Statische und dynamische Untersuchungen der Mikrostruktur

Ultrafeinkörnige bzw. nanokristalline Werkstoffe haben außergewöhnliche physikalische (insbesondere mechanische und magnetische) Eigenschaften. In Metallen und Legierungen kann man solche Gefüge in massiven Proben durch extreme plastische Verformung ("SPD" = "Severe Plastic Deformation") erzeugen. Dies scheint einen Weg zur technischen Anwendung zu öffnen. Unser Projektpaket zielte auf die "Fragmentierung", d.h. auf die Entstehung örtlicher Missorientierungen durch die Wechselwirkung von Gitterfehlern. Dazu mussten Werkzeuge für SPD hergestellt werden. Neben dem Bau einer Winkelextrusion sind hier vor allem auch selbst entwickelte Anlagen für Torsionsverformung unter hohem Druck sowie für Wechsel-Flachstauchversuche zu nennen, wobei letztere auch patentiert werden konnte. Die so erzeugten Proben wurden - zusätzlich zu den üblichen Methoden - mit zwei neuen Techniken untersucht, deren Anwendung auf SPD Materialien erst entwickelt werden musste: EBSP (Kikuchi-Linien mit rückgestreuten Elektronen) und HXPA (simultane Profilanalyse von mehreren Röntgen-Bragg Reflexen). Im Zuge der Analyse der SPD Verfahren war es möglich, die Einflüsse der Gesamtdehnung von Wechseln im Verformungspfad und des hydrostatischen Drucks zu trennen. Die hohe Gesamtverformung ist der Hauptgrund für die Fragmentierung. Der Verformungspfad hat Einfluß auf die Einsatzdehnungen der Verfestigungsbereiche III, IV und V. Der hydrostatische Druck hat einen doppelten Einfluß: a) er erlaubt extrem hohe Verformungsgrade, die auf konventionellen Wegen nicht erreicht werden können und b) er führt zu einer zusätzlichen Verfestigung, die unter anderem auf die im Vergleich zu Normaldruckverformungen deutlich gesteigerte Dichte der verformungsinduzierten Defekte zurückgeführt werden kann. Bisherige theoretische Überlegungen und Modellrechnungen legen nahe, daß dies mit einer Unterdrückung der Diffusion von Punktfehlern (und damit der dynamischen Erholung) zusammenhängt. Unser Projektpaket kam rechtzeitig, um uns einen guten Platz in der gegenwärtig stürmischen Entwicklung dieses Gebiets zu sichern. Dies zeigt sich in der Zusammenarbeit mit anderen international bekannten Gruppen, in Forschungsprojekten gemeinsam mit der Industrie und in den Mandaten, einen COST-Workshop (Aktion 523 der EU) und eine wichtige internationale Tagung ("NanoSPD2") auf diesem Gebiet auszurichten. Bisher hat das Projektpaket zu 35 Veröffentlichungen geführt, sowie zu 79 öffentlichen Vorträgen und Posters, 32 davon eingeladen. Im Zentrum eines von uns geplanten Folgeprojekts sollen Untersuchungen des Einflusses der Legierungsatome bzw. Ausscheidungen auf die mechanischen Eigenschaften von SPD verformten Legierungen und deren thermische Stabilität stehen, und es sollen die Mechanismen der verformungsinduzierten Kornbildung sowohl experimentell als auch theoretisch näher analysiert werden.