Anelastische Relaxationen durch Punktdefekte und Versetzungen in Fe-Al-Legierungen

Legierungen aus Eisen und Aluminium finden in vielen industriellen Bereichen Verwendung, da sie ein niedriges Gewicht, eine höhere Festigkeit und eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber reinem Eisen oder vielen Stählen aufweisen. Das mechanische und thermische Verhalten solcher Legierungen zu kennen und zu verstehen ist entsprechend wichtig; hierfür bietet die Messung der inneren Reibung mittels Vibrating-Reed-Technik mit Biege- und Torsionsschwingungen eines dünnen Blättchens, einem Teilbereich der so genannten Mechanischen Spektroskopie, eine gute Möglichkeit, weil sie dynamische Prozesse bei atomaren Umordnungen bei zunehmender Temperatur zu detektieren und quantitativ zu analysieren gestattet. In dieser Arbeit wird die Mechanische Spektroskopie an einer Reihe von verschiedenen Fe-Al Legierungen vorgenommen. Die untersuchten Konzentrationen variieren von reinem Eisen bis zu FeAl Legierungen mit 50 at.%Al Anteil, wobei die Variationsschritte bei Erhöhung des Al-Anteils unter 5 at%. Al liegen. Der untersuchte Temperaturbereich reicht von ca. 93 bis 923 K. In diesem Intervall lassen sich vier Maxima im Dämpfungsspektrum finden, der D-, S-, X- und Z-Peak. Den gefundenen Peaks werden mittels Variation unterschiedlicher Parameter, wie z. B. der thermischen und mechanischen Vorbehandlung oder des Kohlenstoffanteils, bestimmten Mechanismen zugeordnet. Der D-Peak wird mit Versetzungen (linienhaften Defekten) in Verbindung gebracht, während der S-Peak durch einen Snoek-artigen Mechanismus (Sprünge von Kohlenstoff-Atomen zwischen benachbarten Zwischengitterplätzen) gedeutet wird. Der X-Peak wird auf eine Relaxation kombinierter Kohlenstoff-Leerstellen-Paare zurückgeführt. Der Z-Peak kann dem Zener-Mechanismus (Reorientierung von Substitutionsatom-Paaren entlang der Spannungsrichtung) zugeordnet werden. Die gefunden Mechanismen werden mit Literaturangaben verglichen und verifiziert. Eine Gegenüberstellung der ermittelten Aktivierungsenergien illustriert die gefundenen Zusammenhänge. Eine eingehende quantitative Analyse des S-Peaks bei variierter Al-Konzentration erlaubt eine Abschätzung der Wechselwirkungsweite zwischen Al- und C-Atomen in der Legierung Fe-Al(-C). Als zusätzliche Ergänzung werden bestimmte binäre Legierungskonzentrationen um ein drittes Element erweitert, um so Aussagen, die bei der Fe-Al Legierung gefunden wurden, zu verifizieren, aber auch um sie auf die ternären Legierungen zu übertragen.