Metalle II, Teil c - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe, Universität ...

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Metalle II, MaWi-Diplom, 7. Sem. Uwe Glatzel Modul WM4, MSE, 1.Sem. unverformter Ausgangszustand, zweiphasige Nickelbasissuperlegierung CMSX-4, frei von Versetzungen. Versetzungsdichte ρ ≈ 10 11 m -2 Nach 1h Kriechverformung bei 850°C, Spannung σ = 500 MPa bis zu einer Dehnung von 0.14%. ρ ≈ 10 13 m -2 Lastachse Nach 230h Kriechverformung bei 850°C, σ = 500 MPa bis zu einer Dehnung von 0.6%. ρ ≈ 10 14 m -2 Lastachse Abbildung des Verzerrungsfeldes um Versetzungen (schwarze Linien) mit Hilfe des Beugungskontrastes im Transmissionselektronenmikroskop (mittlere Vergrößerung). 80
Metalle II, MaWi-Diplom, 7. Sem. Uwe Glatzel Modul WM4, MSE, 1.Sem. Bei der Hochtemperaturverformung annihilieren sich die Versetzungen (löschen sich gegenseitig aus) auf Grund ihrer höheren Beweglichkeit und somit lassen sich höhere Verformungen erzielen als bei der Kaltverformung => Warmformgebung. Exakte 3-dimensionale Darstellung der Scherung durch Abgleiten auf einem Gleitsystem i: mit r b i t γ i r ⊗ n i = ρ i r b ⎛ b1n ⎜ = ⎜b 2 n ⎜ ⎝ b3n i 1 x 1 1 i ⎛ r ⎜bˆ ⎝ b b b 1 2 3 i n n n r ⊗ nˆ 2 2 2 i ⎞ ⎟ ⎠ b b b 1 2 3 n n n 3 3 3 ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ Beanspruchungsgeschwindigkeit und -temperatur Entscheidend für die Dynamik der Verformung ist die Versetzungsgeschwindigkeit. Im Werkstoff können sich Spannungen nur bis zu einer Höhe aufbauen, bei der sie durch abgleitende Versetzungen, d.h. plastische Verformung wieder abgebaut werden. Daraus ergibt sich ein Zusammenhang zwischen Beweglichkeit der Versetzungen, Spannungszustand, Verformungs- und Bruchverhalten. Es gilt: γ = b⋅ρ⋅ x mit der mittleren freien Weglänge x für die Bewegung einer Versetzung. Differenzieren nach der Zeit ergibt: ∂ γ ∂t = γ& = b⋅ρ⋅ v Dies besagt, dass die erzielbare Verformungsgeschwindigkeit proportional zur Gleitversetzungsdichte, dem Betrag des Burgersvektors und der mittleren Versetzungsgeschwindigkeit v ist. Die einzelnen Größen der rechten Seite sind nicht unabhängig voneinander. Die theoretische Obergrenze für die Versetzungsgeschwindigkeit ist die Schallgeschwindigkeit (im Bereich von 3-5 km/s). Für eine Schraubenversetzung gilt: 2 ⎛ ∂ ⎜ ⎝ ∂x 2 2 ∂ + ∂y 2 ⎞ ⎟u ⎠ z ρ ∂ u = G ∂t 2 z 2 81
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