Fundamentale Mechanismen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffstählen durch kontrollierte Nanostrukturbildung

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Die gekoppelten Mechanismen der Nanostrukturbildung und Phasenumwandlung (Nanokristallisation und Karbidauflösung entgegen dem thermodynamischen Gleichgewicht) in einer Reihe von Febasierten Legierungen während extremer plastischer Verformung (severe plastic deformation, SPD) durch Hoch-Druck-Torsion (High Pressure Torsion, HPT) und Gleichkanal – Winkelpressen (equal channel angular pressing ECAP) sollen untersucht werden, mit dem Ziel, die entstandenen mikro/nanoskaligen Strukturen mit den resultierenden fundamentalen Mechanismen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu korrelieren. Aus den bisherigen Arbeiten ist bekannt, dass SPD zu einer Verfeinerung der Mikrostruktur bis in den Sub-Mikron und nanoskaligen Bereich führen kann, resultierend in Bulk-nanoskaligen Materialien mit hoher Duktilität. Unter diesen Bedingungen werden konventionelle Deformationsprozesse durch Versetzungserzeugung und -bewegung unterdrückt, und neuartige Prozesse werden aktiviert, wie z.B. multiple Zwillingsbildung, Bildung von Scherbändern, Korngrenzengleiten etc. Als ein wesentliches Ergebnis wird erwartet, dass die mechanischen Eigenschaften der Materialien stark verbessert werden können. Während zahlreiche Untersuchungen an kfz-Metallen vorliegen, ist die experimentelle Evidenz für krz-Metalle und Komposite rudimentär und im allgemeinen limitiert auf dünne Schichten und kleine Probenvolumina (z.B. reibinduzierte nanokristalline Oberflächen im Hochgeschwindigkeitszugverkehr, Kugelstrahlen, Kugelmahlen von feinen Metallpulvern etc.), aber für die ingenieurtechnische Anwendung von grosser Bedeutung, in Bezug auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Komponenten. Durch die Verwendung von hochmodernen Analysemethoden (Synchrotronstrahlung (ANKA-Karlsruhe), TEM inklusiv HRTEM und EELS, Probenpräparation mittels FIB (Glasgow), HRSEM mit EBSD (Ulm, Glasgow), Mössbauer Spektroskopie) und neuen Messtechniken (e.g. in-situ Verformungsmessungen in einem FE-SEM, Nanoindentation, spezielle Anlage zur Messung von Spannungs-Dehnungsdiagrammen an kleinen Proben, Dehnungsraten- Sensitivität) können völlig neue wissenschaftliche Ergebnisse und innovative technologische Verarbeitungsprozesse erwartet werden. Weiterhin werden die geplanten Arbeiten ergänzt durch enge Kooperationen mit den Universitäten Ufa (Russland, Probenherstellung), Rouen (Frankreich, 3D-atom Probe) und Virginia (USA, MD-Simulationen).