Mechanismus, bei dem sich eine Versetzung zwischen harten Teilchen, die sie nicht schneiden kann, ausbaucht, hindurchgeht und um jedes Teilchen eine Versetzungsschleife zurücklässt. Die nötige Spannung ist umgekehrt proportional zum Teilchenabstand.
Japanische Bezeichnung: オロワン機構
„Orowan-Mechanismus“ kommt in 4 Übungsfragen aus 1 Thema vor, darunter Verfestigungsmechanismen und Versetzungen.
Fachgebiet: Verfestigungsmechanismen und Versetzungen
Liegen auf der Gleitebene harte Teilchen, die eine Versetzung nicht schneiden kann, verfängt sich die Versetzung an ihnen und baucht sich zwischen benachbarten Teilchen aus. Eine Versetzung hat eine Linienspannung (etwa Gb²/2), die sie zu verkürzen sucht, daher ist Spannung nötig, um die Ausbauchung zu vergrößern. Überschreitet die Ausbauchung einen Halbkreis, treffen sich die um beide Seiten eines Teilchens greifenden Abschnitte dahinter und löschen sich aus; die Versetzung läuft weiter, und um das Teilchen bleibt eine Versetzungsschleife zurück. Die für diesen Durchgang nötige Schubspannung ist Δτ ≈ Gb/L (L ist der Teilchenabstand) und heißt Orowan-Spannung.
Bei gleichem Volumenanteil f ist der Teilchenabstand L etwa proportional zum Teilchenradius r und umgekehrt proportional zu √f. Je zahlreicher und feiner die dispergierten Teilchen, desto kleiner ist daher L und desto größer die Orowan-Spannung. Vergröbern die Ausscheidungen mit fortschreitendem Auslagern, wächst der Abstand, und die Festigkeit sinkt, obwohl sich der Volumenanteil nicht ändert; das ist die Entfestigung beim Überaltern. Kleine kohärente Teilchen zu Beginn der Ausscheidung lassen sich dagegen leichter schneiden als umgehen und verfestigen daher durch Schneiden und nicht über den Orowan-Mechanismus. Bei der Größe, bei der Schneiden und Umgehen wechseln, ist die Festigkeit am größten.
Die um die Teilchen zurückgebliebenen Orowan-Schleifen üben auf nachfolgende Versetzungen eine abstoßende Spannung aus, vergrößern die Teilchen gewissermaßen und erschweren den nächsten Durchgang. Legierungen mit harten Teilchen neigen daher zu starker Kaltverfestigung, und bei Lastumkehr unterstützt die Spannung der Schleifen die Verformung, sodass auch der Bauschinger-Effekt groß ist. Die Dispersionshärtung durch Oxidteilchen, überalterte Ausscheidungen und ein großer Teil der Verfestigung karbidhaltiger Stähle beruhen auf diesem Mechanismus. Bei hoher Temperatur können Versetzungen die Teilchen durch Klettern überwinden, sodass die Verfestigungswirkung kleiner wird.
Lösung: B. Etwa 228 MPa
Δτ = 26×10⁹ × 0,286×10⁻⁹/(100×10⁻⁹) ≈ 7,4×10⁷ Pa, also etwa 74 MPa. Für die Erhöhung der Streckgrenze eines Vielkristalls multipliziert man mit dem Taylor-Faktor: Δσ = 3,06 × 74 ≈ 228 MPa. Etwa 74 MPa belässt den Wert als Schubspannung und vergisst M, und etwa 24 MPa teilt durch M. Der Ausdruck folgt aus der Linienspannung einer Versetzung von etwa Gb²/2 und daraus, dass eine Versetzung hindurchgehen kann, sobald sie sich zwischen den Ausscheidungen zu einem Halbkreis ausgebaucht hat. Bei gleichem Volumenanteil haben feinere Teilchen einen kleineren Abstand L, und die Orowan-Spannung ist größer. Genauere Ausdrücke enthalten einen Faktor für den Versetzungscharakter und die Teilchengröße sowie einen logarithmischen Term und ergeben kleinere Werte als diese Abschätzung.
Weil die Linienspannung vom Versetzungscharakter (Stufen- oder Schraubenversetzung) und von der Form der ausgebauchten Versetzung abhängt und außerdem logarithmisch von der Teilchengröße. Die genauere Orowan-Ashby-Gleichung ergibt kleinere Werte als die Abschätzung Gb/L.
Bei Teilchen, deren Schneiden durch Versetzungen eine hohe Spannung erfordert, etwa bei zur Matrix inkohärenten Teilchen, harten Oxiden und Karbiden sowie groß gewachsenen Ausscheidungen. Kleine kohärente Ausscheidungen werden in der Regel von Versetzungen geschnitten.
Indem man die Teilchen feiner und zahlreicher macht, um ihren Abstand zu verkleinern. Halbiert man die Teilchengröße bei gleichem Volumenanteil, halbiert sich auch der Abstand ungefähr, und die Orowan-Spannung verdoppelt sich ungefähr.
Bei gleichem Volumenanteil haben feinere Teilchen einen kleineren Abstand L, und die Orowan-Spannung ist größer.
In einer Aluminiumlegierung wird die Erhöhung der Schubspan…Während des Zugs stauen sich Versetzungen vor Korngrenzen, Ausscheidungen und Ansammlungen anderer Versetzungen auf, und um harte Teilchen bleiben Orowan-Schleifen zurück.
Wird ein Metall auf Zug plastisch verformt, entlastet und d…Werden die Ausscheidungen groß, fällt es den Versetzungen leichter, sich zwischen ihnen auszubauchen und unter Zurücklassen von Schleifen hindurchzugehen (Orowan-Mechanismus); diese Spannung ist umgekehrt proportional zum Abstand der Ausscheidungen und sinkt daher mit der Vergröberung der Teilchen.
Wachsen die Ausscheidungen während des Auslagerns, steigt d…Harte, inkohärente Teilchen werden von Versetzungen nicht geschnitten und verfestigen über den Orowan-Mechanismus.
Welche Aussage über die Dispersionshärtung mit Oxidteilchen…Versetzung Taylor-Faktor Bauschinger-Effekt Leerstelle Hall-Petch-Beziehung Dispersionshärtung Ostwald-Reifung Ausscheidungshärtung Kritische Schubspannung Peierls-Spannung