Fracture Behavior of Tungsten

Bernd Pascal Gludovatz

Research output: ThesisDoctoral Thesis

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Abstract

Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen eignen sich wolframbasierende Werkstoffe besonders für Hochtemperaturanwendungen, wie sie etwa in speziellen Bereichen zukünftiger Fusionsreaktoren zu finden sind. Das Bruchverhalten polykristallinen Wolframs sowie von Wolframlegierungen ist jedoch weitgehend unverstanden. Die Werkstoffe zeigen den für kubisch-raumzentrierte (krz) Materialien typischen spröd-duktil Übergang, welcher im Vergleich zu anderen krz-Metallen, wie zum Beispiel α-Fe, viel höher und damit weit über Raumtemperatur liegt. Korngröße, Kornform, Versetzungsdichte, Textur, chemische Zusammensetzung, sowie Korngrenzenverunreinigungen spielen eine entscheidende Rolle für die Bruchzähigkeit, besonders unterhalb des spröd-duktil Übergangs. Die geringe Duktilität in diesem Temperaturbereich ist ein die Verwendung von Wolfram als Strukturwerkstoff limitierender Faktor. In dieser Arbeit wurde das Bruchverhalten von Wolfram und Wolframlegierungen in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800°C untersucht. Hauptaugenmerk wurde dabei auf den Risswiderstand von rekristallisiertem und unterschiedlich verformtem, technisch reinem Wolfram gelegt. Der Einfluss der Kornform wurde anhand von Proben mit unterschiedlichen Rissausbreitungsrichtungen analysiert. Weiters wurde mit Hilfe von Augeruntersuchungen der Einfluss von Verunreinigungen der Korngrenze auf das Bruchverhalten studiert. Es wird gezeigt, dass der Bruch der meisten polykristallinen Wolframproben durch zwei Arten gekennzeichnet ist - interkristallinen und transkristallinen Bruch. Die unterschiedlichen Anteile der Brucharten variieren hauptsächlich mit der Kornform und der Rissausbreitungsrichtung. Die sich stark ändernden Bruchzähigkeitswerte sind abhängig von der Probenausrichtung bezüglich des Ausgangsmaterials. Verunreinigungen haben keinen großen Einfluss auf das Bruchverhalten, eine erhöhte Versetzungsdichte aufgrund von Verformung steigert jedoch den Risswiderstand. Weiters wird gezeigt, dass der Bruchwiderstand mit der Rissverlängerung ansteigt - diese Eigenschaft wird als R-Kurvenverhalten eines Werkstoffs bezeichnet. Die Bruchzähigkeit muss daher anstelle eines einzigen Werts mithilfe einer Risswiderstandskurve - R-Kurve - beschrieben werden.
Translated title of the contributionBruchverhalten von Wolfram
Original languageEnglish
QualificationDr.mont.
Supervisors/Advisors
  • Pippan, Reinhard, Supervisor (internal)
  • Clemens, Helmut, Assessor B (internal)
Publication statusPublished - 2010

Bibliographical note

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Keywords

  • tungsten
  • ductile-to-brittle transition
  • fracture
  • grain size
  • grain shape
  • deformation
  • impurities
  • Auger electron spectroscopy
  • fracture resistance
  • intergranular
  • transgranular
  • resistance curve

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