In-situ Verformung von lamellaren metallischen Kompositen im Großkammer-Rasterelektronenmikroskop

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-06-29
Issue Year
2020
Authors
Krechel, Christian
Editor
Abstract

The following thesis shows the influence of the layer-architecture of lamellar metallic composites. The large potential of such materials demands a thorough investigation of the underlying porperties of these and similar materials, which are partly already in use in aerospace applications. By combining Aluminum and Copper with the „Accumulative Roll Bonding“-process to a metallic composite, the influence of strength, strain-rate-sensitivity and the gradient of the Young’s Modulus was investigated. Furthermore, the crack initiation mechanism in copper was analyzed. The in depth study to investigate the layer-architecture of metallic composites was done by using the Large-Chamber Scanning-Electron-Microscope for in-situ investigations, as well as Nano indentation, static and dynamic investigation methods. The investigation showed that the stacking sequence of the different materials is of importance, as well as the strength difference between the utilized metals. During fatigue investigations it became clear, that the crack initiation mechanism is very important. For copper an in-depth investigation using EBSD, FIB-tomography and in-situ investigations in the Large-Chamber Scanning Electron Microscope have been performed. The investigation clearly shows the mechanism of crack initiation dependent on grain orientation, as well as evidence for grain boundary migration.

Abstract

Die folgende Arbeit untersucht den Einfluss der Lagenarchitektur von lamellaren metallischen Kompositen. Das große Potential derartiger Werkstoffe erfordert ein sorgfältiges erforschen der zugrundeliegenden Eigenschaften dieser und ähnlicher Werkstoffe, die zum Teil bereits heute im Flugzeugbau eingesetzt werden. Dafür wurden die Einzelwerkstoffe Aluminium und Kupfer mit Hilfe des „Accumulative Roll Bonding“-Prozesses zu lamellaren metallischen Werkstoffen hergestellt und deren Eigenschaften charakterisiert. Zudem wurde die Ermüdungsrissentstehung an Kupfer näher analysiert. Unter Zuhilfenahme der in-situ Verformung im Großkammer-Rasterelektronenmikroskop, der Nanoindentierung, sowie statischer und dynamischer Prüfungsmethoden wurden die verschiedenen Einflüsse der Werkstoffe und deren Stapelfolge untersucht. Dabei zeigt es sich, dass die Stapelfolge der unterschiedlichen Werkstoffe von besonderem Interesse ist. Auch auf die Kombination der Werkstoffe in Hinblick auf deren Dehnratenabhängigkeit, Festigkeit und auf den Gradienten des E-Modul zwischen den Lagen wird eingegangen. Der Unterschied in der Festigkeit der verwendeten Metalle ist eine der wichtigsten Einflussgrößen auf die unterschiedlichen Eigenschaften bei verschiedenen Stapelfolgen. Im Falle der Ermüdungsuntersuchung ist die unterschiedliche Rissentstehung von besonderem Interesse. So wurde exemplarisch am Kupfer der Mechanismus der Rissentstehung genauer mit Hilfe von EBSD, FIB Tomographie und Ermüdungsversuchen im Großkammer-Rasterelektronenmikroskop untersucht. Durch die intensive Analyse des Rissentstehungsmechanismus konnten neben der klaren Darstellung der Rissenstehung in Abhängigkeit der Kornorientierung auch Hinweise auf Korngrenzwanderung gefunden werden.

DOI
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