Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-23138
Titel: Der Einfluss von Grenzflächen auf die Spannungs- und Dehnungsfelder bei Kristallplastizität und deren Auswirkung auf das Gleitverhalten von bikristallinen Mikrodruckproben
Sonstige Titel: Effects of interfaces on the mechanical fields in crystal plasticty and consequences on slip in bicrystalline micropillars
Effets des interfaces cristallines sur les champs mécaniques en plasticité cristalline et conséquences sur le glissement dans des micro-piliers bi-cristallins
Verfasser: Tiba, Idriss
Sprache: Deutsch
Erscheinungsjahr: 2015
SWD-Schlagwörter: Plastizität
Kristall
Korngrenze
Freie Schlagwörter: Korngrenzen
Inkompatibilität
Kristallplastizität
Mikrodruckproben
grain boundaries
incompatibility
crystal plasticity
micropillars
DDC-Sachgruppe: 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Die Untersuchung des mechanischen Verhaltens von Bikristallen ermöglicht die Rolle von Korngrenzen bei der Verformung von Polykristallen besser verstehen zu können. In der vorliegenden Arbeit wird ein innovativer Ansatz verfolgt, dem die Herstellung von bikristallinen Mikrodruckproben zusammen mit einer mikromechanischen Analyse des Kristallplastizitätsverhaltens zugrunde liegt. Der theoretische Ansatz basiert auf der statischen Kontinuumstheorie von Versetzungen. Dieses Modell stellt die expliziten analytischen Ausdrücke der Spannungs- und Verzerrungsfelder im Fall eines unendlichen Bikristalls mit planaren Grenzen dar. Der Beitrag der unterschiedlichen Inkompatibilitätsquellen, die sich in an der Korngrenze in den beiden Kristalliten entwickeln können, wird auf Basis der elastischen und plastischen Anisotropie betrachtet. Finite Elemente Simulationen werde verwendet, um diesen Ansatz in einem Gebiet in der Nähe der Korngrenze und weit weg von der freien Oberfläche zu validieren. Die Ergebnisse des Modellierungsansatzes werden mit experimentellen Ergebnissen verglichen, die auf Drucktests von bikristallinen Mikroproben aus Nickel bei Raumtemperatur basieren. Die Mikroproben werden mittels Focused Ion Beam (FIB) Technik hergestellt und besitzen einen Durchmesser von 10 µm bei einem Aspektverhältnis von 2. Der Fokus lag zuerst auf der Untersuchung bzw. Vorhersage der Scherspannungen in den möglichen Gleitsystemen der beiden Körner mittels des Kontinuummodells. Der Kristallvolumenanteil und Korngrenzen-Neigungswinkeleffekte werden ebenfalls in der Analyse berücksichtigt. Anschließend wird das Ergebnis des Kontinuumsansatzes mit den experimentellen Ergebnissen der Gleitsystemaktivitäten verglichen. Zusätzlich zu den experimentellen Mikrodruckversuchen wird Elektronenrückstreubeugung (EBSD) durchgeführt, um auch die lokalen Kristallorientierungen während der Verformung zu quantifizieren. Auch die Orientierungsänderungen werden anschließend mit dem mikromechanischen Ansatz verglichen und zeigen eine gute übereinstimmung. Damit konnte gezeigt werden, dass dieses neu entwickelte analytische Kontinuumsmodell die lokalen Spannungen und Verzerrungen an Korngrenzen auch im Falle von anisotropen Materialeigenschaften akkurat wiedergeben kann.
In order to better understand the role of grain boundaries in polycrystals deformation, the study of the mechanical behavior of bicrystals becomes necessary. In this study, an innovative experimental approach based on the fabrication of bicrystalline micropillars is investigated with a micromechanical analysis of crystal plasticity behavior. The theoretical approach is based on the static Field Dislocation Mechanics (FDM) theory in which the dislocations stored in the grain boundary are described by a continuous distribution of interfacial dislocations. This model provides explicit analytical expressions of the stress and lattice rotation fields in the case of an infinite bicrystal with planar boundary. The contribution of the different incompatibility sources which may develop in both crystal components are emphasized due to elastic and plastic anisotropies related to the different crystal orientations. Finite element simulations were also performed to validate this approach in a zone close to the grain boundary and far from the micropillar free surfaces. The predicted results of the modelling approach are compared with experimental results based on compression tests conducted at room temperature on Ni bicrystalline micropillars. The micropillars are machined on a Focused Ion Beam (FIB) with 10 µm in diameter and an aspect ratio of 2. First, the study is focused on the prediction of the resolved shear stresses on the possible slip systems in the bicrystal using the continuum model. The crystal volume fraction and the grain boundary inclination angle effects were also taken into account in the analysis. The predictions of the continuum-based approach developed in this thesis are in full agreement with the experimentally identified active slip systems. Concerning the onset of plasticity and the associated slip systems in each bicrystal component, the developed model is more relevant than the Schmid law. The compression tests are followed by microstructural EBSD measurements to quantify lattice rotations in each grain during the deformation which were also computed using the micromechanical model developed in the present thesis.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-64863
hdl:20.500.11880/23194
http://dx.doi.org/10.22028/D291-23138
Erstgutachter: Vehoff, Horst
Tag der mündlichen Prüfung: 14-Okt-2015
SciDok-Publikation: 29-Apr-2016
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
Fachrichtung: NT - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Ehemalige Fachrichtung: bis SS 2016: Fachrichtung 8.4 - Werkstoffwissenschaften
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

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