Title (eng)
Deformation induced phase transformation in Zr3Al studied by transmission electron microscopy
Parallel title (deu)
Deformationsinduzierte Phasentransformation in Zr3Al untersucht mittels Durchstrahlungselektronenmikroskopie
Author
David Geist
Advisor
Christian Rentenberger
Assessor
Christian Rentenberger
Abstract (deu)
Die Herstellung nanokristalliner Materialien durch extreme plastische Verformung grobkristalliner Strukturen wird seit rund zwei Jahrzehnten intensiv erforscht. Trotz des Potentials, Materialeigenschaften durch Nanostrukturierung zu verändern, wurden nanokristalline intermetallische Legierungen noch nicht umfassend untersucht. In dieser Arbeit wird die intermetallische Verbindung Zr3Al, die die geordnete L12 Struktur aufweist, zum ersten Mal extrem plastisch verformt und die dabei auftretenden Strukturänderungen untersucht. Die dabei zum Einsatz kommenden Verformungsmethoden sind Hochdrucktorsion sowie wiederholtes Kaltwalzen und Falten. Hochdrucktorsion bei Raumtemperatur führt zu nanokristallinen Proben und ermöglicht einen systematischen Vergleich zwischen Zr3Al und anderen hochverformten Verbindungen, die ursprünglich die L12 Struktur aufweisen. Dieser Vergleich liefert ein tieferes Verständnis des Einflusses der verschiedenen Versetzungsaufspaltungsmechanismen auf die Kornverfeinerung und die verformungsinduzierten Phasenumwandlungen. Eine raster- und durchstrahlungselektronenmikroskopische Betrachtung der verformten Proben ermöglicht die Untersuchung von strukturellen Inhomogenitäten ab der atomaren Skala bis hin zu einer Längenskala, die der Probengröße entspricht. Dabei werden Abweichungen von einem idealen Torsionsexperiment sowie der Wechsel der Verformungsmechanismen mit zunehmender Kornverfeinerung erklärt. Die Verformung von Zr3Al durch wiederholtes Kaltwalzen und Falten führt zu amorphen Proben. Damit wird der Einfluss der verschiedenen Verformungsmethoden auf die Sättigungsstruktur gezeigt. Weiters werden kalorimetrische Messungen angewandt, um Auskunft über die thermische Stabilität und das Kristallisationsverhalten des durch Walzen amorphisierten Materials zu erhalten. Die unvollständige Amorphisierung, die Restnanokristallite im Material verursacht, begünstigt während des Aufheizens der Probe die Bildung einer nanokristallinen Phase. Härtemessungen und Röntgendiffraktometrie ergänzen all diese Studien durch Informationen über die mechanischen und integralen strukturellen Eigenschaften. Durch die Untersuchung verschiedener Verformungsmethoden sowie der Inhomogenitäten der Verformung durch Hochdrucktorsion kann diese Arbeit einen wesentlichen Beitrag zum physikalischen Verständnis der Strukturänderungen von intermetallischen Verbindungen durch extreme plastische Verformung liefern.
Abstract (eng)
The production of nanocrystalline materials by severe plastic deformation of coarse grained structures has been attracting a lot of research interest for the last two decades. Despite the potential to change and tailor material properties by nanostructuring, there are rather limited data available for nanocrystalline intermetallic alloys. In this work, severe plastic deformation of the ordered L12 structured intermetallic compound Zr3Al and the study of deformation induced structural changes are conducted for the first time. Zr3Al is heavily deformed by the methods of high pressure torsion and repeated cold rolling with intermediate foldings. The deformation by high pressure torsion at room temperature leads to nanocrystalline samples and allows a systematic comparison to other L12 compounds subjected to high pressure torsion. This comparison facilitates the understanding of the influence of different dislocation dissociation mechanisms on the grain refinement characteristics and on the deformation induced phase transitions of these materials. A multi-scale analysis of the deformed Zr3Al samples by transmission and scanning electron microscopy using both plan view and cross section samples allows to assess inhomogeneities from the atomic scale to the scale of the sample, revealing important deviations from the ideal torsion experiment and the change of deformation mechanisms with decreasing grain size. The deformation by repeated cold rolling with intermediate foldings leads to amorphous samples, thus unambiguously showing the different effects of the deformation methods on the saturation structure. In addition, calorimetric measurements yield information about the thermal stability and the crystallization behaviour of the material amorphized by rolling. It is shown that imperfect amorphization involving residual nanocrystallites facilitates the crystallization of a fine nanocrystalline structure. Hardness measurements by microindentation and X-ray diffractometry supplement these studies by yielding information on the mechanical properties and integral structural properties of deformed samples, respectively. By studying different deformation methods and the inhomogeneity of the deformation by high pressure torsion, this work is an important contribution to the physical understanding of structural changes of intermetallic compounds by severe plastic deformation.
Keywords (eng)
Zr3Alsevere plastic deformationhigh pressure torsionnanomaterialrepeated cold rollingtransmission electron microscopy
Keywords (deu)
Zr3AlHochverformungHochdrucktorsionNanomaterialwiederholtes KaltwalzenDurchstrahlungselektronenmikroskopie
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1273506
rdau:P60550 (deu)
XIV, 124 S. : Ill.
Number of pages
141
Association (deu)
Title (eng)
Deformation induced phase transformation in Zr3Al studied by transmission electron microscopy
Parallel title (deu)
Deformationsinduzierte Phasentransformation in Zr3Al untersucht mittels Durchstrahlungselektronenmikroskopie
Author
David Geist
Abstract (deu)
Die Herstellung nanokristalliner Materialien durch extreme plastische Verformung grobkristalliner Strukturen wird seit rund zwei Jahrzehnten intensiv erforscht. Trotz des Potentials, Materialeigenschaften durch Nanostrukturierung zu verändern, wurden nanokristalline intermetallische Legierungen noch nicht umfassend untersucht. In dieser Arbeit wird die intermetallische Verbindung Zr3Al, die die geordnete L12 Struktur aufweist, zum ersten Mal extrem plastisch verformt und die dabei auftretenden Strukturänderungen untersucht. Die dabei zum Einsatz kommenden Verformungsmethoden sind Hochdrucktorsion sowie wiederholtes Kaltwalzen und Falten. Hochdrucktorsion bei Raumtemperatur führt zu nanokristallinen Proben und ermöglicht einen systematischen Vergleich zwischen Zr3Al und anderen hochverformten Verbindungen, die ursprünglich die L12 Struktur aufweisen. Dieser Vergleich liefert ein tieferes Verständnis des Einflusses der verschiedenen Versetzungsaufspaltungsmechanismen auf die Kornverfeinerung und die verformungsinduzierten Phasenumwandlungen. Eine raster- und durchstrahlungselektronenmikroskopische Betrachtung der verformten Proben ermöglicht die Untersuchung von strukturellen Inhomogenitäten ab der atomaren Skala bis hin zu einer Längenskala, die der Probengröße entspricht. Dabei werden Abweichungen von einem idealen Torsionsexperiment sowie der Wechsel der Verformungsmechanismen mit zunehmender Kornverfeinerung erklärt. Die Verformung von Zr3Al durch wiederholtes Kaltwalzen und Falten führt zu amorphen Proben. Damit wird der Einfluss der verschiedenen Verformungsmethoden auf die Sättigungsstruktur gezeigt. Weiters werden kalorimetrische Messungen angewandt, um Auskunft über die thermische Stabilität und das Kristallisationsverhalten des durch Walzen amorphisierten Materials zu erhalten. Die unvollständige Amorphisierung, die Restnanokristallite im Material verursacht, begünstigt während des Aufheizens der Probe die Bildung einer nanokristallinen Phase. Härtemessungen und Röntgendiffraktometrie ergänzen all diese Studien durch Informationen über die mechanischen und integralen strukturellen Eigenschaften. Durch die Untersuchung verschiedener Verformungsmethoden sowie der Inhomogenitäten der Verformung durch Hochdrucktorsion kann diese Arbeit einen wesentlichen Beitrag zum physikalischen Verständnis der Strukturänderungen von intermetallischen Verbindungen durch extreme plastische Verformung liefern.
Abstract (eng)
The production of nanocrystalline materials by severe plastic deformation of coarse grained structures has been attracting a lot of research interest for the last two decades. Despite the potential to change and tailor material properties by nanostructuring, there are rather limited data available for nanocrystalline intermetallic alloys. In this work, severe plastic deformation of the ordered L12 structured intermetallic compound Zr3Al and the study of deformation induced structural changes are conducted for the first time. Zr3Al is heavily deformed by the methods of high pressure torsion and repeated cold rolling with intermediate foldings. The deformation by high pressure torsion at room temperature leads to nanocrystalline samples and allows a systematic comparison to other L12 compounds subjected to high pressure torsion. This comparison facilitates the understanding of the influence of different dislocation dissociation mechanisms on the grain refinement characteristics and on the deformation induced phase transitions of these materials. A multi-scale analysis of the deformed Zr3Al samples by transmission and scanning electron microscopy using both plan view and cross section samples allows to assess inhomogeneities from the atomic scale to the scale of the sample, revealing important deviations from the ideal torsion experiment and the change of deformation mechanisms with decreasing grain size. The deformation by repeated cold rolling with intermediate foldings leads to amorphous samples, thus unambiguously showing the different effects of the deformation methods on the saturation structure. In addition, calorimetric measurements yield information about the thermal stability and the crystallization behaviour of the material amorphized by rolling. It is shown that imperfect amorphization involving residual nanocrystallites facilitates the crystallization of a fine nanocrystalline structure. Hardness measurements by microindentation and X-ray diffractometry supplement these studies by yielding information on the mechanical properties and integral structural properties of deformed samples, respectively. By studying different deformation methods and the inhomogeneity of the deformation by high pressure torsion, this work is an important contribution to the physical understanding of structural changes of intermetallic compounds by severe plastic deformation.
Keywords (eng)
Zr3Alsevere plastic deformationhigh pressure torsionnanomaterialrepeated cold rollingtransmission electron microscopy
Keywords (deu)
Zr3AlHochverformungHochdrucktorsionNanomaterialwiederholtes KaltwalzenDurchstrahlungselektronenmikroskopie
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1273507
Number of pages
141
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