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Fabian Krieg
Messung elastischer Materialeigenschaften bei extrem hohen Temperaturen
Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf zwei Aspekten: der Aufbau eines Messverfahrens zur Bestimmung der elastischen Konstanten verschiedener Werkstoffe bei hohen Temperaturen und die Messung unterschiedlicher Materialien zur Ermittlung der Dämpfungseigenschaften und des elastischen Verhaltens.
Für die Messungen wurde ein Gerät nach dem Prinzip der Resonanz-Ultraschall-Spektroskopie aufgebaut. Es wurden Programme zur vollautomatischen Messung der Resonanzspektren nach beliebigen Temperaturprofilen, der Auswertung der Spektren sowie der Berechnung der elastischen Konstanten auf LabVIEW-Basis entwickelt. Vergleichswerte von Reinelementen und der mehrmaligen Vermessung einer Kalibrationsprobe zeigen, dass das aufgebaute Messsystem bis zu einer Temperatur von 1500°C korrekte und sehr gut reproduzierbare Ergebnisse mit einer relativen Messgenauigkeiten im Bereich von einem Prozent liefert. Die absolute Messgenauigkeit liegt bei ca. 2%. Die Einflussfaktoren, die die Analyse beeinträchtigen können, wurden diskutiert und quantifiziert. Es zeigt sich, dass die Bestimmung der Geometrie und der Dichte der Proben für eine korrekte Messung ausschlaggebend sind.
Die Ergebnisse der untersuchten Materialien spaltet sich in drei Bereiche auf: Materialien zur Evaluation der Messeinrichtung, eine Hoch-Entropie-Legierung und Nickelbasis-Superlegierungen. Erstmals konnte eine Hoch-Entropie-Legierung (Cantor-Legierung) mit hohem Mangananteil einkristallin abgegossen und auf deren elastische Kennwerte hin untersucht werden.
Für die Messungen wurde ein Gerät nach dem Prinzip der Resonanz-Ultraschall-Spektroskopie aufgebaut. Es wurden Programme zur vollautomatischen Messung der Resonanzspektren nach beliebigen Temperaturprofilen, der Auswertung der Spektren sowie der Berechnung der elastischen Konstanten auf LabVIEW-Basis entwickelt. Vergleichswerte von Reinelementen und der mehrmaligen Vermessung einer Kalibrationsprobe zeigen, dass das aufgebaute Messsystem bis zu einer Temperatur von 1500°C korrekte und sehr gut reproduzierbare Ergebnisse mit einer relativen Messgenauigkeiten im Bereich von einem Prozent liefert. Die absolute Messgenauigkeit liegt bei ca. 2%. Die Einflussfaktoren, die die Analyse beeinträchtigen können, wurden diskutiert und quantifiziert. Es zeigt sich, dass die Bestimmung der Geometrie und der Dichte der Proben für eine korrekte Messung ausschlaggebend sind.
Die Ergebnisse der untersuchten Materialien spaltet sich in drei Bereiche auf: Materialien zur Evaluation der Messeinrichtung, eine Hoch-Entropie-Legierung und Nickelbasis-Superlegierungen. Erstmals konnte eine Hoch-Entropie-Legierung (Cantor-Legierung) mit hohem Mangananteil einkristallin abgegossen und auf deren elastische Kennwerte hin untersucht werden.
Schlagwörter: E-Modul; Elastizität; hohe Temperaturen
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