Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Korngröße und der Gefügestabilität auf die zyklische Plastizität von mikro- und submikrokristallinem Nickel, hergestellt durch ECAP und PED, untersucht. Zur Gefügecharakterisierung kamen verschiedene elektronenmikroskopische und röntgenographische Methoden zum Einsatz. Die Untersuchungen zur Gefügestabilität zeigten, dass (i) die Stabilität der Korn- und Substruktur bei der zyklischen Verformung empfindlich vom Gefüge im Ausgangszustand abhängt, (ii) generell die Tendenz zur Umwandlung der vorhandenen Substruktur in eine universelle ermüdungstypische Substruktur besteht, diese Transformation jedoch durch die lokale Gefügebeschaffenheit be- bzw. verhindert sein kann und (iii) zur Erklärung des Entfestigungsverhaltens der ECAP-Materialien sowohl die Transformation der Substruktur als auch die Vergröberung der Kornstruktur berücksichtigt werden müssen. Auf der Basis der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit und unter Hinzunahme von Resultaten aus der Literatur lassen sich Schlussfolgerungen zum Einfluss der Korngröße auf die zyklische Plastizität in einem vier Größenordnungen umfassenden Korngrößenbereich ziehen. In grob- und feinkörnigem Nickel bilden sich bei der zyklischen Verformung ermüdungstypische Versetzungsstrukturen, deren Abmessungen kaum von der Korngröße abhängen. Der Versetzungslaufweg in diesen Materialien ist wesentlich kleiner als die Kornabmessungen. Dementsprechend besteht höchstens ein schwacher Einfluss der Korngröße auf das sich bei der Wechselverformung einstellende Spannungsniveau. Bei mikro- und submikrokristallinem Nickel, wo der Versetzungslaufweg in der Größenordung der Kornabmessungen liegt, wird ein deutlicher Umschlag bei der Versetzungsmusterbildung und dem zyklischen Verformungsverhalten beobachtet. In diesem Korngrößenbereich entstehen entweder qualitativ andere (D<DS1=5µm) oder keine Versetzungsstrukturen (D<DS2=1µm) und das Spannungsniveau steigt mit sinkender Korngröße entsprechend einer HALL-PETCH-Beziehung.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Claudia Lopes Guerra.pdf: 9968717 bytes, checksum: 7d0e4986884ffa382a835b641ed76573 (MD5) Previous issue date: 2015-06-12 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / The ECAP (Equal Channel Angular Pressing) is a mechanical process of Severe Plastic Deformation (SPD) where a sample is subjected to a shearing force when passing through the region of intersection of two channels. The main goal of this method is Severe Plastic Deformation achieve a microstructure with ultrafine grains, which have much higher than the equivalent coarse grain materials physical properties, such as an increase in strength and toughness simultaneously. What makes this increasingly interesting technique is that as there is no reduction cross section is possible to obtain plastic strain accumulation and therefore gain in grain order of nanometer scale. The great advantage of ECAP is to achieve a much higher degree of strain hardening than obtained by conventional methods of plastic deformation, and consequently a grain refining much higher as well. The importance of the study of severe plastic deformation process is on improving the mechanical performance of the materials and the possibility of a better understanding of the mechanisms of strain hardening, which may indicate a new path for producing high-strength materials, possibly scaled industrial. In this work are presented the microstructural, mechanical and electrical analysis of the aluminum alloy AA 1050 samples, commonly used for electrical purposes, with ultrafine grains (typical grain size below a micron) resulting from processing by ECAP, based on the method of SPD. / A PCE (Prensagem em Canais Equiangulares) consiste num processo mecânico de Deformação Plástica Intensa (DPI) onde um corpo de prova é sujeito a um esforço de cisalhamento ao passar pela região de intersecção de dois canais. Os principais objetivos desse método de Deformação Plástica Intensa é alcançar uma microestrutura com grãos ultrafinos, os quais possuem propriedades físicas muito superiores aos equivalentes materiais de grãos grosseiros, como um aumento em resistência mecânica e tenacidade simultâneas. O que torna esta técnica cada vez mais interessante é que como não há redução da seção transversal é possível obter acumulo de deformação plástica e com isso obter grãos na ordem de escala nanométrica. A grande vantagem do PCE é alcançar um grau de encruamento muito superior do que obtido por métodos convencionais de deformação plástica, e consequentemente, um refino de grão muito superior também. A importância do estudo do processo de deformação plástica intensa está na melhoria do desempenho mecânico dos materiais e na possibilidade de uma melhor compreensão dos mecanismos de encruamento, fato que pode indicar um novo caminho para a produção de materiais de alta resistência mecânica, possivelmente em escala industrial. Nesse trabalho são apresentadas as análises microestruturais, mecânicas e elétricas de amostras de ligas de alumínio AA 1050, comumente utilizadas para fins elétricos, com estrutura de grãos ultrafinos (tamanho de grão típico abaixo de um micrometro) resultantes do processamento por PCE, baseada no método de DPI.

Fortschrittliche ingenieurtechnische Anwendungen stellen hohe Ansprüche an neuartige Materialien sowohl hinsichtlich e.g. mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit und Duktilität als auch hinsichtlich einer möglichst vielfältigen Einsetzbarkeit (Maßschneiderung etc.). Zudem sind Ressourcenschonung und nachhaltige Produktion bei gleichzeitig hoher Performance zu realisieren. Entsprechend existiert grundlagenseitig Forschungsbedarf zu innovativen Materialien (e.g. Kompositwerkstoffe) und ihren Prozessierungen. In der vorliegenden Dissertation werden submikro-/nanokristalline mehrphasige Gradientenmaterialien zum Einen mittels experimenteller Methoden wie der zweidimensionalen Röntgenmikrobeugung (in geeigneter Weiterentwicklung) sowie zum Anderen mittels analytischer und numerischer Modellrechnungen bezüglich spezieller Eigenschaften und deren Korrelation zum Herstellungsprozess (starke plastische Verformung durch akkumuliertes Rundkneten) untersucht. Insbesondere werden lokale Verteilungen kristallografischer Textur sowie mechanischer (Eigen-)Spannungen analysiert und in Hinblick auf materialrelevante Eigenschaften (e.g. mechanisch, mikrostrukturell) interpretiert und korreliert. Derartige Beziehungen sind hinsichtlich perspektivischer Applikationen, e.g. im Bereich hochfester Leichtbaulösungen, von technischer Relevanz.

Fortschrittliche ingenieurtechnische Anwendungen stellen hohe Ansprüche an neuartige Materialien sowohl hinsichtlich e.g. mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit und Duktilität als auch hinsichtlich einer möglichst vielfältigen Einsetzbarkeit (Maßschneiderung etc.). Zudem sind Ressourcenschonung und nachhaltige Produktion bei gleichzeitig hoher Performance zu realisieren. Entsprechend existiert grundlagenseitig Forschungsbedarf zu innovativen Materialien (e.g. Kompositwerkstoffe) und ihren Prozessierungen. In der vorliegenden Dissertation werden submikro-/nanokristalline mehrphasige Gradientenmaterialien zum Einen mittels experimenteller Methoden wie der zweidimensionalen Röntgenmikrobeugung (in geeigneter Weiterentwicklung) sowie zum Anderen mittels analytischer und numerischer Modellrechnungen bezüglich spezieller Eigenschaften und deren Korrelation zum Herstellungsprozess (starke plastische Verformung durch akkumuliertes Rundkneten) untersucht. Insbesondere werden lokale Verteilungen kristallografischer Textur sowie mechanischer (Eigen-)Spannungen analysiert und in Hinblick auf materialrelevante Eigenschaften (e.g. mechanisch, mikrostrukturell) interpretiert und korreliert. Derartige Beziehungen sind hinsichtlich perspektivischer Applikationen, e.g. im Bereich hochfester Leichtbaulösungen, von technischer Relevanz.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Korngröße und der Gefügestabilität auf die zyklische Plastizität von mikro- und submikrokristallinem Nickel, hergestellt durch ECAP und PED, untersucht. Zur Gefügecharakterisierung kamen verschiedene elektronenmikroskopische und röntgenographische Methoden zum Einsatz. Die Untersuchungen zur Gefügestabilität zeigten, dass (i) die Stabilität der Korn- und Substruktur bei der zyklischen Verformung empfindlich vom Gefüge im Ausgangszustand abhängt, (ii) generell die Tendenz zur Umwandlung der vorhandenen Substruktur in eine universelle ermüdungstypische Substruktur besteht, diese Transformation jedoch durch die lokale Gefügebeschaffenheit be- bzw. verhindert sein kann und (iii) zur Erklärung des Entfestigungsverhaltens der ECAP-Materialien sowohl die Transformation der Substruktur als auch die Vergröberung der Kornstruktur berücksichtigt werden müssen. Auf der Basis der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit und unter Hinzunahme von Resultaten aus der Literatur lassen sich Schlussfolgerungen zum Einfluss der Korngröße auf die zyklische Plastizität in einem vier Größenordnungen umfassenden Korngrößenbereich ziehen. In grob- und feinkörnigem Nickel bilden sich bei der zyklischen Verformung ermüdungstypische Versetzungsstrukturen, deren Abmessungen kaum von der Korngröße abhängen. Der Versetzungslaufweg in diesen Materialien ist wesentlich kleiner als die Kornabmessungen. Dementsprechend besteht höchstens ein schwacher Einfluss der Korngröße auf das sich bei der Wechselverformung einstellende Spannungsniveau. Bei mikro- und submikrokristallinem Nickel, wo der Versetzungslaufweg in der Größenordung der Kornabmessungen liegt, wird ein deutlicher Umschlag bei der Versetzungsmusterbildung und dem zyklischen Verformungsverhalten beobachtet. In diesem Korngrößenbereich entstehen entweder qualitativ andere (D<DS1=5µm) oder keine Versetzungsstrukturen (D<DS2=1µm) und das Spannungsniveau steigt mit sinkender Korngröße entsprechend einer HALL-PETCH-Beziehung.

FCC組織を有する純金属と合金において強ひずみ加工法の1つである側方押出し加工（ECAP）法を用いて超微細結晶材を作製し，ECAPの各段階における力学特性と微細組織を調査した．微細組織形成過程におけるセル壁の形成から結晶粒界の形成に着目し，積層欠陥エネルギーと固溶原子による固溶強化の効果の観点から，強ひずみ加工における加工硬化ステージの推移と微細組織形成の関係を議論した. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

ヘテロ構造組織を有する鉄・非鉄金属の組織形態に注目して,微視的構造やその挙動が巨視的現象(変形特性,成形性)として発現するメカニズムを解明することを目的とした.鉄系金属ではDual Phase型高張力鋼のスプリングバック現象のひずみ速度依存性,非鉄系金属では半凝固鋳造法と強ひずみ加工を組み合わせた亜共晶アルミニウム合金の衝撃後方押出し成形性に注目した.これらの検討によりいずれの試料においても,結晶粒界よりもスケールの大きいヘテロ構造に由来した変形機構が支配的であることが明らかになった. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University