Untersuchung der Ermüdungsschädigungsentwicklung in vielkristallinen Strukturwerkstoffen mittels mikroLaue-Beugung unter Nutzung eines 3D-energiedispersiven Detektors

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Christ; Professor Dr. Ullrich Pietsch
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 332602495

Technische Strukturwerkstoffe sind in der Regel vielkristallin und mehrphasig, d.h. sie bestehen aus vielen einzelnen Körnern, die sich hinsichtlich der kristallographischen Orientierung und Gitterstruktur voneinander unterscheiden. Viele Materialeigenschaften, insbesondere die quasistatische Festigkeit und die Ermüdungslebensdauer, hängen unmittelbar von der Wechselwirkung zwischen den Körnern ab. So stellen Korn- und Phasengrenzen Hindernisse für die Versetzungsbewegung dar, bestimmen das Ausbreitungsverhalten von mikrostrukturell kurzen Ermüdungsrissen und führen unter Umständen durch anisotrope elastische und/oder kristallplastische Verformung zu Span-nungskonzentrationen und damit zur Rissinitiierung. Mit mikroskopischen Techniken, wie der Rasterelektronenmikroskopie (REM), lassen sich Schädigungen an der Probenoberfläche, z.B. infolge einer Ermüdungsbeanspruchung, visualisieren. Experimente an hochenergetischen Synchrotronstrahlungsquellen erlauben die Messung des Spannungszustandes im Kornvolumen an der Oberfläche bzw. innerer Körner durch Auswertung einiger weniger Reflexe. Eine neue innovative und sehr vielversprechende Technik, die im Rahmen dieses Vorhabens weiterentwickelt und zur Charakterisierung der Ermüdungsschädigungsentwicklung qualifiziert werden soll, ist die Weißstrahl-Laue-Beugung unter Nutzung eines energiedispersiven Halbleiterflächendetektors. Infolge der gleichzeitigen Detektion der Braggwinkel und der Reflexenergien lassen sich alle Reflexe sofort indizieren. Bei Kenntnis des Kristallsystems ist es außerdem möglich, jeden der detektierten Reflexe einem einzelnen Korn zuzuordnen. Jedoch ist es bisher nicht möglich, die identifizierten Körner räumlich zueinander zuzuordnen. In geschädigten Körnern sind die Lauereflexe räumlich ausgedehnt (streaking). Mit Hilfe des energiedispersiven Detektors kann deren Energieabhängigkeit ausgewertet und bestimmten Defektmustern (Versetzungscluster, Eigenspannungen, Risse, etc.) zugeordnet werden. Nach Lösung einiger methodischer Herausforderungen (Korn-Korn Nachbarschaftsbeziehungen, Zuordnung der Energieabhängigkeit von Laue-Streaks, Korrelation zwischen mikroskopischer und röntgenographischer Defekterkennung, u.a.) soll die Methode der Weißstrahl-Laue-Beugung auf technische Materialien angewendet werden. Insbesondere soll die Korn-Korn-Wechselwirkung bei zyklischer Beanspruchung von ein- und mehrphasigen vielkristallinen Werkstoffen untersucht werden. Hierdurch sollen neue Erkenntnisse hinsichtlich der Effektivität mikrostruktureller Barrieren gewonnen werden, deren gezielte Ausnutzung zu einer Steigerung der Ermüdungsresistenz moderner Strukturwerkstoffe führen soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen