Karlsruher Institut für Technologie

Metalle: Neuer Mechanismus bei Verformungen

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT und des Centre d’Élaboration des Matériaux et d’Etudes Structurales (CEMES) entdecken einen bisher unberücksichtigten Mechanismus der Verfestigung bei Metallen.
Grafische Darstellung der Verformung unter dem Elektronenmikroskop
Das Forscherteam fand heraus, dass sich in kubisch-raumzentrierten Metallen Störungen im Gitteraufbau, sogenannte Versetzungen, voreinander herschieben. Dabei kommt es zu größeren Verformungen. (Grafik: D. Weygand, KIT, D. Caillard, CEMES)

Die Verwendbarkeit von metallischen Bauteilen hängt entscheidend von deren Belastbarkeit und Verfestigung während gewollter oder ungewollter Verformung ab. „Die verschiedenen Verformungsverhalten von Metallen lassen sich auf die unterschiedlichen Kristallgitterstrukturen zurückführen“, sagt Daniel Weygand vom Institut für Angewandte Materialien des KIT. „Aluminium zeigt mit einem kubisch-flächenzentrierten (kfz) Gitter eine andere Temperaurabhängigkeit wie Wolfram mit einem kubisch-raumzentrierten (krz) Gitter.“ Für dieses Verhalten verantwortlich sind Störungen im Gitteraufbau, sogenannte Versetzungen; die Beweglichkeit der Versetzungen hängt stark vom Kristallgitter ab.

Die Forscherinnen und Forscher des KIT untersuchten mittels eines am KIT entwickelten Simulationsprogramms solche Versetzungen und konzentrierten sich dabei auf Wolfram. Sie konnten zeigen, dass sich spezifische abstoßende Versetzungspaare je nach äußerem Belastungszustand gemeinsam koppeln. Die Kopplung entsteht, sobald eine sich bewegende Versetzung nahe genug an eine geeignete unbewegliche Versetzung kommt. Dabei stößt sie die unbewegliche Versetzung vor sich her. Diese abstoßende Wechselwirkung beeinflusst das Verfestigungsverhalten des Baustoffs und führt so zu einer größeren Verformung.

Am CEMES konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen Mechanismus in verschiedenen krz-Metallen experimentell bestätigen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

ase, 16.10.2020