBEUGUNG 24
2.5.1 POLFIGURANALYSE 24
2.5.2 BERECHNUNG DER ORIENTIERUNGSVERTEILUNGSFUNKTION 25
2.5.3 ZWEIDIMENSIONALE ROENTGENOGRAFISCHE TEXTURANALYSE 26
3 EXPERIMENTELLES 27 *
3.1 MATERIAL 27
3.1.1 TI/AL VERBUNDMATERIAL 27
3.1.1.1 ASB PROZESS DES TI/AL VCRBUNDMATERIALS 27
3.1.1.2 ARB PROZESS DES TI/AL VCRBUNDMATERIALS 29
3.1.2 WEITERE UNTERSUCHTE MATERIALIEN 30
3.1.2.1 ASB TI/TI, AI, TI
/MG
30
3.1.2.2 ED NI-FC 30
3.1.2.3 HPT PD-AU 30
3.2 PROBENPRAEPARATION, MESSSTRATEGIE UND VERWENDETE PKS 31
3.2.1 TI/AL VERBUNDMATERIAL 31
3.2.2 NI-FC 31
3.2.2.1 PROBENPRAEPARATION FUER RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE . 31
3.2.2.2 PROBENPRAEPARATION FUER (IN SITU) SPANNUNGSANALYSE 32
3.2.3 PD-AU 33
3.3 EXPERIMENTELLE METHODEN 33
3.3.1 NEUTRONENBEUGUNG 34
3.3.2 SYNCHROTRONBEUGUNG 35
3.3.3 ZUM ZWEIDIMENSIONALEN ROENTGENMIKRODIFFRAKTOMETER MESSSYSTEM
(XRPD
2
) FUER DIE LOKALE ZWEIDIMENSIONALE ROENTGENOGRAFISCHE TEXTUR-
UND SPANNUNGSANALYSE
36
3.3.3.1 AUSSTATTUNGSELCMCNTE 36
3.3.3.2 ANWENDUNGEN, BESONDERHEITEN UND SPEZIELLE MERKMALE . . 37
3.3.4 ZWEIDIMENSIONALE TEXTURANALYSE 40
3.3.4.1 GLOBALE TEXTURANALYSE MITTELS NEUTRONEN-/SVNCHROTRON-
BEUGUNG 40
3.3.4.2 LOKALE TEXTURANALYSE MITTELS XRJID
2
41
3.3.5 ZWEIDIMENSIONALE SPANNUNGSANALYSE 41
3.3.5.1 LOKALE SPANNUNGSANALYSE MITTELS XRJID
2
41
3.3.5.2 LOKALE IN SITU SPANNUNGSANALYSE MITTELS XRPD
2
42
3.3.6 MIKROSTRUKTUR MITTELS RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 43
3.4 MESS- UND AUSWERTEAUTOMATISIERUNG 43
4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 45
4.1 MIKROSTRUKTUR DES TI/AL VERBUNDMATERIALS 45
4.1.1 MIKROSTRUKTUR DES AUSGANGSMATERIALS DES TI/AL VERBUNDS 45
4.1.2 MIKROSTRUKTUR DER ASB PROZESSIERTEN ZUSTAENDE TI/AL 0-2 46
4.2 TEXTUR DES TI/AL VERBUNDMATERIALS 47
4.2.1 GLOBALTEXTUR DES AUSGANGSMATCRIALS DES TI/AL VERBUNDS 47
4.2.2 LOKALTEXTUR DER ASB PROZESSIERTEN ZUSTAENDE TI/AL 0-2 49
4.2.2.1 TEXTURTYP 49
4.2.2.2 TEXTURGRADIENTEN 52
4.2.2.2.1 AI TEXTURGRADIENT 53
4.2.2.2.1.1 AI FASERTEXTUR 53
4.2.2.2.1.2 AI REFERENZSYSTEM 55
4.2.2.2.1.3 UEBRIGE AI TEXTURKOMPONENTEN 56
4.2.2.2.2 TI TEXTURGRADIENT 59
4.2.2.2.2.1 TI FASERTEXTUR 59
4.2.2.2.2.2 TI REFERENZSYSTEM 60
4.2.2.2.2.3 UEBRIGE TI TEXTURKOMPONENTEN 62
4.3 MECHANISCHE EIGENSPANNUNGEN DES TI/AL VCRBUNDMATCRIALS 64
4.3.1 PRAELIMINARIEN 64
4.3.1.1 VERGLEICHSMCSSUNGEN MITTELS CXRD UND XRPD
2
METHODEN 64
4.3.1.2 LOKALE IN SITU SPANNUNGSANALYSE MITTELS XRJID
2
67
4.3.1.2.1 LOKALE PHASENANALYSE DES NI-FE 67
4.3.1.2.2 LOKALE TEXTURANALYSE DES NI-FE 68
4.3.1.2.3 EXTERNE LASTBEDINGUNGEN DER LOKALEN IN SITU SPAN
NUNGSANALYSE MITTELS XRPD
2
69
4.3.1.2.4 ERGEBNISSE DER LOKALEN IN SITU SPANNUNGSANALYSE
MITTELS XRJID
2
71
4.3.1.2.4.1 LASTBEDINGUNGEN PARALLEL ZUR ACHSE S
2
* * 71
4.3.1.2.4.2 LASTBEDINGUNGEN PARALLEL ZUR ACHSE SI . . 72
4.3.1.2.5 SPANNUNGS-DEHNUNGS-DIAGRAMM DES NI-FE . 73
4.3.2 LOKALE SPANNUNGSANALYSE AN TI/AL 0-2 MITTELS XRJID
2
75
4.3.2.1 SPANNUNGSANALYSE AN REFLEXEN HOHER 26 WERTE - ZUR RUECK
WAERTSBEUGUNG 75
4.3.2.2 WAHL DER PCAKLAGEN SOWIE STRATEGIEN ZUR EINZEL- BZW. MUL
TIPLEN PEAKAUSWERTUNG 76
4.3.2.3 LOKALE SPANNUNGSGRADIENTEN IN TI/AL 0-2 77
4.3.2.3.1 TRANSFORMATION IN DAS DER SYMMETRIE ANGEPASSTE
KOORDINATENSYSTEM 77
4.3.2.3.2 TOTALPHASENSPANNUNGEN IN AI UND TI 78
4.3.2.3.3 ASSESSMENT DER ERGEBNISQUALITAET 80
4.3.2.3.4 ABSCHAETZUNG DER R
M
UND KORRELATION MECHANI
SCHER EIGENSCHAFTEN 82
4.3.2.3.5 SCHERSPANNUNGSKOMPONENTEN 84
SIMULATIONSERGEBNISSE 85
4.4.1 APPROXIMATION DER E-MODUL VERBUNDWERTE VON ASB TI/AL 0-2 MIT
TELS LOKALER TEXTUR 85
4.4.1.1 MODELLBESCHREIBUNG 85
4.4.1.2 INTERPRETATION 87
4.4.2 TEXTURSIMULATION FUER TI/AL 0 88
4.4.2.1 VPSC FORMALISMUS 88
4.4.2.2 MODELLSPEZIFIKATIONEN 89
4.4.2.3 AI SIMULATIONSTEXTUR 91
4.4.2.4 TI SIMULATIONSTEXTUR 95
4.4.3 ANALYTISCHER ANSATZ ZUR SPANNUNGSMODELLIERUNG FUER TI/AL 0 . . . .
105
4.4.3.1 THEORETISCHER HINTERGRUND UND MOTIVATION 105
4.4.3.2 ERWEITERTES MATERIALGESETZ 106
4.4.3.3 TRANSFORMATION IN ZYLINDERKOORDINATEN 107
4.4.3.3.1 KINEMATISCHE GLEICHUNGEN FUER DEN VERZERRUNGS
TENSOR IN ZYLINDERKOORDINATEN 107
4.4.3.3.2 GLEICHGEWICHTSBEDINGUNGCN FUER DEN SPANNUNGS
TENSOR IN ZYLINDERKOORDINATEN 109
4.4.3.4 MODELLBESCHREIBUNG 109
4.4.3.5 SYMMETRIEANSAETZE FUER DEN VERSCHIEBUNGSVEKTOR IN ZYLIN
DERKOORDINATEN 110
4.4.3.5.1 UEBERSICHT ZU EINER AUSWAHL VON SYMMETRIEAN-
SAETZEN 110
4.4.3.5.2 ZUM LOESUNGSSCHEMA 110
4.4.3.6 ANALYTISCHE LOESUNGEN AUSGEWAEHLTER ANSAETZE 112
4.4.3.6.1 LOESUNG FUER 2K 112 *
4.4.3.6.1.1 ALLGEMEINE LOESUNG UE FUER 2K 112
4.4.3.6.1.2 ALLGEMEINE LOESUNG
R(UE)
FUER 2K 113
4.4.3.6.1.3 SPEZIELLE LOESUNG R(UE) FUER 2K 114
4.4.3.6.1.4 NUMERISCHES BEISPIEL FUER DIE SPEZIELLE LOE
SUNG R(U) FUER 2K 115
4.4.3.6.2 ALLGEMEINE ROTATIONSSYMMCTRIE: ZUR ALLGEMEINEN
LOESUNG U FUER 9K 116
4.4.3.6.3 LOESUNG U
Z
(R.
Z) FUER 6K 117
4.4.3.6.3.1 ANALYTISCHE METHODE 117
4.4.3.6.3.2 VISUALISIERUNG DER ERGEBNISSE 118
4.4.3.6.3.3 LINEARISIERUNG DER LOESUNG. TEIL A 123
4.4.3.6.3.4 LINEARISIERUNG DER LOESUNG. TEIL B 125
4.4.3.7 ZUSAMMENFASSUNG DER SPANNUNGSSIMULATIONSERGEBNISSE . . 126
5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 127
5.1 ERGEBNISSE DER TEXTURANALYSE 127
5.2 ERGEBNISSE DER SPANNUNGSANALYSE 128
5.3 OFFENE FRAGESTELLUNGEN 130
5.4 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN 131
LITERATURVERZEICHNIS 133
LISTE EIGENER WISSENSCHAFTLICHER BEITRAEGE/PUBLIKATIONEN 153
INDEX
157 |
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