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Werkstofftechnik 1 - Orowan-Mechanismus

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Werkstofftechnik 1

Orowan-Mechanismus

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Beim Orowan-Mechanismus stellen die Teilchen beim Beginn  der plastischen Verformung ein für die Versetzung undurchdringliches Hindernis dar. Daher biegt sich die Versetzungslinie zwischen den Teilchen zu einem Halbkreis. Der dabei entstehende Halbkreis lässt sich berechnen durch

Methode

$ r = \frac{(D-d)}{2}. $ 

D = Abstand der Mittelpunkte zweier Teilchen

d = Durchmesser eines Teilchen

Die für diesen Zustand notwendige zusätzliche Spannung errechnet sich durch

Methode

$ \triangle \tau_0 = \frac{G \cdot b}{D - d} $ mit $ D >> d $.
Orowan Mechanismus
Orowan Mechanismus

Ob nun ein Schneidvorgang oder der Orowan-Mechanismus vorliegt, lässt sich durch nachfolgende Ungleichungen entscheiden:

  • Der Orowan-Mechanismus liegt vor, wenn $\triangle \tau_s > \triangle \tau_0 $ ist. 
  • Der Schneidvorgang liegt vor, wenn $\triangle \tau_s < \triangle \tau_0 $ ist.
  • Ein Sonderfall liegt vor, wenn $\triangle \tau_s = \triangle \tau_0 $. Hier besteht ein fließender Übergang zwischen beiden Mechanismen. Die Gleichung für die dabei begrenzte kritische Teilchengröße ist

    $\ d_k = \frac{G \cdot b^2}{\pi \cdot \gamma}$.

Merke

Ob bei diesem Sonderfall nun das Teilchen geschnitten oder "umschifft " wird, steht und fällt mit der Größe der Grenzflächenenergie $\gamma $.

Vergleichsbeispiel

Beispiel

Bei Oxiden und intermetallischen Verbindungen mit inkohärenten Teilchen sind $\gamma-$Werte von mehr als $ 1000 \frac{mN}{m} $ keine Besonderheit. Bei kohärenten Partikeln hingegen, wie sie in Aluminiumlegierungen auftreten, liegt der $\gamma-$Wert zumeist unter $ 100 \frac{mN}{m} $. 

In den meisten Fällen werden inkohärente Teilchen nach dem Orowan-Mechanismus umgegangen, während kohärente Teilchen von den Versetzungen geschnitten werden. Beim Orowan-Mechanismus bleiben letztlich Versetzungsringe um die Teilchen, die als Phasengrenze zwischen Kristallgitter und inkohärentem Teilchen für eine Versetzung nur sehr schwer zu überwinden sind. Diesen Vorgang nennt man auch Annihilation.

Merke

Letztlich gilt, je näher die Ausscheidungsteilchen bei einander liegen, desto höher ist die Festigkeits- bzw. Härtesteigerung durch den Orowan Mechanismus bzw. Umgehungsprozess. 

Video: Orowan-Mechanismus