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Einfluss einer elektrochemisch aktiven Umgebung sowie thermischer und mechanischer Vorbehandlungen auf die Materialeigenschaften einer amorphen Zirkonium-Basislegierung

  • Untersucht wurde das mechanische Verformungsverhalten des massiven metallischen Glases Zr52,5Cu17,9Ni14,6Al10Ti5 (Vitreloy 105) an Luft und im wässrigen Umgebungsmedium 0,01 M Na2SO4 (+ 0,01 M NaCl). Die Belastung erfolgte im Dreipunktbiegeversuch unter quasistatischer sowie zyklischer Beanspruchung und mit Hilfe der instrumentierten Schlagprüfung. Neben dem Umgebungseinfluss wurde der Effekt von zyklisch-kryogenen Vorbehandlungen und Oberflächenbearbeitungen mittels Mikrostrahlen, -fräsen, -erodieren und -laserablation auf die Schädigungsentwicklung und die ertragbaren Spannungen analysiert. Während eine Modifikation der Oberfläche stets in einer Erhöhung der Plastizität infolge einer verstärkten Scherbandbildung resultierte, wiesen diese Proben i.d.R. deutlich niedrigere Dauerfestigkeiten unter zyklischer Wechselbeanspruchung auf. Die tiefkühlbehandelten Zustände zeigten in allen mechanischen Tests ein optimiertes Verformungsverhalten. Mit Hilfe der anodischen Polarisation wurde außerdem im chloridhaltigen Medium ein signifikanter Effekt auf die Lebensdauer der unbehandelten Ermüdungsproben verzeichnet. Die Detektion der scherbandgetriebenen Deformationsprozesse sowie der Rissinitiierung und -ausbreitung erfolgte sowohl mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie als auch unter Ausnutzung elektrochemischer Messsignale im wässrigen Medium bzw. resistometrischer Methoden an Luft. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse wurden abschließend Schädigungsmodelle für die jeweiligen Versuchsbedingungen aufgestellt und diskutiert.
  • The deformation behavior of the bulk metallic glass Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 (Vitreloy 105) was investigated in air and in aqueous solution 0.01 M Na2SO4 (+ 0.01 M NaCl). The load was applied in three-point bending at quasi static and cyclic conditions as well as instrumented impact testing. Besides the environmental effect, the influence of cyclic cryogenic pretreatments and surface modifications by micro peening, milling, eroding and laser ablation on the damage mechanisms and the bearable stresses was analyzed. As any surface modification resulted in an improved plasticity caused by reinforced shear banding, these samples generally revealed significantly lower fatigue strength at cyclic bending. The cryogenically treated material states offered an improved deformation behavior for any testing conditions. Using anodic polarization in chloride containing solution there was also a significant effect on the fatigue life of the untreated samples. The shear band driven deformation processes as well as the crack initiation and propagation were detected by light and scanning electron microscopy, exploiting the electrochemical signals in aqueous solution, respectively, the electric resistance in air. Based on the experimental results, damage models for the various testing conditions were finally postulated and discussed.

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Metadaten
Author:Daniel Grell
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-67722
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6772
Advisor:Eberhard Kerscher
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/03/12
Date of Publication:2022/03/12
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2022/01/18
Date of the Publication (Server):2022/03/14
Number of page:VIII, 165
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)