Titelaufnahme

Titel
Theoretical study of grain boundaries in Tungsten and Molybdenum / Daniel Scheiber
Verfasser/ VerfasserinScheiber, Daniel
Begutachter / BegutachterinPuschnig, Peter ; Pippan, Reinhard
ErschienenGraz, 2016
Umfangxiii, 160 Seiten : Diagramme
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Wolfram / Molybdän / Sprödigkeit
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-107652 Persistent Identifier (URN)
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Theoretical study of grain boundaries in Tungsten and Molybdenum [14.14 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Wolfram (W) und Molybdän (Mo) weisen äußerst gute Materialeigenschaften auf wie zum Beispiel hohe Schmelzpunkte, hohe Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen und niedrige Temperaturausdehnungskoeffizienten. Allerdings brechen W und Mo meist spröde bei und unter Raumtemperatur. Dieser spröde Bruch verläuft bevorzugt entlang von Korngrenzen (KGs), die die Schwachstelle von W und Mo darstellen und die Anwendbarkeit dieser beiden Elemente erheblich limitiert. In dieser Arbeit werden die zugrundeliegenden Mechanismen für die Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen von W und Mo untersucht und Gegenmaßnahmen auf Basis von KG-Simulationen mit ab-initio Dichtefunktionaltheorie präsentiert.Im ersten Teil dieser Arbeit werden KG-Eigenschaften für mehrere KGs in verschiedenen kubisch raumzentrierten (krz) Metallen berechnet und analysiert. Durch die Berechnung des Verhältnisses von KG-Kohäsion zur Kohäsion im Inneren des Korns kann gezeigt werden, dass dieses Verhältnis für Mo und W relativ gering ist im Vergleich zu den anderen untersuchten krz Metallen. Das bedeutet, dass der bevorzugte Bruchmodus entlang der KG für Mo und W eine Eigenschaft des reinen Materials ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird untersucht, wie man der niedrigen KG-Kohäsion durch Legieren entgegenwirken kann. Für eine große Anzahl von Elemente wird die Segregation zur KG studiert und der Effekt auf die KG-Kohäsion ausgewertet. Als Folge werden mehrere vielversprechende Legierungselemente identifiziert die die KG-Kohäsion erhöhen. Zusätzlich zur Studie von Segregation im reinen W und Mo wird der Spezialfall des hochlegierten W-25at%Re untersucht.

Zusammenfassung (Englisch)

Tungsten (W) and molybdenum (Mo) exhibit remarkable material properties such as high melting point, high tensile strength at elevated temperatures and low thermal expansion, which is important in many applications. However, W and Mo are prone to brittle fracture at and below room temperature. This brittle fracture preferably runs along grain boundaries (GBs), which is the weak spot of W and Mo and limits their applicability considerably. This thesis investigates the underlying reasons for the low temperature brittleness in W and Mo and offers counteracting measures by simulating GBs with ab-initio density functional theory. In the first part of this thesis, GB properties are computed and analysed for a comprehensive set of GBs in different body-centred cubic (bcc) metals. By evaluating the ratio of GB cohesion to bulk cohesion, it is shown that in comparison to other bcc metals, W and Mo feature a relatively low ratio. This indicates that the preferred fracture along GBs is intrinsic to W and Mo.The second part of this thesis explores the possibility to counteract the GB brittleness by alloying. For a comprehensive set of solutes, the segregation to GBs in W and Mo is studied and the effect on GB cohesion evaluated. By that, a set of beneficial solute elements, which increase GB cohesion, is established. In addition to treating segregation in the pristine W and Mo, the special case of the highly alloyed W-25at\%Re is investigated.