Title: Pulverkonsolidierung zu nanostrukturierten Werkstoffen mittels Hochdruck-Torsionsverformung
Other Titles: Powder consolidation of nanostructured materials using high-pressure torsion
Language: Deutsch
Authors: Kahofer, Sladjana 
Qualification level: Diploma
Advisor: Danninger, Herbert
Assisting Advisor: Zehetbauer, Michael J. 
Issue Date: 2011
Number of Pages: 131
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die Hauptaufgabe dieser Arbeit war es, die Aufstellung und Inbetriebnahme der Hochdruck-Torsions-Maschine, kurz "HPT", zu bewerkstelligen. Dazu gehörten auch die Definition der präzisen Anforderungen an das Gerät, die Konstruktion und Realisierung diverser werkzeugtechnischer Bauteile, sowie der peripheren Einrichtungen. Weiters sollten an ausgewählten Metallen und Legierungen HPT-Versuche der Konsolidierung von Pulvern unter verschiedenen Prozessbedingungen durchgeführt werden.
Die HPT-Verformung wurde bei Raumtemperatur mit jeweils materialangepassten Parametern, wie dem hydrostatischen Druck und der entsprechenden plastischen Scherverformung (Anzahl der Umdrehungen), durchgeführt. Es wurden jeweils scheibenförmige Proben mit einem Durchmesser von 8 mm hergestellt.
Zur Prüfung der Funktionsfähigkeit der HPT-Maschine wurden zunächst Cu- Proben (schmelz-metallurgisch, 99,99%) mit ausgewählten HPT-Parametern an dieser als auch an einer Referenzmaschine HPT-verformt. Der Vergleich der Proben ergab innerhalb der Fehlergrenzen idente Mikro- bzw.
Nanostrukturen bzw. Festigkeitswerte, was die Funktionsfähigkeit der neuen Maschine bewies.
Weiters wurden massive Proben aus Cu-Pulver der Reinheit 99%, einerseits pulvermetallurgisch, pulvermetallurgisch plus HPT, und schliesslich direkt mittels HPT-Verformung bzw. -Konsolidierung hergestellt. Die höchsten Mikrohärtewerte und Dichten weisen mit 264 HV 0.1 und 99,99% relativer Dichte die direkt HPT-prozessierten Proben auf.
An Legierungen wurden die nicht mischbaren Systeme Cu-Cr (75/25 Gew.%), W-Cu (80/20 Gew.%) und W-Ni (90/10 Gew.%) ausgewählt. Die Grün- und Sinterdichten dieser Proben zeigten nach Vorkompaktierung vor der HPT Konsolidierung bei Cu-Cr ~80%, bei W-Cu sowie W-Ni ~60% relative Dichte.
Nach HPT Verformung zeigten alle Materialien eine weitere, deutliche Erhöhung der Dichte. Die besten Ergebnisse wurden bei Cu-Cr am äusseren Teil der scheibenförmigen Probe, mit 99,99% relativer Dichte festgestellt.
Bei den Cu-Cr, W-Cu und W-Ni Proben wurden von den meisten Zuständen Vickers-Mikrohärten ermittelt. Alle Systeme zeigten die höchste Mikrohärte bei einer Scherung von etwa [gamma] ~ 170. Bei Cu-Cr konnten die Mikrohärte und die Korngrössen individuell für jede der Phasen bestimmt werden. Zur Interpretation der Härtewerte wurden ausführliche Untersuchungen der Mikrobzw.
Nanostruktur mittels Lichtmikroskopie (LM) und Rasterelektronenmikroskopie (REM; Sekundär-SE und Rückstreuelektronenmodus-BSE), als auch mittels Röntgen-Profilanalyse (XPA) durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Mikrohärte eindeutig mit den gemessen Korngrössen korreliert.

The main task of this work was to establish and to run-in a high pressure torsion (HPT) machine. This also comprised the definition of precisely defined requirements of the device, the construction, and the implementation of various technical components and peripheral parts.
The HPT processing was performed by choosing material specific parameters, such as the hydrostatic pressure, and the shear strain (number of rotations) of HPT carried out at room temperature. For HPT, disc-shaped samples with a diameter of 8 mm were produced.
For run-in purposes, Cu - samples (wrought, 99.99%) were tested with selected HPT parameters, on both the new as well as a reference HPT machine.
Comparison of samples resulting from the tests showed - within experimental error - identical micro/nanostructures and strength values, which proved the reliability of the new HPT machine.
Furthermore, bulk fine-grained samples starting from powder (purity 99%) were produced by powder metallurgy, powder metallurgy plus HPT, and also directly by HPT-deformation and -consolidation. The highest values of microhardness (264 HV 0.1) and densities (99.99%) were achieved by the directly HPT processed samples.
As concerns the alloys, the immiscible systems Cu-Cr (75/25 wt%), W-Cu (80/20 wt%) and W-Ni (90/10 wt%) were selected. After pre-compacting, the green and sintered values of relative densities amounted to ~ 80% for Cu-Cr, and to ~ 60% for W-Cu and W-Ni, respectively. After HPT processing, all materials showed further marked increase of the density. The best results were achieved with Cu-Cr of the outer part of disc-shaped sample, reaching a relative density of 99.99%.
With samples out of Cu-Cr, W-Cu and W-Ni, microhardness was measured for almost all different states of these alloys. All of them showed the highest microhardness values at about shear strains [gamma] ~ 170. With the system Cu-Cr, both microhardness and grain size could be determined separately for each of the phases present. To interprete the microhardness data, extensive investigations by light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM; secondary electrons (SE) and Back Scatter electrons (BSE)) as well as X-Ray Bragg Profile Analysis have been undertaken. It has been shown that the microhardness data are strictly correlated with the measured grain sizes.
Keywords: Pulverkonsolidierung; HPT; CuCr; WCu; WNi; Cu; nanostrukturierte Materialien
Powder consolidation; HPT; CuCr; WCu; WNi; Cu; nanostructured materials
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-39454
http://hdl.handle.net/20.500.12708/11916
Library ID: AC07809784
Organisation: E164 - Institut für Chemische Technologien und Analytik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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