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Main Title: Experimental investigation of plastically deformed Al-alloy samples using high energy synchrotron radiation
Translated Title: Experimentelle Untersuchung plastisch verformter Proben aus Al-Legierungen unter Verwendung hochenergetischer Synchrotronstrahlung
Author(s): Martins, Rene Valery
Advisor(s): Reimers, Walter
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Dehnungszustandes und der Textur von ein-, zwei-, und dreiachsig plastisch verformten metallischen Proben. Die untersuchten Proben bestehen aus der nicht aushärtbaren einphasigen Al-Legierung AlMg3 und in einigen Fällen aus der zweiphasigen PM-Legierung AlSi25Cu4Mg3. Die Realisierung der verschiedenen Veformungszustände erfolgte durch Zug- und Stauchverformung (einachsig), Torsionsverformung von zylindrischen Hohlproben (zweiachsig) und die Torsionsverformung von zylindrischen Vollproben (dreiachsig). Für die zerstörungsfreien Untersuchungen des Eigendehnungszustandes der ein- und zweiachsig verformten Proben konnten etablierte zerstörungsfreie Röntgenbeugungs-verfahren, die auf der Anwendung hochenergetischer Synchrotronstrahlung basieren, angewendet werden. Für die zerstörungsfreien Messungen an den zylindrischen Vollproben, die eine starke Verformungsinhomogenität über den Querschnitt aufweisen, wurde ein neuartiges Messverfahren entwickelt, das erstmalig die dynamische in-situ Beobachtung der Textur und des Dehnungszustandes mit hoher räumlicher Auflösung im Probeninnern gestattet. Dieses Verfahren basiert auf der erstmaligen Kombination eines mikrofokussierten hochenergetischen Synchrotronstrahls, wie er an der Beamline ID11 der ESRF zur Verfügung steht, einer neuentwickelten konischen Schlitzzelle, sowie eines grossflächigen Röntgendetektors. Für die Datenanalyse wurden neuartige Verfahren angewendet, die die Entwicklung eines kompletten Programmpakets erforderten. Zusätzlich zu den Analysen mit Beugungsverfahren wurden licht- und transmissionselektronenmikroskopische Unter-suchungen der Probenmikrostruktur vorgenommen. Die Ergebnisse der Kristallitmikrodehnungsmessungen zeigen für den unter diesem Aspekt erstmals betrachteten dreiachsigen Verformungszustand teilweise wesentlich höhere Werte, als im Falle einachsiger Verformung, was bedeutet, daß die Kristallitmikrodehnungen bei der Betrachtung dieses Dehnungszustandes nicht vernachlässigt werden dürfen. Weiterhin zeigen die Untersuchungen der Torsionsvollproben, dass die beobachteten Dehnungen für die <220> Kristallrichtung häufig ein zu den Dehnungen der anderen untersuchten Kristallrichtungen entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen. Dies ist insbesondere für die axiale Dehnungskomponente der Fall. Die Beobachtung des sog. Swift Effekts, d.h. der Längenänderung tordierter Proben, konnte in Korrelation mit den Ergebnissen der hkl spezifischen Kristallitdehnungen und der radial abhängigen Textur gebracht werden. Die erstmals radial- und verformungsabhängig beobachtete Torsionstextur zeigt deutlich die Evolution der verschiedenen idealen Orientierungen, sowie die Rotation einzelner idealer Orientierungen. Die mikrostrukturellen Untersuchungen ergaben das Vorhandensein von drei typischen Verformungsmikrostrukturtypen in den Torsionvollproben.
In the present work experimental investigations of the texture and strain state were carried out on plastically deformed samples, made from non-age hardenable, single phase Al-alloy AlMg3 and from the two phase PM-alloy AlSi25Cu4Mg1. The samples were deformed uniaxially (in tension and compression), biaxially (torsion of tubular samples), and triaxially (free end solid torsion). Well-established, non-destructive, diffraction techniques, based on the use of high energy synchrotron radiation, were applied for the observation of the residual strain state in the uni- and biaxially deformed samples. For the investigations of the solid torsion samples, which show a strong deformation gradient in the bulk, a novel, non-destructive, strain and texture scanning technique was successfully developed and applied. It allowed unprecedented dynamic in-situ observation with high spatial resolution of the texture and strain state within the sample. The technique combines, for the first time, a microfocussed high energy synchrotron beam (as available at the beamline ID11 at the ESRF), a newly developed conical slit system, and a large area detector for fast data acquisition. Novel data analysis techniques were applied and a complete data analysis software package was developed. In addition to the techniques based on x-ray diffraction, investigations of the deformation microstructure were carried out by applying microscopical techniques (optical microscopy, TEM). The results for the crystallite microstrain analyses show in some cases much larger values for the triaxial deformation (not previously studied) than in the case of uniaxial deformed samples, proving that, in general, the crystallite microstrains cannot be neglected for deformations of higher dimensionality. The investigation of intergranular strains in the solid torsion samples showed that the 220 direction exhibits often the opposite sign to the strains observed for the other reflections. This is particularly the case for the axial strain component. The observation of the so-called Swift effect (i.e. the length change of plastically deformed torsion samples) was correlated with the results of the hkl specific crystallite microstrains and the local, radially dependent texture evolution. For the first time, the radially and deformation dependent texture evolution within the sample was investigated and showed clearly the development and partial rotation of ideal torsion texture orientations. From the investigations of the microstructure, three typical types of deformation microstructure could be identified.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-4748
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/869
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-572
Exam Date: 17-May-2002
Issue Date: 31-Oct-2002
Date Available: 31-Oct-2002
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Hochenergetische Synchrotronstrahlung
Aluminium
Eigenspannung
Torsion
Textur
plastische Verformung
High energy synchrotron radiation
Aluminum
residual stress
torsion
texture
plastic deformation
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